下穿鐵路框構橋沉降研究

陳天福

摘要：下穿鐵路橋梁的施工往往會對既有鐵路線產(chǎn)生較大的影響，容易產(chǎn)生較大的沉降和變形。如何減少現(xiàn)有鐵路線由于施工引起的附加影響，確保施工及鐵路的安全運營非常重要。本文對下穿鐵路框構橋的防護加固設計進行研究，分析軌道沉降量驗證加固設計的合理性。

關鍵詞：框構橋；加固；沉降

1引言

目前，隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，城市規(guī)模的不斷擴大，鐵路的分割作用日漸顯著，隨著速度的不斷提高，鐵路橋涵、路基和軌道等工程結(jié)構對沉降的要求變得更加嚴格，鐵路的沉降問題受到了密切關注。臨近現(xiàn)有的鐵路修建新的建筑物，新建建筑物基礎會對周圍土層產(chǎn)生壓應力。極易造成原有建筑物沉降變形。目前雖有一些此方面的研究和探討，但相對較少。

本文結(jié)合某省火車站下穿鐵路框構橋頂進工程實例，對臨近普速場的線路加固設計，分析沉降量，驗證其技術的合理性，為以后類似工程提供借鑒作用。

2主體設計

該橋為下穿某火車站站場鐵路框構橋，與火車站站場XII道正交，軸長為142.5m，高10.5m。機動車道為雙向四車道，兩側(cè)各設3.0m人行道?？驑嫎蛑黧w采用C35鋼筋混凝土結(jié)構，抗?jié)B等級P8。其主體結(jié)構如圖1所示

該橋址所處地層基本可分四層，從上到下依次為雜填土、粉土、粗圓礫土、細圓礫土。該橋的框構基底坐落于a0=500kPa的細圓礫土層上。所處于地下水埋深3.5-4.0m處，屬潛水型地下水，水的補給來源為大氣降水，水位的季節(jié)變化幅度1-2m。

3普速場加固設計

為確保鐵路運輸?shù)陌踩\行，必須進行現(xiàn)有鐵路線普速場的加固。選擇的加固形式應本要著對運輸干擾較小，確保鐵路運輸正常安全，同時方便施工的原則，并結(jié)合路基土質(zhì)、頂進框構結(jié)構尺寸、框構頂以上覆土厚度以及施工季節(jié)和地下水位變化情況等因素綜合決定，本次普速場加固方案采用縱橫抬梁加固、路基旋噴加固、頂進框構地基加固及兩側(cè)路基加固、路橋過渡段加固等。

3.1縱橫梁加固

框構橋頂進期間，鐵路1-5道線路采用155C橫抬梁進行加固（圖2），橫梁間距0.8m，縱梁支墩采用C20混凝土結(jié)構，縱梁下設50×50cm混凝土支點帶，頂進前端以5道東側(cè)設置的鉆孔樁為支頂樁，加固期間列車限速45km/h。

3.2路基旋噴樁加固

為防止框構橋頂進期間普速場側(cè)天窗過大，對普速場框構橋兩側(cè)既有鐵路路基進行旋噴樁固化。為便于施工，工作坑滑板底到距離既有線10.6m范圍采用直徑60cm間距0.4m高壓旋噴樁對地基進行加固，高壓旋噴樁除加固地基外，還兼有工作坑封底的作用，以防止基坑開挖隆起變形對鐵路產(chǎn)生影響。

3.3頂進框構地基加固及兩側(cè)路基加固

在頂進框構下及框構兩側(cè)各15m范圍內(nèi)采用壓漿固化對地基進行加固，壓漿固化深度需穿透土層至框構底板底以下9.0m?？驑嬳斶M就位后，框構邊墻與路基間坍塌的部分采用級配碎石填充后，再用鋼花管進行注漿處理。并在框構兩側(cè)路基各20m范圍內(nèi)，路基面以下0.5m做C15素混凝土塊處理。

3.4路橋過渡段加固

框架橋頂進過程中以及施工完成后，均應及時對框架橋兩側(cè)的路橋過渡段進行跟蹤補充注漿，以填充加固框架橋頂進過程中在路橋過渡段形成的松弛區(qū)域，防止路橋過渡段出現(xiàn)較大的不均勻沉降。

4沉降分析

4.1計算模型

通過有限差分軟件FLAC建立三維模型進行計算，假定土層、框架橋、縱橫梁體系均為連續(xù)介質(zhì)。模型以框架橋縱軸線方向為y軸，垂直框架橋縱軸線為x軸，豎直方向為z軸。根據(jù)框架橋和鐵路路基的空間位置關系，建立三維計算模型如下圖3所示。模型中設置了框架橋、土層、縱梁、橫梁以及鐵路線共計五個模塊。土層在頂進過程中考慮其塑性變形，采用Mohr-Coulomb準則，而框架橋及縱橫梁僅考慮其彈性變形，采用線彈性本構關系。

模型的計算工況主要有：

工況1：框架橋頂進前的初始狀態(tài)模擬；

工況2：路基旋噴加固措施下框架橋的頂進模擬；

工況3：框架橋橋身段注漿加固后的頂進模擬。

4.2結(jié)果分析

4.2.1工況1

初始狀態(tài)土層的豎向變形指土層在自重作用下的初始沉降，用于驗證模型的正確性，在框架橋頂進模擬之前，這部分初始沉降將清空為零。框架橋頂進前土層的初始位移場如圖4所示。

4.2.2工況2

計算時假設框架橋頂進至0+90m位置，即頂進掌子面位于普速場3道下方。僅在路基旋噴加固措施下，計算結(jié)果表明，無列車荷載作用下的鐵路軌道靜態(tài)最大沉降變形為14.0mm，有列車荷載作用下的動態(tài)最大沉降為26.3mm（圖5）。

4.2.3工況3

計算時假設框架橋頂進至0+90m位置，即頂進掌子面位于普速場3道下方。

計算結(jié)果表明，框架橋橋身段土層注漿加固后，無列車荷載作用下的鐵路軌道靜態(tài)最大沉降變形為6.1 mm，有列車荷載作用下的動態(tài)最大沉降為18.3mm。

計算結(jié)果表明，在現(xiàn)有加固措施下，無列車荷載作用下的鐵路軌道靜態(tài)最大沉降變形為14.0mm，有列車荷載作用下的動態(tài)最大沉降為26.3mm。根據(jù)《鐵路線路修理規(guī)則》（鐵運[2006]146號）對線路軌道幾何尺寸容許偏差值的規(guī)定，臨時修補靜態(tài)高低容許偏差為10mm，動態(tài)容許偏差為24mm?，F(xiàn)有加固措施只對框架橋兩側(cè)的路橋過渡段進行了旋噴樁加固，而框架橋橋身段的土層未進行注漿處理，因此導致框架橋頂進過程中，掌子面前方坍塌范圍較大，橫梁懸空距離較長，鐵路軌道靜態(tài)和動態(tài)沉降變形較大，超過了線路軌道的容許偏差值。框架橋橋身段土層注漿加固后，鐵路軌道靜態(tài)最大沉降變形為6.1mm，動態(tài)最大沉降為18.3mm，滿足線路軌道的容許偏差值（圖6）。

5結(jié)論

通過有限差分程序FLAC計算對框構橋施工進行沉降分析，列車荷載引起的路基沉降變形小于軌道動態(tài)幾何尺寸容許偏差值，框構橋運營階段變形對鐵路運營影響較小?？蚣軜蚴┕ひ鸬穆坊两底冃问琼斶M橋涵所需控制的重點，待路基沉降穩(wěn)定后再進行下一步工序。此外要嚴格控制框構橋兩側(cè)旋噴樁及注漿施工質(zhì)量，使框架橋兩側(cè)與路基過渡段剛度不連續(xù)引起的不均勻沉降變形滿足規(guī)范要求。本框構橋的設計及分析希望能為以后類似工程提供可借鑒經(jīng)驗。