新建道路工程下穿高速鐵路橋梁的研究分析

黎毓陽(yáng)

摘 ?要：目前，越來越多新建道路在與高鐵交叉時(shí)，優(yōu)先選用新建道路下穿高速鐵路橋梁方案。道路運(yùn)營(yíng)過程中，設(shè)計(jì)方案能否確保高速鐵路運(yùn)營(yíng)安全是關(guān)鍵性問題。這不僅影響道路運(yùn)營(yíng)的安全，還會(huì)直接影響鐵路運(yùn)營(yíng)的安全及效率。該文以實(shí)際案例為前提，通過車輛撞擊鐵路橋墩的不同位置，分析撞擊結(jié)果對(duì)鐵路橋墩產(chǎn)生的影響，可供同類工程選線、道路縱坡設(shè)計(jì)及下穿高速鐵路橋梁工程設(shè)計(jì)時(shí)參考借鑒。

關(guān)鍵詞：道路下穿 高速鐵路橋梁 車輛撞擊 水平位移

中圖分類號(hào)：U23文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? 文章編號(hào)：1672-3791（2021）09（c）-0000-00

Research and Analysis of New Road Engineering Under High-Speed Railway Bridge

LI Yuyang

（Guangxi Branch of China Railway Fifth Survey and Design Institute Group Co.，Ltd.，Nanning，Guangxi Zhuang Autonomous Region，530000 China）

Abstract： At present， when more and more new roads intersect with high-speed railways， the scheme of new roads crossing high-speed railway bridges is preferred. In the process of road operation， whether the design scheme can ensure the operation safety of high-speed railway is a key problem. This will not only affect the safety of road operation， but also directly affect the safety and efficiency of railway operation. Based on the actual case， this paper analyzes the impact of vehicle impact on Railway Piers through different positions of Railway Piers，it can be used as a reference for similar engineering route selection， road longitudinal slope design and underpass high-speed railway bridge engineering design.

Key Words： Road under high-speed; Railway bridge;vehicle impact;Horizontal displacement

隨著道路與鐵路的不斷發(fā)展，運(yùn)營(yíng)線路與道路之間的相互關(guān)系也越來越密切，從而導(dǎo)致與道路立體交叉的情況越來越多，因此下穿構(gòu)筑物的建設(shè)及使用已成為影響高速鐵路運(yùn)營(yíng)安全的主要因素之一[1]。確保既有鐵路的運(yùn)營(yíng)安全是道路設(shè)計(jì)以及施工過程關(guān)鍵所在。綜合考慮當(dāng)高鐵橋下凈空滿足設(shè)置橋梁下穿條件時(shí)，宜優(yōu)先選用橋梁結(jié)構(gòu)[2]，路線應(yīng)盡量選擇從高速鐵路橋墩較高且橋梁跨度較大處下穿[3]。下穿運(yùn)營(yíng)高速鐵路施工不僅會(huì)改變既有鐵路基礎(chǔ)的應(yīng)力和變形分布，還會(huì)導(dǎo)致工程施工難度加大[4]。道路運(yùn)營(yíng)過程中，為確保高速鐵路運(yùn)營(yíng)安全，道路外側(cè)除了采用采用最高等級(jí)防撞護(hù)欄外[5]，車輛沖出防撞護(hù)欄后與鐵路橋墩的撞擊點(diǎn)位置，也是影響鐵路運(yùn)營(yíng)安全的重要因素。撞擊點(diǎn)越低，對(duì)既有鐵路的影響越小。該文結(jié)合南寧市合興路下穿柳南客專壇造雙線特大橋、南廣鐵路壇造雙線特大橋設(shè)計(jì)方案為例，研究分析道路下穿既有高鐵橋梁。

1 南寧市合興路工程概況

1.1道路概況

南寧市合興路為南寧市東環(huán)片區(qū)城市主干路，道路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為雙幅道路，設(shè)計(jì)速度60km/h。道路與鐵路交叉等級(jí)為IIa類。新建道路下穿運(yùn)營(yíng)高鐵橋梁時(shí)應(yīng)該盡量選擇從橋墩較高、橋梁大跨徑處下穿，這樣不僅可以保證市政道路和高鐵能夠彼此不受影響，還可以為市政道路的建設(shè)提供較大的施工作業(yè)空間，從而保證施工的順利進(jìn)行[6]。南寧市合興路下穿柳南客專壇造雙線特大橋、南廣鐵路壇造雙線特大橋第38、39孔，涉及鐵路橋第37、38、39號(hào)橋墩。道路與鐵路交叉處設(shè)計(jì)高程為91.207m，交叉點(diǎn)距離38號(hào)橋墩頂部為14.2m。

1.2鐵路概況

道路與鐵路橋梁交叉橋段為32m簡(jiǎn)支箱梁，撞擊點(diǎn)距離38號(hào)橋墩的墩頂距離最小，撞擊過程產(chǎn)生的影響最大，該次取38號(hào)橋墩計(jì)算分析。38號(hào)橋墩墩高35m，承臺(tái)高2.5m，長(zhǎng)11.9m，寬9.1m，采用11根直徑1.25m的鉆孔摩擦樁基礎(chǔ)，樁長(zhǎng)24.5m。

2 鐵路橋墩計(jì)算分析

根據(jù)《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTG D60-2015）第4.4.3條：“橋梁結(jié)構(gòu)必要時(shí)可考慮汽車的撞擊作用，汽車撞擊力設(shè)計(jì)值在車輛行駛方向應(yīng)1 000 kN，在車輛行駛垂直方向應(yīng)取500 kN，兩個(gè)方向的撞擊力不同時(shí)考慮。撞擊力應(yīng)作用于行車道以上1.2 m處，直接分布于撞擊設(shè)計(jì)的構(gòu)件上。對(duì)設(shè)有防撞設(shè)施的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，可視防撞設(shè)施的防撞能力，對(duì)汽車撞擊力設(shè)計(jì)值予以折減，但折減后的汽車撞擊力設(shè)計(jì)值不應(yīng)低于上述規(guī)定的1/6。[7]”根據(jù)車輛沖出護(hù)欄后撞擊鐵路橋墩模擬計(jì)算，分析撞擊點(diǎn)對(duì)鐵路橋墩產(chǎn)生的影響。

2.1合興路方案撞擊點(diǎn)分析計(jì)算

該次計(jì)算采用midas civil軟件建立數(shù)值計(jì)算模型。按車輛行駛方向取200 kN，垂直車輛行駛方向取100 kN。由于HA級(jí)防撞護(hù)欄高度為1.3m，偏于安全考慮，車輛撞擊作用于路面上方1.3m處，撞擊力作用位置標(biāo)高91.207+1.3=92.507m，即橋墩承臺(tái)上方22m處。

采用midas civil軟件建立數(shù)值計(jì)算模型，建立節(jié)點(diǎn)326個(gè)，單元315個(gè)，模型如圖2所示。

該次根據(jù)計(jì)算模型模擬車輛撞擊橋墩后，分析橋墩的豎向沉降、墩臺(tái)的水平變形、結(jié)構(gòu)安全性等[8]，計(jì)算結(jié)果具體見表1。

由計(jì)算結(jié)果知，路側(cè)設(shè)置HA護(hù)欄后能有效防止道路車輛翻越護(hù)欄撞擊橋墩，即使翻越后車輛剩余的撞擊能力對(duì)鐵路橋墩及樁基的承載力及變形影響均在規(guī)范允許的范圍內(nèi)。

根據(jù)表1計(jì)算結(jié)果可知，通過對(duì)鐵路橋墩地基承臺(tái)力、墩臺(tái)及樁基拉（壓）應(yīng)力以及墩頂水平位移的分析可知，對(duì)鐵路橋墩影響最大是橋墩墩頂水平位移的限值，該文下節(jié)將對(duì)撞擊點(diǎn)位于墩身不同位置產(chǎn)生的墩頂位移分析。

2.2 不同位置撞擊點(diǎn)分析計(jì)算

該節(jié)對(duì)撞擊點(diǎn)位于墩身不同位置進(jìn)行分析計(jì)算，統(tǒng)計(jì)不同位置撞擊點(diǎn)引起的鐵路橋墩的墩頂位移，計(jì)算結(jié)果具體見圖3。

由圖3可知，當(dāng)撞擊點(diǎn)位于橋墩第28m時(shí)，順橋向墩頂位移達(dá)到3mm限值[5]，基本接近橋墩墩高3/4位置。

3 結(jié)語(yǔ)

該文研究了城市道路下穿高速鐵路橋梁對(duì)鐵路橋梁的影響。通過實(shí)際工程案例，重點(diǎn)分析了道路運(yùn)營(yíng)期汽車撞擊路側(cè)護(hù)欄后翻出撞擊鐵路橋墩引起的鐵路橋墩的沉降及水平位移，可供同類工程選線、道路縱坡設(shè)計(jì)及下穿高速鐵路橋梁工程設(shè)計(jì)時(shí)參考借鑒。

參考文獻(xiàn)

[1]陳廣樹.下穿高速鐵路橋梁的U型槽大體積基坑開挖方案優(yōu)化研究[J].北方交通，2021（3）：36-39.

[2]湛敏，陶濤，劉金國(guó).新建公路下穿高速鐵路建設(shè)方案對(duì)比研究[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2020，64（S1）：132-136.

[3]戚晨輝，陳劼，代杰.市政道路下穿高速鐵路技術(shù)簡(jiǎn)述及應(yīng)用[J].運(yùn)輸經(jīng)理世界，2020（10）：25-26.

[4]謝浩.滬通鐵路路基下穿京滬高速鐵路橋梁施工影響分析[J].鐵道建筑，2020，60（11）：102-106.

[5]公路與市政工程下穿高速鐵路技術(shù)規(guī)程：TB10182-2017[S].北京：中國(guó)鐵道出版社，2018.

[6]張玉成. 新建道路下穿運(yùn)營(yíng)高速鐵路橋梁的設(shè)計(jì)方案[J]. 大科技，2018（29）：207.

[7]公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范：JTG D60-2015[S].北京：民交通出版社，2018.

[8]馮永兵.市政道路工程下穿高速鐵路橋梁影響分析研究[J].百科論壇電子雜志，2021（3）：1431.