DN3000原水干管頂管施工對(duì)高鐵橋梁的影響分析

0 引言

高速列車(chē)由于具有快捷舒適、平穩(wěn)安全、節(jié)能環(huán)保的特征，深受當(dāng)代人們的歡迎。高鐵線路一般采用高架橋梁型式，由于高鐵列車(chē)行車(chē)速度快，高鐵橋梁對(duì)于沉降、變形極為敏感。隨著城市發(fā)展，市政管線下穿高鐵橋梁的情況會(huì)越來(lái)越多，管線下穿高鐵橋梁施工不可避免會(huì)造成周?chē)翆幼冃危M(jìn)而影響高鐵橋梁正常使用甚至造成重大安全事故，所以新建市政管線實(shí)施過(guò)程中如何確保高鐵正常運(yùn)營(yíng)是設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。本文以鄭開(kāi)同城東部供水工程鄭州東部原水干管工程下穿鄭開(kāi)城際鐵路為例，模擬了管線防護(hù)涵頂管施工過(guò)程，分析了管線頂管施工對(duì)高鐵橋梁的影響，并提出合理的保護(hù)方案。

1 工程概況

擬建原水干管與鄭開(kāi)城際鐵路交叉點(diǎn)位于鄭州市鄭開(kāi)大道與京港澳高速交叉口向東約500m處附近現(xiàn)狀金柳路西側(cè)。擬建DN3000原水干管于鄭開(kāi)城際鐵路鄭州特大橋202～203號(hào)橋墩之間穿越，與鐵路交角為89°，穿越處鐵路運(yùn)營(yíng)里程為K008+785.85。

2 頂管法工程設(shè)計(jì)

2.1 結(jié)構(gòu)形式及規(guī)模

管線防護(hù)涵采用直徑為4.14m的鋼筋混凝土圓管涵，柔性鋼承口型Ⅲ級(jí)管，孔徑3.5m，圓管壁厚0.32m，節(jié)長(zhǎng)2.5m，共34節(jié)，防護(hù)涵全長(zhǎng)85m。防護(hù)結(jié)構(gòu)與原水管道之間空隙充砂注漿填實(shí)。高鐵橋下防護(hù)涵頂覆土厚度約6.5m。防護(hù)涵位于細(xì)砂夾粉土層，地基承載力特征值fa0=170kPa。

根據(jù)《公路與市政工程下穿高速鐵路技術(shù)規(guī)程》8.0.7～8.0.10條相關(guān)規(guī)定，大直徑管道采用頂管法下穿高速鐵路時(shí)，為降低對(duì)鐵路橋墩影響，可先在管道外側(cè)設(shè)置鋼筋混凝土隔離樁，隔離樁頂設(shè)置冠梁，布設(shè)范圍應(yīng)超出高速鐵路橋梁承臺(tái)兩端各1.5倍管道外徑。設(shè)計(jì)原水管道套管內(nèi)徑3.5m、外徑4.14m，下穿高速鐵路段，套管兩側(cè)設(shè)置直徑0.8m@1.0m，長(zhǎng)16m的鉆孔灌注樁，樁身距離管道1m，鐵路橋下布設(shè)27.0m，滿足鐵路規(guī)范相關(guān)要求。

2.2 沉井設(shè)計(jì)

本工程出發(fā)井設(shè)置在鐵路南側(cè)，尺寸為φ11m的圓形井，壁厚0.8～1.0m，井高13.8m；接收井設(shè)置在鐵路北側(cè)，尺寸為φ8m的圓形井，壁厚0.8～1.0m，井高14.3m。工作井洞口及井背設(shè)置3排Φ60cm@40cm水泥攪拌樁，水泥攪拌樁長(zhǎng)14m。出發(fā)井、接收井井壁距鄭開(kāi)城際鐵路鄭州特大橋橋梁投影垂直距離分別為33.33m和34.09m。

3 穿越處鄭州特大橋概況

鄭開(kāi)城際鐵路鄭州特大橋全長(zhǎng)約27km，交叉處橋位位于鄭州市金水區(qū)，鐵路區(qū)間為鄭州東站至綠博園站。橋址區(qū)多辟為耕地，間有村莊。該處鐵路為電氣化鐵路，設(shè)計(jì)速度200km/h，有砟軌道，線間距4.4m，橋墩采用雙線圓端形實(shí)心橋墩，下部基礎(chǔ)為摩擦樁基礎(chǔ)，行列式布置，樁徑1m。

4 工程地質(zhì)

擬建場(chǎng)地地貌單元屬黃河沖洪積泛濫平原，地勢(shì)稍有起伏。據(jù)勘察揭露，地層自上而下結(jié)構(gòu)分層較明顯，巖性分布依次為：雜填土粉土、粉質(zhì)粘土、粉砂、粉質(zhì)粘土、細(xì)砂夾粉土、細(xì)砂。

本次設(shè)計(jì)防護(hù)工程位于細(xì)砂夾粉土層內(nèi)，地基承載力170kPa，滿足設(shè)計(jì)要求?？辈炱陂g鄭開(kāi)城際節(jié)點(diǎn)場(chǎng)地地下水在現(xiàn)自然地面下約5.3m，標(biāo)高約為78.00m。如表1所示。

表1 計(jì)算土層參數(shù)

5 控制標(biāo)準(zhǔn)的制定

根據(jù)國(guó)家鐵路局發(fā)布的《公路與市政工程下穿高鐵技術(shù)規(guī)程》（TB 10182-2017）3.0.3條規(guī)定：受下穿工程影響的高鐵橋梁橋墩位移限值應(yīng)符合下列規(guī)定，如表2。

表2 墩頂位移控制標(biāo)準(zhǔn)/mm

6 施工影響預(yù)測(cè)

6.1 計(jì)算模型

采用Midas GTS NX大型巖土工程計(jì)算軟件進(jìn)行分析計(jì)算，分析管道工程在施工階段鄭州特大橋201～204號(hào)橋墩的影響。如圖1所示。

圖1 模型示意圖

鐵路荷載等級(jí)：ZK活載；

橋梁主要建筑材料：材料彈模按高鐵橋梁設(shè)計(jì)采用的《鐵路橋涵混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（TB10092-2017）辦理。如表3。

表3 鋼筋混凝土材料參數(shù)

6.2 計(jì)算結(jié)果

頂管防護(hù)涵施工下穿引起高鐵橋墩豎向位移圖及趨勢(shì)圖如圖2所示。

圖2 高鐵橋墩豎向位移云圖

頂管防護(hù)涵施工下穿引起高鐵橋墩順橋向位移云圖如圖3所示。

圖3 高鐵橋墩豎向位移趨勢(shì)圖

6.3 結(jié)果分析

鄭開(kāi)同城東部供水工程鄭州東部原水干管工程（一期）采用機(jī)械頂管法施工下穿鄭開(kāi)城際鐵路鄭州特大橋，對(duì)鄭州特大橋201～204號(hào)墩位移、樁基承載力等均有一定的影響，鄭州特大橋201～204號(hào)橋墩豎向、順橋向、橫橋向附加位移最大值分別為-0.126mm、0.142mm、0.173mm，均滿足《公路與市政工程下穿高鐵技術(shù)規(guī)程》（TB 10182-2017）中表3.03規(guī)定的3mm限值要求。

6.4 主要施工措施

通過(guò)前述的理論計(jì)算分析，管線防護(hù)涵施工對(duì)鄭開(kāi)城際高鐵影響較小，能滿足鄭開(kāi)城際高鐵正常保養(yǎng)的要求。建議在施工中采取以下措施加強(qiáng)對(duì)鄭開(kāi)城際高鐵的保護(hù)：

①頂管施工過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格檢測(cè)頂管機(jī)的位置、姿態(tài)，并及時(shí)修正其位置、姿態(tài)；②頂進(jìn)前必須完成各種防護(hù)設(shè)施的施工，頂進(jìn)時(shí)控制好頂力和頂進(jìn)方向；③施工過(guò)程中嚴(yán)禁在鐵路兩側(cè)各50m范圍內(nèi)堆載，以避免因堆載而引起鐵路的沉降或變形；④基坑開(kāi)挖過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格控制基坑變形，如需支撐時(shí)應(yīng)做到先撐后挖，及時(shí)支撐；⑤基坑開(kāi)挖后應(yīng)及時(shí)施工，避免長(zhǎng)期暴露，以免影響基坑的安全穩(wěn)定。

7 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)分析及計(jì)算驗(yàn)證，在核實(shí)場(chǎng)地工程地質(zhì)及水文地質(zhì)情況、完善機(jī)械頂進(jìn)法施工工藝、細(xì)化沉井水下封底施工設(shè)計(jì)、施工過(guò)程中做好基坑及高鐵橋墩變形監(jiān)測(cè)、采取軌道及鐵路設(shè)施的保護(hù)措施后，本工程的建設(shè)及運(yùn)營(yíng)對(duì)交叉處高鐵橋的影響較小，風(fēng)險(xiǎn)可控。