城市道路路基下穿高铁桥墩影响性分析论文_朱德华

朱德华

中铁第五勘察设计院集团有限公司 北京 102600

摘要：为了研究城市道路路基下穿对高铁桥墩的影响，利用有限元计算软件MIDAS/GTS NX进行三维空间数值模拟。在有限元模型中，采用修正莫尔-库伦公式计算岩土的本构参数，并通过单元的生死技术来模拟道路施工工况。结果表明：下穿道路施工对高铁桥墩的影响主要是由土层发生竖向和侧向变形引起的，路面施工阶段对桥墩竖向和纵向位移影响较为显著。

关键词：城市道路；下穿高铁；数值模拟；有限元分析

引言

由于城市建设的需要，一些城市道路需要下穿高速铁路桥梁，这些下穿道路的建设已经成为影响高速铁路桥梁结构及铁路运营安全的主要因素之一。目前，城市道路下穿高速铁路采用的形式主要有桩板、桥梁、U型槽、路基和框架结构等[1-9]。当采用路基结构形式时，下穿道路的施工会将地基传递的附加应力作用于高速铁路桥梁桩基，使铁路桥墩发生变形，从而影响桥梁结构及轨道平顺性。因此，研究城市道路路基下穿高速铁路桥梁对桥墩的影响有着重要意义。

1工程概况

某条新建城市道路的路面宽度为15m，长度为121m，起终点桩号分别为K0+000和K0+121。道路等级为支路，设计速度为30km/h。

道路采用路基形式自西向东先后下穿在建盐通张铁路和在建沪通铁路，斜交角度96°。道路下穿在建盐通张铁路第244号桥墩和第245号桥墩，第244号桥墩桩号为DK182+794.034，第245号桥墩桩号为DK182+828.734，道路北边线至第244号桥墩基础的最小距离为1.8m。并下穿在建沪通铁路第182号桥墩和第183号桥墩，第182号桥墩桩号为DK28+713.240，第183号桥墩桩号为DK28+737.940，道路南边线至第183号桥墩基础的最小距离为1.2m。道路与在建盐通张铁路和在建沪通铁路的相对位置如下图1所示。

图2 有限元模型

利用MIDAS/GTS NX软件进行有限元计算。在模型中，建立实体单元来模拟岩土、墩台及路基，建立桩单元来模拟桥梁的桩基础。基于新建道路与高铁的相对位置，建立道路路基穿越高铁桥墩的影响性分析模型，如下图2所示。

3高铁桥墩影响性分析

通过建立道路路基下穿高铁桥墩影响性分析模型，模拟新建道路的整个施工过程。根据有限元数值模拟的计算结果，分析每个高铁桥墩的沉降和水平变形的情况。

3.1竖向位移

当采用路基的形式下穿高铁桥梁时，无论是填土的荷载、路面结构层的荷载还是运营的活载，都会对高铁桥墩的竖向位移产生影响。每个施工工况下的铁路桥墩的附加竖向位移和累计竖向位移如下图4所示。

图3 竖向位移（单位：mm）

由于新建道路距离盐通张铁路第244号桥墩和沪通铁路第183号桥墩较近，道路施工对其竖向位移影响较大。其中，路面结构层荷载对桥墩竖向位移影响显著，最大附加竖向位移为0.61mm，约占61%的累计竖向位移。随着道路的施工和运营，高铁桥墩的竖向位移不断增加，最大累计竖向位移为1.00mm。

3.2横向水平位移

各施工工况下的铁路桥墩附加横向水平位移和累计横向水平位移分别如下表所示。从表中可以看出，道路施工过程对各桥墩的横向水平位移影响较小。在基层开挖工况下，各桥墩最大累计横向水平位移仅为0.02 mm；基础回填工况下，最大累计横向位移仅为0.01 mm；路面施工工况下，最大累计横向位移仅为0.01 mm；道路活载运营工况下，最大累计横向位移仅为0.02 mm。

3.3纵向水平位移

各施工工况下的铁路桥墩附加纵向水平位移和累计纵向水平位移分别如下表所示。由于新建道路距离盐通张铁路第244号桥墩和沪通铁路第183号桥墩较近，道路施工对其纵向水平位移影响较大。其中，路面结构层荷载对桥墩纵向水平位移影响显著，最大附加纵向水平位移为0.72mm，约占70%的累计纵向水平位移。随着道路的施工和运营，高铁桥墩的纵向水平位移不断增加，最大累计纵向水平位移为1.02mm。

表1 横向水平位移（单位：mm）

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论文作者:朱德华

论文发表刊物:《防护工程》2019年19期

论文发表时间:2020/2/27

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