铁路高架桥下土地综合开发安全分析

贺小涛

（中国铁路上海局集团有限公司，上海 200021）

中国高铁日新月异的发展，使高铁桥下土地成为铁路土地资产的重要组成部分。为确保高铁运营安全，铁路总公司文件中明确指出：高铁桥下土地保护性利用要坚持安全第一的原则，严禁各类影响铁路设施设备安全和运营安全、污染铁路周边环境、侵入铁路建筑限界的活动。因此，上海局高铁桥下项目开发业态选择，一般是结合项目周边产业、人群、市场需求及开发条件，发展与周边城市功能配套的特色商业、体育活动、社会停车等经营性和准公益性业态。本文以某高铁桥下驾校项目为例进行分析，研究如何在确保高铁运营安全的前提下实现综合开发创效。

1 项目概况及地质条件

项目位于某市高铁站东侧高铁桥下，可利用土地面积约 105 亩，涉及线路包括宁杭客专正线及上下行联络线、仙宁上下行线、京沪高铁正线、沪蓉上下行线等。结合地理位置、市场环境及城市需求，拟按订单式开发成为小汽车驾驶员培训基地，地块东侧作为考试区，西侧为培训区，北侧为停车区，项目总平面图如图 1 所示。主要建设内容为：钢结构办公用房、场地土方平整、高铁桥墩防撞设施、混凝土铺装、挡土墙、水电管线铺设及绿化等。

本场地勘察揭示的土层由人工填土、粉质黏土、黏土、全风化-弱风化泥质粉砂岩组成。根据地勘报告，场地地基土按成因类型、形成时代、力学性质，自上而下可分为 8 个工程地质层。各层岩土的分布、物理力学性质如表 1 所示。场地内地质构造相对稳定，地下水为第四系孔隙水和基岩裂隙水，主要赋存在（6）1-1、（6）1-2 号地层内。

表1 各地层物理力学参数表

2 数值模拟安全分析

高铁桥下进行施工及运营难免对桥梁桩基产生一定的影响，进而导致高铁桥梁变形及桥面线路几何状态变化，加之高铁轨道变形控制要求严格（表 2），对行车安全和舒适度要求高，因此需采用数值模拟手段进行安全评估。由于场地内涉及的高铁线路及桥墩数量众多，因此数值模拟过程中根据场地填挖高度、高铁桥梁等级、孔跨、墩高、桩基布置、地质资料、规划建设的建筑物及相关设施等情况，选取具有代表性的 3 处铁路线桥墩作为研究对象。本文仅以京沪高铁某特大桥 33#、34# 墩为例（立面图如图 2 所示），采用ABAQUS 有限元分析高铁桥下施工及运营对铁路桥墩的影响。

2.1 分析步骤

数值计算主要运用了 Mohr-Coulomb 弹塑性模型及general contact 桩土接触模式，分析过程共分为以下几个步骤：

（1）施加重力，设置零桩侧摩擦系数，避免初始负摩阻力，进行初始地应力场平衡，位移清零；

（2）根据土层性质，设定桩与不同土层的摩擦系数，施加桥墩上由铁路桥产生的荷载，进行地应力场平衡，位移清零；

（3）模拟施工完成阶段，施加等效的正压力模拟构筑物基础和构筑物产生的荷载，包括场地平整、场地硬化、桥墩围护结构施工、挡土墙施工、办公等建筑物施工、后期运营荷载。

2.2 建立模型

综合考虑桥墩边界效应、土层条件和单元划分等因素，计算模型宽度选为顺铁路桥方向取 70 m 长，垂直铁路桥方向取 50 m 长，土层向下深度为 50 m，模型示意如图 3 所示。

2.3 计算结果

2.3.1 桥墩桩基和墩顶变形

高铁桥墩受场地建设和运营影响的墩顶变形如表 3所示。

2.3.2 桩侧摩阻及轴力

桥墩受场地建设和运营影响的墩下桩侧摩阻力及桩身轴力变化分别如图 4、图 5 所示。

表2 250（不含）～350 km/h 线路轨道静态几何尺寸容许偏差管理值

图2 高铁桥墩立面图（单位：mm）

图3 计算模型及对应桩号示意图

表3 京沪高铁某特大桥墩顶位移值 mm

图4 京沪高铁某特大桥 33#、34# 墩桩身侧摩阻力变化

图5 京沪高铁某特大桥 33#、34# 墩桩身轴力变化

数值模拟结果表明：受场地建设和运营影响，墩顶竖向位移最大值为 0.123 mm，桩侧摩阻力变化最大值为 1.83 kPa，桩身轴力变化最大值为 49.50 kN，均对高铁桥梁安全及线路运营影响较小，开发业态可行。

3 变形监测

因计算模型对实体进行了一定的假设和简化，材料参数选取也具有不确定性，且计算过程未考虑施工扰动和降水的影响，这些均会导致计算结果与实际有所出入，因此加强对铁路桥墩和桥梁的变形监测很有必要。

变形监测周期分施工前、施工过程中、运营后三阶段进行，监测值稳定一周后方可逐渐降低频率至停止，变形异常时应适当加密监测次数。监测点为专用的不锈钢标志锚固于各桥墩上，监测初始值以施工区域外 2 个稳定桥墩监测点作为测量起算点，变形的观测精度为 ±0.1 mm，读数取位至 0.01 mm，沉降、位移控制标准均按 2 mm 控制。沉降测量采用 Trimble DINI03电子水准仪及其配套铟瓦水准尺，按照《国家一、二等水准测量规范》（GB/T 12897-2006）二等水准测量精度要求进行复测。位移测量采用 TS30 徕卡智能全站仪及配套棱镜，按照自由测站边角交会法测量。京沪高铁某特大桥 33#、34# 墩变形监测结果如图 6 所示。

监测结果显示：铁路桥墩顺桥向最大位移0.7 mm，横桥向最大位移 0.6 mm，最大沉降为 1.9 mm，与数值模拟计算结果相比，监测结果偏大，但未超出变形控制标准（2 mm），因此项目施工及运营过程对高铁桥梁安全及线路运营影响较小。

图6 京沪高速某特大桥 33#、34# 墩变形曲线

4 结论及展望

在国家政策引领下，通过铁路土地综合开发取得新增资金来源，是加快推进铁路建设、弥补铁路运营亏损、实现铁路可持续发展的重要举措。上海局采用科学选择开发业态、设计安全评估、全过程变形监测的开发模式，可实现高铁桥下保护性开发，提高铁路土地资源效益。但是在高铁桥下综合开发实施过程中，安全评估费用高、耗时长的问题较为突出，对项目的投产及经济性影响很大。

鉴于高铁桥下开发业态较为简单，多为体育公园、小型汽车停车场或驾校等，本文以驾校业态为例，可看出某些项目开发对高铁影响很小。因此，建议由铁路总公司协调高铁桥梁原设计单位，对较为普遍开发业态的荷载进行总体安全计算，具体项目不再进行安全评估；或者只对同区域范围的一个项目进行安全评估，后续同类型项目不评估。这样可显著提高项目的开发效率及经济效益。