某云巴桥梁涉铁安全评估研究

杨水秀

摘 要：本文通过分析项目周边环境、地质条件、桥梁施工方案，对空港新城云巴桥梁下穿、并行穗莞深城际铁路桥最不利工点建模模拟计算并进行安全评估。结果表明云巴桥梁施工及运营对既有穗莞深城际铁路影响不大，对穗莞深城际铁路安全运营造成影响可控。

关键词：云巴桥梁;铁路桥梁;下穿;并行;有限元分析;安全评估

随着经济的发展，我国的铁路建设步入快速发展的时代，铁路运输网络得到进一步完善，地方工程涉铁的情况也在不断增加。评估风险源对铁路的影响程度，提出合理可行的安全对策措施，是保障铁路安全一个重要环节。本文旨在通过对一个云巴项目涉铁安全评价的关键要点进行介绍，为同类型安全评价提供一些参考。

1 工程概况

空港新城云巴示范线L1线工程起自宝安区大空港新国际会展中心东侧的规划海城路，线路先后沿海城路、和秀西路、松福大道、桥和路敷设，终点站位于既有地铁11号线高架桥头站的西南侧。线路全长约5.09 km，均采用高架敷设方式。

云巴桥从穗莞深城际铁路和平站特大桥第15孔内通过，下穿铁路处铁路桩号为DK074+687.310，对应云巴线路里程桩号为右AK12+581.724，线路与铁路夹角为69.4°，云巴桥主梁外边缘距离铁路15号桥墩边缘最小距离为5.68 m;云巴行车限界距离铁路第15孔30 m跨箱梁梁底最小距离为2.205 m;云巴桥穿过铁路桥后在和平站特大桥东侧与穗莞深城际铁路并行，并行铁路处铁路桩号范围为DK074+678～DK075+090，长度约400 m。云巴福海西站范围并行段云巴桥结构边缘与城际铁路桥梁边缘最小距离为5.75 m。

2 云巴桥设计

涉铁部分云巴桥跨径组合为：（16.7+28.5+25+28.93）+（5×26）+（29+9.96+9.63）+（25+25+16.96）+（2×8.7）+（16.82+2×21）m，共20跨，划分为6联，全长420.9 m。上部结构主梁采用分离式钢箱梁（转弯半径<500 m段）及工字梁（直线段及转弯半径≥500 m段）两种形式，预制吊装施工，桥面标准宽4.7 m;下部结构桥墩采用等截面钢管混凝土柱式墩，预制拼装施工，墩顶盖梁横桥向标准宽5.4 m。桥址所在区域地层由上至下分布情况：素填土、淤泥、粉质黏土、砂质粘性土、全风化花岗岩、强风化花岗岩、中风化花岗岩、微风化花岗岩。桩基采用钻孔灌注桩，按嵌岩桩设计，嵌入中风化花岗岩层，旋挖钻机施工。

3 评估必要性及主要内容

3.1 安全评估必要性

城际铁路对铁路轨道的平顺性、列车行驶的安全性要求较高，对桥梁沉降和基础承载力有着严格的要求和限值。

3.2 安全评估主要内容

（1）对项目周边环境、地质资料、专项设计方案进行分析，确定下穿、并行施工存在的风险源。

（2）确定下穿、并行城际铁路过程中桥梁变形的控制标准。

（3）总结既有下穿城际铁路的实践经验，归纳控制城际铁路桥梁变形的合理措施。

4 变形风险控制值分析方法

变形控制标准的确定方法包括数值分析法、解析计算法、经验法（工程类比法）、模型试验法、现场试验法和专家经验法等。随着计算机技术及数值模拟分析软件的快速发展，数值分析法己被广泛应用于风险评估中，因其不仅可使问题得快速求解，而且可使求解问题的方法规范化，同时也可大量的降低成本。这些优点使得数值分析法有了较为广阔的市场。

数值分析法在桥梁上跨、下穿、并行既有结构的安全风险评估中已有了广泛的应用，对变形控制标准分析常用的有直接分析法和强制位移法，两种方法区别如下：

（1）直接分析法。直接分析法的思路是将铁路桥、地层及既有结构物作为一个共同作用体系，根据桥梁结构剩余承载能力，通过数值模拟各工况来确定既有结构物的极限变形值，以此来确定结构物的变形控制标准值。

（2）强制位移法。强制位移法的思路是将桥梁运营或桥梁施工对既有结构可能产生的变形通过强制位移直接作用到铁路桥结构物上，根据铁路桥结构位移控制值、警戒值，确定既有结构物的极限变形控制值，不需考虑实际施工中地层的具体变形结果，计算模型简化，使整个计算过程更加快速、便捷。

本次桥梁施工、运营两大风险源引起的铁路桥变形风险控制值分析采用强制位移法进行计算。

5 铁路桥变形控制标准

在桥梁施工时，既有铁路桥的位移控制严格按照《公路与市政工程下穿高速铁路技术规程》（TB 10182-2017）第3.0.3条控制。其位移允许值按无砟轨道类型取用，详见下表：

6 云巴桥与铁路桥桩基间距

云巴桥与铁路桥距离最近的桥墩为云巴桥3号墩与铁路桥15号墩，最小桩间距为10.34 m，换算为6.9倍的后施工桩径。

云巴桥与铁路桥两桥桥墩桩基础桩中心距均大于《公路与市政工程下穿高速铁路技术规程》中要求的4D～6D的距離，云巴桥基础施工时如采取钢护筒跟进等防范措施可有效减少对铁路基础的影响。另一方面，并行段铁路桥及云巴桥基础均采用嵌岩桩，后施工云巴桥桩基对铁路桥桩基沉降影响较小，可认为铁路桥因邻近的新建桥引起的附加应力而产生的沉降可忽略不计，新建桥不会对既有城际铁路桥梁基础产生不利影响。

7 云巴桥下穿与并行段施工及运营对铁路桥的影响分析

本次模拟计算中采用三维有限元分析软件MIDAS GTS进行计算，该软件采用显式算法，在岩土工程领域中有着广泛的应用，适合进行复杂岩土工程的数值分析和设计评估。

模型中的X方向为铁路桥横向方向，Y方向为纵桥向方向，Z方向为竖直方向。

7.1 下穿工点模型概况

本次下穿工点模型的计算范围为：云巴桥2#～5#墩与铁路桥15#、16#墩;地层取值参照地勘钻孔从上至下分别是：素填土3.3 m;淤泥质土2.8 m;粉质黏土0.5 m;砂质粘性土13.0 m;全风化混合花岗岩9.5 m;强风化混合花岗岩（土状）4.0 m;强风化混合花岗岩（块状）9.4 m;中风化混合花岗岩3.2 m;微风化混合花岗岩5.5 m。该次计算中所有单元均采用实体单元模拟计算，上部结构通过荷载的形式加载至各墩顶处。模型尺寸为长×宽×高=60 m×80 m×65 m。

7.2 并行工点模型概况

本次并行工点模型的计算范围为：铁路桥26#墩横向轴线区域;地层取值参照地勘从上至下分别是：素填土3.4 m;淤泥质土2.7 m;粉质黏土0.5 m;砂质粘性土12.7 m;全风化混合花岗岩9.8 m;强风化混合花岗岩（土状）4.1 m;强风化混合花岗岩（块状）9.3 m;中风化混合花岗岩3.5 m;微风化混合花岗岩5.2 m。该次计算中所有单元均采用实体单元模拟计算，上部结构通过荷载的形式加载至各墩顶处。模型尺寸为长×宽×高=50 m×60 m×80 m。

7.3 下穿及并行工点模拟计算

云巴桥2#～5#墩与和铁路桥15#、16#墩为本次下穿工点计算的主要对象;铁路桥26#墩横向轴线区域为本次并行工点计算的范围。其施工步骤大致按下表所示步骤简化计算，其中桩基施工分三步开挖完毕。具体施工步骤如下所示：

7.4 下穿及并行工点数值分析结论

通过对云巴桥梁施工、运营阶段进行数值模拟计算，结果表明铁路桥墩顶横向、纵向及竖向位移均未超过墩顶位移限值。故云巴桥下穿及并行铁路桥工点的施工及运营对穗莞深城际造成的不良影响不大，对穗莞深城际铁路的安全运营造成影响可控。

（1）下穿工点主要计算结果如下：

（2）并行工点主要计算结果如下：

7.5 保障铁路桥梁安全的合理措施

（1）应实施动态、信息化施工，做好预警和应急预案，施工前应制定详细、周密的专项施工组织计划书，并严格执行。施工期间，切实做好铁路桥变形监测工作，发现异常及时处理，确保变形在控制范围之内。若发现沉降及其他不利反应达到预警值，一旦監测异常，应立即停止施工，启动事故处理预案。

（2）施工期间应加强对施工机械的监控管理，防止施工机械故障导致侵限。

（3）基坑施工过程中严禁抽取地下水。

（4）桩基施工时加强钢护筒防护措施，防止塌孔。

（5）施工前应注意调查城际铁路沿线铁路管线等铁路设施，避免施工破坏。

8 结语

在施工过程中，我们主要考虑的是铁路轨道在桥梁施工过程中的位移变形，但轨道的变形在设计阶段往往难以预估，所以这次评估取铁路桥墩顶的位移变形来判断桥梁施工对既有铁路桥轨道的影响性大小。根据云巴桥梁施工及运营计算结果可知，穗莞深城际和平站特大桥墩顶最大位移均未超过2.0 mm，且桩间距均大于规范要求的4.0至6.0倍后施工桩径。结合已有相似工程情况与计算结果得出结论如下：云巴桥梁施工及运营对既有穗莞深城际影响不大，对穗莞深城际安全运营造成影响可控。