宁安城际铁路秋浦河大桥桥区航道疏浚设计及安全评估

张红星 安徽省交通勘察设计院有限公司

宁安城际铁路是国家骨架路网“八纵八横”主通道的组成部分，设在既有的宁芜铁路线（南京到芜湖）、芜铜铁路线（芜湖到铜陵）旁边，由南京南站引出，经马鞍山、芜湖、铜陵、池州市，在池州境内跨长江后抵达安庆市，线路全长约250公里；秋浦河大桥是宁安城际铁路的重要组成部分，位于距秋浦河航道起点池口约10.9km处，起点位于贵池区涓桥镇，终点位于贵池区秋江街道办事处所辖的秋江圩。采用（60+100+60 m）变截面连续箱梁跨越秋浦河，于2015年建成，目前已通车运行。

秋浦河航道整治工程位于池州市境内，航道起点为秋浦河入江口池口，航道途径木闸，终于殷汇，全长35.0km。宁安城际铁路秋浦河大桥位于池口～木闸段，该段航道按限制性航道Ⅲ级标准建设，桥位处航道断面不能满足Ⅲ级航道标准要求，随着秋浦河航道整治工程的推进，为确保通航安全及铁路桥运营安全，消除安全隐患，迫切需要对宁安城际铁路秋浦河大桥桥位处航道进行疏浚与防护工程设计。

1.工程方案

1.1 航道定线

宁安铁路秋浦河大桥桥位处河槽较为顺直，桥梁设置了1个通航孔，单孔双向通航，通航孔净宽60m、净高8.46m。航道中心线沿桥梁主跨（55#、56#桥墩）中心通过，与桥梁中轴线垂线呈45°交角，上游直线段长度9660m，下游直线段长度593m（见图1）。

图1 秋浦河宁安城际铁路段航道平面图

1.2 设计宽度

桥区段航道为限制性Ⅲ级航道，根据施工图设计文件及批复，桥位处设计航道底宽取为 45m。

1.3 设计航道底高程

秋浦河段航道底标高根据最低通航水位减最小水深3.2 m 确定为-0.89 m。本次桥位处河底采用抛石护砌，根据规范要求,“卵石和岩石质河床富裕水深值应另加 0.1m～0.2m”，桥位处水深取3.4m，航道底高程-1.09m。

1.4 边坡设计

根据秋浦河大桥地质情况，疏浚段航槽横断面形式采用梯形断面，开挖边坡采用 1:3。

1.5 超深超宽值确定

秋浦河大桥桥位处河道狭窄，工程环境复杂，为确保大桥安全，要求在桥位施工时，控制施工精度，精确放样，禁止超宽超深。

1.6 衔接段处理

图2 秋浦河航道整治横断面示意图

宁安城际铁路秋浦河大桥桥位处为桥区航道，为确保桥梁及船舶的安全，在桥墩处开挖时，桥墩上下游5m范围禁止开挖，在5m范围外以1：3 边坡与航道平顺衔接。

2.安全评估

为避免航道疏浚过程中大量填方或挖方施工会引起相邻已建建筑物较大的附加沉降及不均匀沉降、土体水平位移、桩侧负摩阻力等一系列岩土工程问题，采用大型有限元程序Abaqus分析宁安城际铁路桥桥墩桩基内力、桥墩位移的变化，确保高速铁路营运的安全。

2.1 荷载参数

铁路等级：客运专线

正线数目：双线

正线线间距：4.6m

速度目标值：250km/h

设计竖向荷载：“ZK活载”

轨道类型：挡肩的新型板式无砟轨道

2.2 计算模型

本计算主要模拟了秋浦河航道整治工程施工对宁安城际铁路秋浦河大桥54#～57#桥墩的影响，内容包括下穿处桥墩的位移、桩基轴力和摩阻力。有限元计算模型如图3、图4所示。计算过程中航道土体、秋浦河特大桥桥墩和桩基础等均采用实体单元模拟。计算模型顺秋浦河大桥方向长305m，横桥向134m，深度方向82.6m。模型前后左右均为法向约束，模型底部为竖向加法向约束。

图3 整体模型

图4 秋浦河大桥桩墩模型

2.3 计算结果

秋浦河特大桥54#～57#桥墩墩顶位移值见表1。

表1 秋浦河特大桥54#～57#桥墩墩顶位移值

3.结论

根据选取的计算区域的计算分析结果，秋浦河航道整治工程的建设和运营对宁安城际铁路秋浦河大桥引起的变形比较小，引起的桩身侧摩阻力和轴力变化较小。参考以上计算结果，结论如下：

（1）秋浦河航道整治工程下穿宁安城际铁路，采用水下施工铺砌，方案合理可行。

（2）通过三维有限元数值计算分析，秋浦河航道整治工程的施工及运营荷载引起的宁安城际铁路秋浦河大桥的桥墩变形、位移和沉降量均小于2mm，运营荷载对运营铁路桥墩影响小，满足高铁安全相关规范要求。

（3）根据航道整治工程河底断面，河道总体过水面积（斜交）增加249.5m2，河底最大水深增加0.8m，河床底护砌为抛填片石，厚0.6m，河床底最终标高为-1.09m，55#、56#桥墩处最大水深不变，经验算，护砌后的桥墩局部冲刷深度未超过原施工设计计算局部冲刷深度，满足桥墩水平刚度要求，方案可行。