DN3000原水干管顶管施工对高铁桥梁的影响分析

2022-10-10陈雪虎

价值工程 2022年27期

0 引言

高速列车由于具有快捷舒适、平稳安全、节能环保的特征，深受当代人们的欢迎。高铁线路一般采用高架桥梁型式，由于高铁列车行车速度快，高铁桥梁对于沉降、变形极为敏感。随着城市发展，市政管线下穿高铁桥梁的情况会越来越多，管线下穿高铁桥梁施工不可避免会造成周围土层变形，进而影响高铁桥梁正常使用甚至造成重大安全事故，所以新建市政管线实施过程中如何确保高铁正常运营是设计的重点。本文以郑开同城东部供水工程郑州东部原水干管工程下穿郑开城际铁路为例，模拟了管线防护涵顶管施工过程，分析了管线顶管施工对高铁桥梁的影响，并提出合理的保护方案。

1 工程概况

拟建原水干管与郑开城际铁路交叉点位于郑州市郑开大道与京港澳高速交叉口向东约500m处附近现状金柳路西侧。拟建DN3000原水干管于郑开城际铁路郑州特大桥202～203号桥墩之间穿越，与铁路交角为89°，穿越处铁路运营里程为K008+785.85。

2 顶管法工程设计

2.1 结构形式及规模

管线防护涵采用直径为4.14m的钢筋混凝土圆管涵，柔性钢承口型Ⅲ级管，孔径3.5m，圆管壁厚0.32m，节长2.5m，共34节，防护涵全长85m。防护结构与原水管道之间空隙充砂注浆填实。高铁桥下防护涵顶覆土厚度约6.5m。防护涵位于细砂夹粉土层，地基承载力特征值fa0=170kPa。

根据《公路与市政工程下穿高速铁路技术规程》8.0.7～8.0.10条相关规定，大直径管道采用顶管法下穿高速铁路时，为降低对铁路桥墩影响，可先在管道外侧设置钢筋混凝土隔离桩，隔离桩顶设置冠梁，布设范围应超出高速铁路桥梁承台两端各1.5倍管道外径。设计原水管道套管内径3.5m、外径4.14m，下穿高速铁路段，套管两侧设置直径0.8m@1.0m，长16m的钻孔灌注桩，桩身距离管道1m，铁路桥下布设27.0m，满足铁路规范相关要求。

2.2 沉井设计

本工程出发井设置在铁路南侧，尺寸为φ11m的圆形井，壁厚0.8～1.0m，井高13.8m；接收井设置在铁路北侧，尺寸为φ8m的圆形井，壁厚0.8～1.0m，井高14.3m。工作井洞口及井背设置3排Φ60cm@40cm水泥搅拌桩，水泥搅拌桩长14m。出发井、接收井井壁距郑开城际铁路郑州特大桥桥梁投影垂直距离分别为33.33m和34.09m。

3 穿越处郑州特大桥概况

郑开城际铁路郑州特大桥全长约27km，交叉处桥位位于郑州市金水区，铁路区间为郑州东站至绿博园站。桥址区多辟为耕地，间有村庄。该处铁路为电气化铁路，设计速度200km/h，有砟轨道，线间距4.4m，桥墩采用双线圆端形实心桥墩，下部基础为摩擦桩基础，行列式布置，桩径1m。

4 工程地质

拟建场地地貌单元属黄河冲洪积泛滥平原，地势稍有起伏。据勘察揭露，地层自上而下结构分层较明显，岩性分布依次为：杂填土粉土、粉质粘土、粉砂、粉质粘土、细砂夹粉土、细砂。

本次设计防护工程位于细砂夹粉土层内，地基承载力170kPa，满足设计要求。勘察期间郑开城际节点场地地下水在现自然地面下约5.3m，标高约为78.00m。如表1所示。

表1 计算土层参数

5 控制标准的制定

根据国家铁路局发布的《公路与市政工程下穿高铁技术规程》（TB 10182-2017）3.0.3条规定：受下穿工程影响的高铁桥梁桥墩位移限值应符合下列规定，如表2。

表2 墩顶位移控制标准/mm

6 施工影响预测

6.1 计算模型

采用Midas GTS NX大型岩土工程计算软件进行分析计算，分析管道工程在施工阶段郑州特大桥201～204号桥墩的影响。如图1所示。

图1 模型示意图

铁路荷载等级：ZK活载；

桥梁主要建筑材料：材料弹模按高铁桥梁设计采用的《铁路桥涵混凝土结构设计规范》（TB10092-2017）办理。如表3。

表3 钢筋混凝土材料参数

6.2 计算结果

顶管防护涵施工下穿引起高铁桥墩竖向位移图及趋势图如图2所示。

图2 高铁桥墩竖向位移云图

顶管防护涵施工下穿引起高铁桥墩顺桥向位移云图如图3所示。

图3 高铁桥墩竖向位移趋势图

6.3 结果分析

郑开同城东部供水工程郑州东部原水干管工程（一期）采用机械顶管法施工下穿郑开城际铁路郑州特大桥，对郑州特大桥201～204号墩位移、桩基承载力等均有一定的影响，郑州特大桥201～204号桥墩竖向、顺桥向、横桥向附加位移最大值分别为-0.126mm、0.142mm、0.173mm，均满足《公路与市政工程下穿高铁技术规程》（TB 10182-2017）中表3.03规定的3mm限值要求。

6.4 主要施工措施

通过前述的理论计算分析，管线防护涵施工对郑开城际高铁影响较小，能满足郑开城际高铁正常保养的要求。建议在施工中采取以下措施加强对郑开城际高铁的保护：

①顶管施工过程中，应严格检测顶管机的位置、姿态，并及时修正其位置、姿态；②顶进前必须完成各种防护设施的施工，顶进时控制好顶力和顶进方向；③施工过程中严禁在铁路两侧各50m范围内堆载，以避免因堆载而引起铁路的沉降或变形；④基坑开挖过程中应严格控制基坑变形，如需支撑时应做到先撑后挖，及时支撑；⑤基坑开挖后应及时施工，避免长期暴露，以免影响基坑的安全稳定。