雨棚荷載下臨近營(yíng)業(yè)線變形分析

冀少峰

（中鐵上海設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,上海 200070）

0 引言

十多年來，我國(guó)保持著大規(guī)模建設(shè)高速鐵路的熱潮。隨著高鐵運(yùn)行速度的提高，必然對(duì)鐵路的變形要求越來越高[1-2]。當(dāng)新建高速鐵路臨近既有高速鐵路時(shí)，必須保證既有高速鐵路的變形在允許范圍內(nèi)，新建鐵路路基通過采用樁板結(jié)構(gòu)和輕質(zhì)混凝土的形式可有效控制既有高速鐵路的變形。該文以六慶高鐵并行既有安九高鐵為研究對(duì)象，分析在站臺(tái)雨棚荷載下六慶高鐵的路基施工對(duì)既有安九高鐵無砟軌道路基的影響。

1 工程概況

六慶鐵路北起安徽省六安市，南至安徽省安慶市，全長(zhǎng)167 km，按時(shí)速250 km/h客運(yùn)專線建設(shè)。安九鐵路北起安徽省安慶市，南至江西省九江市，全長(zhǎng)176 km，按時(shí)速350 km/h客運(yùn)專線建設(shè)，且已通車運(yùn)營(yíng)。六慶鐵路與安九鐵路共站建設(shè)（六慶鐵路稱之潛山南站）。安九鐵路采用無砟軌道結(jié)構(gòu)形式，且已開通運(yùn)營(yíng)，根據(jù)《公路與市政工程下穿高速鐵路技術(shù)規(guī)程》（TB 10182—2017）、《臨近鐵路營(yíng)業(yè)線施工安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)程》（TB 10314—2021）及《中國(guó)鐵路上海局集團(tuán)有限公司營(yíng)業(yè)線施工工務(wù)安全監(jiān)督管理辦法》（上鐵工[2020]345號(hào)）中的相關(guān)要求，既有無砟軌道高鐵路基的軌道、路基的水平和豎向位移限值均為2 mm[3-4]。

潛山南站范圍內(nèi)安九高鐵采用螺紋樁對(duì)地基進(jìn)行加固處理，六慶高鐵采用側(cè)墻式樁板結(jié)構(gòu)對(duì)地基進(jìn)行加固處理。DK141+225安九鐵路路基填高5.2 m，螺紋樁長(zhǎng)8.5 m，樁間距2.2 m。六慶鐵路站臺(tái)填高8.2 m，鉆孔樁長(zhǎng)23 m，縱向間距5 m，橫向間距3.4 m，板厚1 m。

2 數(shù)值模擬

2.1 本構(gòu)關(guān)系及沉降計(jì)算理論

材料本構(gòu)關(guān)系的選取關(guān)系到計(jì)算結(jié)果的精度，為保證計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，該文采用線彈性模型（Linear elastic）和摩爾—庫(kù)侖模型（Mohr—Coulomb）兩種本構(gòu)關(guān)系。其中，鉆孔灌注樁、筏板采用線彈性模型，基床表層、基床底層、路基本體和地基采用摩爾—庫(kù)侖模型[5-6]。

2.2 材料參數(shù)和結(jié)構(gòu)尺寸

根據(jù)地質(zhì)勘察資料和相關(guān)文獻(xiàn)，材料采用的參數(shù)見表1。

表1 材料參數(shù)

2.3 荷載及雨棚引起的附加應(yīng)力

根據(jù)鐵路路基設(shè)計(jì)規(guī)范，以及對(duì)該次模型進(jìn)行保守計(jì)算，安九高鐵和六慶高鐵均采用雙線雙荷的荷載形式，且六慶高鐵的荷載分別施加在無樁板結(jié)構(gòu)支撐的最左側(cè)股道和距離雨棚荷載最近的最右側(cè)股道。折算成均布荷載見表2。

表2 軌道列車總荷載及雨棚荷載

雨棚立柱間距9 m，且單個(gè)雨棚立柱荷載在1 204～1 394 kN之間，模型選取的里程范圍為DK141+210～DK141+245，該范圍包含3個(gè)雨棚立柱，雨棚基礎(chǔ)在站臺(tái)上埋深2.0 m，且中間雨棚立柱位于筏板的伸縮縫位置，附近應(yīng)力引起的筏板邊緣彎矩為最不利情況。

2.4 有限元模型建立

利用有限元分析軟件Midas—GTS對(duì)模型進(jìn)行建立求解。其中，鉆孔樁采用植入式梁?jiǎn)卧獊砟M樁的受力；其余結(jié)構(gòu)均采用3D單元[7]。

2.5 變形分析

六慶鐵路路基施工會(huì)造成既有安九鐵路無砟軌道發(fā)生位移，該文對(duì)有無雨棚荷載進(jìn)行對(duì)比分析，位移云圖如圖1～4所示。

對(duì)安九高鐵軌道和路肩的變形進(jìn)行列表分析，詳見表3。

通過圖1～4和表3可知，DK141+210～DK141+245范圍內(nèi)，當(dāng)六慶鐵路路基采用樁板結(jié)構(gòu)加固地基時(shí)，無論站臺(tái)上有無雨棚荷載，安九高鐵軌道結(jié)構(gòu)的水平位移、豎向位移和路肩的豎向位移均能滿足限值要求，且雨棚荷載對(duì)安九高鐵無砟軌道的變形幾乎無影響。

表3 安九高鐵軌道和路肩變形量

圖1 無雨棚荷載時(shí)水平位移云圖

圖2 有雨棚荷載時(shí)水平位移云圖

圖3 無雨棚荷載時(shí)豎向位移云圖

圖4 有雨棚荷載時(shí)豎向位移云圖

2.6 筏板應(yīng)力分析

單獨(dú)提取筏板模型，顯示雨棚荷載施加前后的縱橫向應(yīng)力云圖，對(duì)比分析有無雨棚荷載時(shí)筏板的拉壓應(yīng)力，應(yīng)力云圖如圖5～8所示。

圖5 無雨棚荷載時(shí)縱向應(yīng)力云圖

圖6 有雨棚荷載時(shí)縱向應(yīng)力云圖

圖7 無雨棚荷載時(shí)橫向應(yīng)力云圖

圖8 有雨棚荷載時(shí)橫向應(yīng)力云圖

對(duì)筏板的應(yīng)力進(jìn)行列表分析，詳見表4。

表4 筏板的應(yīng)力

通過圖5～8和表4可知，DK141+210～DK141+245范圍內(nèi)，第二塊筏板緊挨伸縮縫位置懸臂最大，縱向懸臂2.5 m，筏板該處的頂面和底面分別出現(xiàn)最大縱向拉應(yīng)力和最大縱向壓應(yīng)力。受站臺(tái)填料側(cè)向壓力的影響，最外側(cè)樁基對(duì)應(yīng)筏板位置的頂面和底面分別出現(xiàn)最大橫向拉應(yīng)力和最大橫向壓應(yīng)力。雨棚荷載對(duì)筏板應(yīng)力影響很小。

3 結(jié)論

通過對(duì)工程模型的數(shù)值模擬分析，得出以下結(jié)論：

（1）新建高鐵路基距離既有高鐵路基較近時(shí)新建路基宜采用樁板結(jié)構(gòu)形式通過，可滿足高鐵無砟軌道和路基的變形限值要求。

（2）填方較高時(shí)，填料本身荷載遠(yuǎn)大于雨棚荷載，雨棚荷載對(duì)既有無砟軌道的變形及筏板的應(yīng)力影響很小。