頂管下穿既有鐵路橋梁針對(duì)鐵路的影響分析

頂管下穿既有鐵路橋梁針對(duì)鐵路的影響分析摘要：本文針對(duì)頂管下穿既有鐵路橋梁，采用Midas/GTS有限元軟件進(jìn)行分析，對(duì)頂管工程下穿既有鐵路橋梁的施工過程進(jìn)行模擬，重點(diǎn)研究分析鐵路因頂管施工引起的位移變形是否滿足鐵路相關(guān)規(guī)范規(guī)定要求，為相似的項(xiàng)目提供參考關(guān)鍵詞：頂管；既有鐵路橋梁；有限元軟件模擬引言鐵路橋梁結(jié)構(gòu)會(huì)由于地基的變形及內(nèi)部應(yīng)力、外部荷載的變化而產(chǎn)生結(jié)構(gòu)變形和沉降。頂管下穿既有鐵路橋梁會(huì)對(duì)鐵路橋墩承臺(tái)樁基附近的土體有一定的擾動(dòng)，正是引起地基變形的主要原因。如果橋梁結(jié)構(gòu)變形和沉降超過允許值，將會(huì)對(duì)鐵路的運(yùn)營安全造成影響。根據(jù)《公路與市政工程下穿高速鐵路技術(shù)規(guī)程》TB10182-2017中第10.0.7條，“管線宜采用非開挖技術(shù)施工。管線直徑大于等于0.8m時(shí)，宜采用頂管法施工……”。由此可知采用頂管法下穿鐵路施工將會(huì)變得普遍，本文針對(duì)頂管下穿鐵路橋梁的情況，對(duì)頂管施工采用Midas/GTS軟件進(jìn)行三維仿真模擬，可對(duì)施工過程中鐵路橋梁產(chǎn)生的影響進(jìn)行量化，為日后大量類似的項(xiàng)目提供參考。1頂管下穿既有鐵路橋梁基本情況1.1頂管與既有鐵路的相對(duì)關(guān)系D630X9鋼管采用頂進(jìn)施工方式下穿既有廣佛環(huán)線城際鐵路東平水道特大橋17、18號(hào)橋墩。管道中心線距離橋墩承臺(tái)最小距離為31.4m；管道與鐵路中心線夾角為86.7°。頂管覆土約為4.18m。

圖2頂管與既有鐵路的立面關(guān)系示意圖鐵路基本情況廣佛環(huán)線城際鐵路，是環(huán)繞于中國廣東省廣州市和佛山市的城際鐵路，途經(jīng)佛山市南海區(qū)、禪城區(qū)、順德區(qū)及廣州市番禺區(qū)、海珠區(qū)、天河區(qū)、白云區(qū)、花都區(qū)。廣佛環(huán)線城際鐵路的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)如下：鐵路等級(jí)：城際鐵路設(shè)計(jì)速度：200km/h正線數(shù)目：雙線軌道類型：無砟軌道正線間距：4.2米

最小曲徑：2200米（一般地段）、2000米（困難地段）最大坡度：30%o閉塞類型：自動(dòng)閉塞牽引種類：電力2鐵路位移控制值根據(jù)《鄰近鐵路營業(yè)線施工安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)程》TB10314-2021第3.0.15條，鄰近施工安全監(jiān)測(cè)范圍、監(jiān)測(cè)等級(jí)、監(jiān)測(cè)方法、監(jiān)測(cè)頻率、監(jiān)測(cè)預(yù)警值、報(bào)警值及控制值等可按高速鐵路、普速鐵路分類確定，城際鐵路宜按高速鐵路標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。根據(jù)《鄰近鐵路營業(yè)線施工安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)程》（TB10314-2021），高速鐵路運(yùn)營設(shè)備設(shè)施監(jiān)測(cè)預(yù)警值、報(bào)警值和控制值按下表執(zhí)行。表1鐵路橋墩位移變形監(jiān)測(cè)預(yù)警值、報(bào)警值和控制值速鐵路橋墩監(jiān)測(cè)（無砟軌道）豎向位移頂部、底部橫線路水平位移累計(jì)量預(yù)警值速鐵路橋墩監(jiān)測(cè)（無砟軌道）豎向位移頂部、底部橫線路水平位移累計(jì)量預(yù)警值±1.2mm±1.2mm累計(jì)量報(bào)警值±1.6mm±1.6mm累計(jì)量控

制值±2mm±2mm頂部、底部順線路水±1±1±2平位移.2mm.6mmmm頂部、底部順線路水±1±1±2平位移.2mm.6mmmm3有限元模擬分析頂管施工過程3.1模型概況模型尺寸為120mX120mX80m（長X寬X高）。模型X方向?yàn)楣艿理斶M(jìn)方向,Y方向?yàn)榇怪惫艿婪较?，模型Z方向?yàn)樨Q直方向。模型中的橋墩、承臺(tái)、頂管鈍化土部分、工作井、接收井、土層均用實(shí)體單元模擬，樁基采用梁單元模擬，頂管結(jié)構(gòu)部分采用板單元模擬，鐵路上部結(jié)構(gòu)部分則采用墩頂施加均布?jí)毫Φ姆绞竭M(jìn)行簡化。模型采用位移邊界作為邊界條件，除上表面為自由邊界外，各外表面均約束法線方向的位移。圖3圖3整體模型示意圖3.2邊界條件假設(shè)模型處于彈性半無限空間中，因此模型邊界變形約束為零。本模型的邊界條件如下：模型頂面為自由面，無約束；模型底面每個(gè)方向均約束；模型四個(gè)側(cè)面均只約束法向，其余方向自由無約束。

計(jì)算參數(shù)根據(jù)地質(zhì)勘查資料，結(jié)合設(shè)計(jì)資料及相關(guān)規(guī)范，選取巖土的物理力學(xué)參數(shù)如下表所示：表2巖土體力學(xué)參數(shù)表3數(shù)值分析結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸及力學(xué)參數(shù)

彈性容重（KN/m2）名稱材料模量（MPa）泊松比C40鋼筋混32500橋墩凝土0.226C40鋼筋混32500承臺(tái)凝土0.226橋梁樁C30鋼筋混3000026基礎(chǔ)凝土0.2頂管管Q235鋼2000078.5壁00.3C30鋼筋混30000井壁凝土0.226數(shù)值模擬過程有限元模型主要分析步驟設(shè)置如下：Stepl：賦予結(jié)構(gòu)自重，施加邊界約束，場(chǎng)地初始地應(yīng)力平衡（位移清零）；Step2:鐵路樁基、承臺(tái)、橋墩的建立，施加墩頂均布荷載，樁底豎向轉(zhuǎn)動(dòng)約束。鐵路相關(guān)內(nèi)容為既有元素，故此處位移清零；

Step3：工作井及接收井開挖，并建立井結(jié)構(gòu);Step4:頂管從工作井頂進(jìn)到接收井，按5m左右一節(jié)模擬頂進(jìn)施工。圖4Step1設(shè)置示意圖圖5Step2設(shè)置示意圖圖6Step3設(shè)置示意圖圖7Step4設(shè)置示意圖4分析結(jié)果提取管道施工過程中廣佛環(huán)線城際鐵路橋墩墩頂最大位移計(jì)算結(jié)果如下表所示。表4施工過程中廣佛環(huán)線城際鐵路最大位移計(jì)算結(jié)果（mm）序施工工況水平X水平Y(jié)豎直號(hào)方向方向Z方向1工作井、接收井施工0.0160.0340.0153 9 6

234567890.0150.0340.015第一節(jié)頂管頂進(jìn)3米8130.0320.014第二節(jié)頂管頂進(jìn)5米0.015770.0140.013第三節(jié)頂管頂進(jìn)5米30.03190.0130.0290.013第四節(jié)頂管頂進(jìn)5米8110.0130.0260.012第五節(jié)頂管頂進(jìn)5米5410.0130.0240.011第六節(jié)頂管頂進(jìn)5米4120.0130.0210.010第七節(jié)頂管頂進(jìn)5米9220.0140.0190.009第八節(jié)頂管頂進(jìn)5米425

第九節(jié)頂管頂進(jìn)5米0第九節(jié)頂管頂進(jìn)5米01第十節(jié)頂管頂進(jìn)5米11第十一節(jié)頂管頂進(jìn)52米1第十二節(jié)頂管頂進(jìn)33.55米0.0150.0170.0081490.01590.0160.00840.0160.0140.0086810.0170.0140.007129根據(jù)分析結(jié)果顯示，施工過程中廣佛環(huán)線城際鐵路產(chǎn)生的位移遠(yuǎn)小于控制值2mm。結(jié)語通過模擬頂管施工，分析了頂管施工過程中對(duì)既有廣佛環(huán)線城際鐵路橋墩產(chǎn)生的影響，取得如下結(jié)論：廣佛環(huán)線城際鐵路橋墩墩頂X向最大水平位移為0.0171mm,小于限值2mm；Y向最大水平位移為0.0349mm，小于限值2mm；Z向最大豎直位移為0.0156mm,小于限值2mm。本項(xiàng)目頂管下穿廣佛環(huán)線城際鐵路橋梁的施工過程對(duì)既有鐵路橋梁產(chǎn)生一定的影響,但影響有限,經(jīng)計(jì)算和分析,廣佛環(huán)線城際鐵路橋梁的位移、沉降均可滿足規(guī)范要求,認(rèn)為方案是基本可行的。參考文獻(xiàn)丁麗麗.頂管技術(shù)在市