管带机廊上跨施工对既有铁路运营的影响

管带机廊上跨施工对既有铁路运营的影响

许宁乾，杨涛，李荫楼

（天津市轨道交通事业发展服务中心，天津300250）

摘要：某管状带式输送机廊道项目采用上跨方式与既有铁路交叉，为研究其上跨施工对既有铁路的影响，采用Midas GTS NX建立有限元模型，分析各个施工工序及成桥运营对既有路基的变形作用，为进一步优化设计提供了理论参考。结果表明：跨越东港铁路施工中，矿石车场铁路的横向位移、纵向位移，东港铁路上行线的横向位移、纵向位移，东港铁路下行线的横向位移、纵向位移均满足规范要求。

关键词：管带机廊；上跨施工；路基变形

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0引言

随着城镇现代化进程不断加快，新建或改建的市政项目与既有铁路的交叉越来越密集，临近铁路施工安全的要求也越来越严苛，因此，做好涉铁工程的施工前安全评估工作至关重要。本文依托某地新建管带机廊上跨既有铁路工程实例，通过有限元模拟的方法深入分析了管带机廊施工对既有铁路路基结构的影响，为进一步优化设计提供理论参考。

1工程概况

1.1  既有铁路现状

某管带机廊道项目跨越铁路工程节点位置铁路为路基段，路基宽度约为37m，其上共三股道，包括东港线下行线、东港线上行线和矿石车场线，电气化铁路，设计铁路限界为双层集装箱限界，要求净空≥8.3m。

1.2  新建项目概况

新建管状带式输送机廊道项目与既有铁路交叉角度为75°，拟采用1-55m钢桁架跨越既有铁路，大里程侧承台、墩柱距离铁路中心线最近处为9.27m、10.96m，小里程侧承台、墩柱距离铁路中心线最近处为10.21m、11.89m。钢桁架距铁路轨顶最小净空12.44m，距铁路接触网最小净空3.93m，设计荷载在跨铁路孔活载提高30%。考虑管带机钢栈桥跨铁路段采用全封闭形式，避免管带机在运行过程中撒煤或其他杂物掉落对铁路运营产生安全隐患。

铁路两侧桥墩采用圆柱式桥墩，盖梁高度180cm，厚度200cm。三柱式桥墩间距500cm，墩身直径150cm，中间设置中系梁，群桩基础，承台尺寸为12mx4.5mx1.5m，桩基采用直径100cm的钻孔灌注桩。

2场地条件

依照地质资料，本次工作依据土层类型及承载力情况，将场地内的分层土简化为如下五个土层，各土层地质参数如下表所示。

表1 土层地质参数表

3有限元模型的建立

3.1 土体

根据工程范围及评估需要，进行土体模型范围界定，本模型长150m，宽100m，土层深度为64.3m。土体采用修正摩尔-库伦模型模拟土的本构关系，各层土以3D实体单元进行模拟。

3.2路基、道砟

采用3D实体单元模拟既有东港线铁路及在建矿石车场线铁路路基、道砟。

3.3承台及桩基

采用3D实体单元模拟新建桥梁承台，采用1D梁单元模拟其桩基，并建立桩界面接触单元模拟钻孔灌注桩与土层间的相对关系。

3.4网格划分

本模型采用混合网格生成器自动划分网格，网格质量较好，保证了模型的计算收敛性。

3.5边界及荷载

土体四周边界采用水平约束，底边界采用竖向约束。

3.6 施工过程模拟

表2 施工工序表

4 计算结果

采用岩土有限元程序MIDAS GTS进行计算分析管带机廊道项目跨越既有铁路的变形影响。建模的基本原则：①将土体及既有铁路路基为基本初始状态，计算土层的初始应力状态； ②计算开挖基坑对铁路路基的影响；③桩基和承台施工、基坑回填的影响；④施工桥墩的影响；⑤成桥运营状态对铁路的影响。计算各施工阶段对既有铁路路基变形的影响。

图1 有限元模型图

表3 各施工阶段东港铁路、矿石车场铁路路基横向位移（mm）

表4 各施工阶段东港铁路、矿石车场铁路路基纵向位移（mm）

表5 各施工阶段东港铁路、矿石车场铁路路基竖向位移（mm）

由上表可知：管带机廊道项目跨越既有铁路工程，对既有铁路影响满足规范要求。跨越东港铁路施工中，矿石车场铁路的横向位移最大为0.84mm，出现在承台开挖阶段。东港铁路上行线的横向位移最大为0.31mm，出现在廊道成桥运营阶段。东港铁路下行线的横向位移最大为0.75mm，出现在承台基坑开挖阶段。满足规范《临近铁路营业线施工安全监测技术规程》（TB10314-2021）中控制值7mm、预警值4.2mm的要求。跨越东港铁路施工中，矿石车场铁路的纵向位移最大为0.23mm，出现在廊道成桥运营阶段。东港铁路上行线的纵向位移最大为0.18mm，出现在廊道成桥运营阶段。东港铁路下行线的纵向位移最大为0.29mm，出现在廊道成桥运营阶段。满足规范《临近铁路营业线施工安全监测技术规程》（TB10314-2021）中控制值7mm、预警值4.2mm的要求。

5结论

（1）管带机廊道项目跨越三条既有铁路施工中，对既有铁路影响满足规范要求。

（2）承台基坑开挖边缘距离铁路较近，最近处小于7m，且桩基施工机械振动，势必造成对铁路的影响，建议施工期间加强对铁路路基变形监测，防止过大变形。

参考文献：

[1] 国家铁路局.铁路桥涵设计规范:TB10002 -2017.

[2]国家铁路局.铁路建设工程安全风险管理技术规范:Q/CR 9006-2014.

[3]  国家铁路局.邻近铁路营业线施工安全监测技术规程:TB 10314-2021.中国铁道出版社有限公司，2021.

[4]  张守信.高速铁路桥梁跨越既有铁路的施工技术[J].工程机械与维修, 2023, (05): 116-119.

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