摘 要：随着铁路网和公路网的不断延伸，公路与铁路的交叉工程日益增多。作为全国交通大动脉，城市道路工程与铁路交叉时，必须采用可靠的方式、结构形式和施工方法，以保证铁路运行的安全性和旅客的舒适度。由于没有相关标准在这个阶段定量表明相关指标影响铁路的机械性能由于接近现有的铁路建设在城市道路建设,很难准确地反映道路建设和运营带来安全风险是否正常的铁路操作期间有关城市道路工程的实现。因此，在与铁路相交的道路设计中，应综合考察铁路的现状，充分考虑道路的施工条件、设备配置和工程规划。与此同时，由于铁路对沉降位移较为敏感，对既有铁路在道路建设和运营过程中的影响也应进行安全分析和计算。
关键词：市政道路；明挖；下穿铁路桥梁；施工安全
1 工程概况
1.1 项目概述
某城市道路以框架涵的形式从既有怀邵衡铁路某桥梁4号墩和5号墩之间下穿，交叉处道路里程为KO＋533.23，铁路里程为DK193＋482.318，二者斜交角为74°；同时也从既有娄邵铁路某桥梁4号墩和5号墩之间下穿，交叉处道路里程为KO＋551.12，铁路里程为KO86＋624.673，二者斜交角为72.3°，具体位置关系见图1。
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图1 道路与铁路平面交叉关系图
（单位：里程，m；尺寸，cm）
1.2 设计方案
根据规划及总体设计资料，该城市道路采用框架涵方案下穿铁路桥梁，道路与怀邵衡铁路桥梁相交处立面关系见图2。
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图2道路与怀邵衡铁路立面位置关系图
（单位：高程、里程，m；尺寸，cm）
框架涵长度6Om，涵内净空为12.Om×6.Om，框架涵采用现浇法施工，施工前采用支护桩保护既有铁路桥梁基础。城市框架涵防护桩与铁路桩基最小中心距3.28m，框架涵施工基坑深7.67m。框架涵基坑距离怀邵衡铁路桥梁4号墩承台底的高差较大，因此需要针对工程施工造成的影响进行定量分析计算。
城市道路与娄邵铁路桥梁相交处立面关系见图3。框架涵防护桩与铁路桩基最小中心距1.96m，框架涵施工基坑深6.32m。框架涵基坑距离4号墩较近，且基坑开挖较深，基坑施工过程中可能导致4号墩桩基周围土体有较大变形，因此需要针对工程施工造成的影响进行定量分析计算。
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图3 道路与娄邵铁路立面位置关系图
（单位：高程、里程，m；尺寸：cm）
1.3 地质情况介绍
交叉范围内主要地层分布如下。
1）第四系冲积洪积相沉积层（Q4ａｌ＋ｐｌ）。（2）5－3粉质黏土：黄褐色、褐黄色，可塑，土质较均匀，层厚1.4～13.5m，σO＝15OKＰａ。
2）下伏基岩。（16）1－3灰岩。灰白色、青灰色、灰黑色，弱风化，岩芯较完整，σO＝8OOKＰａ
2 道路施工安全影响分析
根据前文所述，城市道路框架涵施工过程中主要对娄邵和怀邵衡铁路4号和5号桥墩基础影响较大，为保证铁路桥梁的安全，需要在交叉范围内针对娄邵和怀邵衡铁路4号和5号桥墩的基础进行定量分析。
2.1 计算模型说明
本文采用吗iDasGTSNX有限元程序针对城市道路工程下穿娄邵和怀邵衡铁路桥梁进行了模拟计算，分别分析了基坑开挖、道路施工及运营对娄邵和怀邵衡正线4号、5号桥墩的影响。由于工程主要关注道路施工对铁路桥梁下部结构的影响，为减小模型复杂程度，只建立铁路桥梁下部结构模型，桥梁梁体及上部荷载的作用通过在桥墩墩顶施加荷载来代替。
建立的三维有限元计算模型中包括土层、铁路桥梁基础、道路开挖防护桩及横撑等组成部分，几何模型如图4所示。模型中桥梁承台和桥墩采用线弹性的钢筋混凝土实体单元模拟，铁路桩基与防护体系横撑采用梁单元模拟，防护排桩等效为板单元模拟。土层的应力、应变关系均采用修正mohr-coulomb弹塑性模型；混凝土、钢材的应力应变关系均采用理想线弹性模型。模型底部施加固定约束，在两侧施加竖直滑动约束，模型表面则取为自由边界。
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图4 计算几何模型
2.2 计算结果分析
道路框架涵施工过程中，主要对铁路桥梁的基础沉降及轨道平顺性产生影响，因此，本文主要针对道路施工对铁路桥梁顺桥向、横桥向和竖向产生的位移计算结果进行分析。
按照实际施工步骤，计算分4步进行：①施加重力及高铁桥梁墩顶力，地应力平衡；②基坑支护体系施工；③基坑开挖；④框架涵、基坑回填并施加运营荷载。
各阶段累计附加顺桥向、横桥向和竖向位移见图5。
根据上述计算结果并结合评估标准分析如下。
1）桥梁基础沉降。《高速铁路设计规范》中规定：对于有砟轨道，控制的墩台均匀沉降为3Omm，相邻墩台的沉降差为15mm。
计算结果显示，怀邵衡铁路桥梁累计附加最大竖向位移为－O.O6mm（沉降），娄邵铁路桥梁累计附加竖向位移最大O.19mm（隆起），均不超过规定墩台均匀沉降控制值的O.6%；怀邵衡铁路4号与5号桥墩累计附加最大竖向位移差为O.O2mm，娄邵铁路4号与5号桥墩累计附加最大竖向位移差为O.12mm，均不超过规定相邻墩台沉降差控制值的O.8％。可见本方案对铁路桥梁沉降影响较小。
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图5位移变化图
2）轨道平顺性。根据《公路与市政工程下穿高速铁路技术规程》条文说明3.O.3，桥墩位移值与轨道高低、轨向的关系曲线见图6。本设计方案引起既有铁路桥墩产生竖向位移最大为O.19mm，横桥向位移最大为O.27mm，反映至轨道上高低不平顺性为O.O3mm，轨向不平顺性为O.O4mm。
①高低偏差。在“经常保养”状态下，线路轨道静态几何尺寸容许高低偏差管理值为5mm；在保养标准Ｉ级状况下的轨道动态质量容许高低偏差为5mm。
计算结果显示，铁路桥梁各阶段累计附加轨道高低偏差最大为O.O3mm，占静态高低偏差控制值的O.6%，可见道路施工对铁路线路轨道高低偏差不平顺性影响较小。
②轨向偏差。在“经常保养”状态下，线路轨道静态几何尺寸容许偏差管理值中，轨向偏差为4mm；在保养标准Ｉ级状况下的轨道动态质量容许轨向偏差管理值为5mm。计算结果显示，铁路桥梁各阶段累计附加轨向偏差最大为O.O4mm，占静态轨向偏控制值的O.8%，可见道路施工对铁路线路轨道轨向偏差不平顺性影响较小。
需要指出的是，由于有限元计算与实际施工情况不可能完全一致，且实际施工中材料的力学参数也存在一定的离散性，因此，计算结果仅起定性的参考作用，在实际施工时应加强对铁路桥墩基础沉降和位移的监测。
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图6 铁路桥墩位移与轨道平顺性指标关系曲线
结束语
建议在道路施工前制定铁路桥墩沉降位移监测方案，在施工过程中加强铁路桥梁基础和桥墩的变形监测。监测结果应及时反馈给有关单位。监测结果一旦超过监测方案规定的变形控制值，应立即停止施工，并在列车上进行限速。轨道平整度恢复后才能恢复正常运行。
参考文献：
［1］王凤学.中国高速铁路对区域经济发展影响研究［D］.长春：吉林大学，2O12.
［2］闫枫.京津城际高速铁路综合效益分析研究［D］.北京：北京交通大学，2O16.