天津市南开区教育局基建房屋管理所 天津 300142
摘要：随着城市地下空间的开发，越来越多的市政管廊及轨道交通需要下穿既有高铁桥墩的。本文以此为背景，针对某市政管廊下穿高铁的情况，展开了相应的研究,通过数值模拟分析，识别施工过程中可能出现的安全风险因素，提出合理的处理措施，根据评估结果对相应的施工工序提出意见和建议，为今后同类工程提供参考。
关键词：管廊工程；下穿；高铁桥墩；数值模拟；安全分析
1研究背景
某地区规划包括市政道路、综合管廊、排水管网系统工程，拟建场区为华北平原北缘，为冲积平原，地形平坦开阔，地势由北西向南东缓倾。场地现状以村庄、耕地地为主。
考虑到高速铁路运营安全的重要性，本次安全评估对象主要为管廊工程下穿高铁桥墩[1~2]。通过安全评估，识别道路工程施工对某城际运营存在的不利因素，提出处理措施，根据评估结果对相应的施工工序提出意见和建议，以达到确保核心安全——高铁运营安全的目的。
2评估目的与方法
采用理论计算和有限元模型相结合的方法开展数值模拟计算，对照评估标准开展定量安全评估。
市政管廊工程下穿高铁桥墩，开挖范围大，施工周期长，情况较为复杂，采用二维有限元分析程序已经不能对本项目全方位模拟分析，因此对于市政管廊工程下穿高铁桥墩采用MIDAS-GTS软件进行3D建模计算。
3有限元模型建立[3~4]
采用岩土有限元程序MIDAS-GTS进行计算分析市政管廊下穿高铁桥墩的变形影响。建模的基本原则：首先将土体及既有高铁桥墩现状做为初始状态，计算土层的初始应力状态；然后在这种状态下进行匝道土体开挖和建设施工，最后道路公路施工，计算桥梁墩顶竖向位移，分析桥梁桩基承载力，进而得出评估结论。
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图3-1总体模型
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图3-2施工分节段示意图
采用Midas GTS建立三维模型，为便于描述，首先给出计算模型中拟采用的坐标系：垂直铁路桥方向为X轴；顺铁路桥方向为Y轴；竖直方向为Z轴。为消除计算边界效应的影响，考虑施工过程中的空间效应，计算模型取其有效影响范围，即模型沿X方向取200m，沿Y方向取150m，土层总深度100m。
模拟过程中公路主线顺序见表3-1，铁路专项设计范围内每幅分节段施工，节段划分见图3-2。整体模型如图3-1所示。
管廊分段施工，先施工为除下穿铁路保护区中间段落外其余段落，再施工下穿铁路保护区的中间段落。计算分析模型中施工顺序如表1所示，施工顺序中的分节段如图3-2所示。
表3-1主线下穿高铁安全评估施工阶段及内容
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4计算结果
(1) 附加竖向变形计算结果
本工程施工阶段引起既有铁路桥梁附加竖向变形计算结果见表4-1。
表4-1施工阶段附加竖向变形计算结果（mm）
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注：表中数据正值代表隆起，负值代表沉降。
通过上表可知，在本工程施工中，桥墩竖向变形最大为2.11mm，满足评估标准的要求。
(2) 竖向附加差异变形计算结果
本工程施工及运营阶段引起既有铁路桥梁竖向附加差异变形计算结果见表4-2。
表4-2施工阶段竖向附加差异变形计算结果（mm）
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通过上表可知，在本工程施工中，桥墩竖向差异变形最大为1.06mm，满足评估标准的要求。
5评估结论
根据市政管廊工程下穿高铁桥墩设计方案相关内容，经过有限元模拟分析，得出本阶段主要评估结论如下：
施工时先施工除下穿铁路保护区中间段落外其余段落，再施工下穿铁路保护区的中间段落。桥墩竖向变形最大为2.11mm，桥墩竖向差异变形最大为1.06mm，满足评估标准的要求。
6评估建议
（1）施工需严格按本报告提出的顺序开展，先开挖除穿越铁路中间段落的基坑，主体施工，回填，再开展穿越铁路中间段落的施工。基坑开挖后应尽快施工主体结构并及时回填，严禁基坑长时间暴露在外，回填土需按相关要求压实。
（2）在本工程施工期间，高铁铺轨前的区域自身沉降监测应增加测量频次，紧密关注高铁的沉降变化。
（3）本工程施工期间，应加强梁部的线型监测。
（4）施工过程中加强对基坑变形的监测，控制坑外土体扰动，以降低对高铁基础的附加影响。
（5）施工中不得在铁路桥梁下及两侧各50m范围内堆载，以避免引起桥墩基础附加沉降的发生。
（6）施工时不得在铁路桥梁200m范围进行开采地下水。
（7）具体的施工组织方案及监测方案，需上报铁路主管部门审批同意后方可施工。
（8）铁路桥梁下应避免大型施工机械作业，桥下机械避免偏压承台，并严禁施工机具或人为因素对在建京雄城际铁路桥墩墩身、基础及梁部造成损伤。
（9）施工过程中在建铁路桥梁下基坑应分层、分段对称开挖，基坑回填时对称施工，严禁冲击压实或强夯。
（10）本工程施工前，施工单位要对地下不明障碍物的探测、预报投入足够的人力、物力，以便查明地下不明障碍物的平面位置、高程，采取必要的技术措施，规避施工安全风险。
（11）施工期间，请做好排水工作，确保工程顺利进展。
参考文献：
[1]浅析城市道路下穿高铁的影响与分析[J]. 吉军立. 工程与建设. 2016(01)
[2]公路下穿高铁需注意的荷载因素及应对措施[J]. 武林,黄淼. 工程与建设. 2014(04
[3]复杂断面地铁隧道开挖优化及对建筑物的影响[J]. 漆泰岳,白永学,李斌.西南交通大学学报. 2012(01)
[4]大断面隧道地层超前预加固及开挖支护过程稳定性的数值模拟[J]. 周捷,漆泰岳,旷文涛,李斌. 隧道建设. 2009(02)
作者简介：姓名：崔馨仍 (1992—) ，女，辽宁本溪人，硕士研究生，助工，主要从事房屋建设维修工作。