高速公路桥梁上跨既有铁路隧道安全性计算分析

姚宏志

（四平市盛博公路工程咨询有限公司，吉林四平136000）

1 引言

目前，我国公路建设与铁路建设的项目逐年增加，致使我国交通路网越加繁杂，并且在二者的设计中，交叉情况也逐渐地增多。为了确保行车安全以及财产安全，在公路以及铁路项目施工前，需要对其进行合理的设计施工，尽可能减少二者之间的交叉数量，提高施工以及日后运营的安全性。本文研究的课题，对我国的高速公路桥梁以及铁路隧道建设具有重要意义，对公路以及铁路的交叉安全具有现实性意义。

2 工程概况

一般高速公路的建设，是采取六车道的国家标准建设。通过对重庆市A高速公路进行分析研究，该高速公路行车的速度控制在120km/h以内，路基的宽度为34.5m，而在高速公路隧道中则是两车道，而且隧道的进口为直行，其中段落的曲面半径为5500mm，隧道的坡度垂直角为11.5°，在交叉的路段中，所覆盖的土层厚度为10m，在隧道的上方与公路相交，段路的长度为40m，高速公路隧道的结构为双向v级，在施工中以黄土对隧道两侧进行二衬浇筑。

为有效地确保高速公路以及铁路的行车安全，本文在高速桥梁中选用1孔50m的装配式预应力简支T梁，高速桥梁的桥面桥柱间的角度为60°，桥台的类型为肋板台，根据不同的地理环境桩长不统一，平均为50m，桩的半径为1.3m，桥梁全长为50m，合理控制桥梁底部与地面之间的高度。

在交叉口处，交叉点与地面之间的高度为1300m，该地势的周围环境为地面环绕着山，山间具有一定的深度洼池，是属于较为具有侵蚀性的地域，而隧道的地势处于山间洼池处，通过对该地区进行勘测，发现勘测的深度已经达到了极限，但未见到岩石，该地区地面类型大都为农业用地，而桥梁的地理位置则处于山间的洼池处，对工程的施工造成了一定的难度。

3 高速公路桥梁上跨既有铁路隧道安全性计算分析研究

3.1 确定计算模型

一般在对公路以及桥梁的运算过程中，基本选用MIDAS软件对桥梁的结构以及隧道的结构进行计算。在通过采取该选件进行计算后，需要对该施工工况进行地势结构分析，并在施工范围内选用各路段中的岩土作为实现，根据得出的数据做出模型，实现该工程路段的三维立体模型，并选用Mohr-Coulomb的准则；在隧道工程中的前期阶段，对于支护工程采用三维实体单元弹性模型，并对隧道的二衬浇筑工程进行施工弹性建立，对隧道板进行单元模拟。在水平以及竖直方向中，采用位移约束边界。

3.2 计算荷载施工阶段

在高速公路桥梁工程施工过程中，施工单位以及建设单位需要考虑到隧道两侧的侧桩基以及承台工程，在施工时容易受到施工开挖影响以及桥梁在施工结束后的桥梁自重的影响。工程完毕后，在运营阶段，桥梁的运行车辆所产生的荷载重量在一定程度上，其重量是作用于桥梁上的，并且通过桥柱减弱一定的重量，将其余的重量传递到桥梁桩基中，容易引发桥柱周围的地势变形。由于该部分的土地层与浇筑后共同成为了受力的整体，在土层结构中出现变形前，通过计算桥梁的荷载力，并对隧道的侧衬进行计量。确保在运营的阶段内，汽车荷载符合公路-Ⅰ级荷载标准。

3.3 计算结果分析研究

根据对数值的模拟结果进行分析可知，在该工程项目的构建中，隧道与桥梁的构造中，结构的构建形式呈相交断面时对其后续的应用最具劣势，此时，该结构会导致断面形变，并且在隧道拱顶处容易发生坍塌等变形现象。整个工程建筑中，会在仰拱与边底的结合部位出现结构的最大弯矩与最大轴力。在工况1中，工作人员对施工前的高速公路进行预测分析，其结果显示，隧道顶部覆盖土层的面积为10m2。将此时的建筑环境设置为初始状态，则工程位移为零。在工况2中，在高速公路桥梁施工模拟中，施工的具体方案是以隧道的两侧为基础，在相同的方向中，顺次开挖桥梁基桩，之后在其上方施工做桩基承台，最后对桥梁的上方进行施工。在工况3中，高速公路桥梁模拟施工结束后，对运营再进行模拟，其主要的模拟方式是必须按照《公路桥梁设计规范》的要求进行标准的施工，在桥梁上方布置行车道的荷载以及车辆集中荷载。通过对三个工程工况模拟施工后，计算结构如表1以及表2所示。

表1 交叉路段各阶段的结构荷载力技术结果

表2 交叉路段各阶段的结构变形计算结果

根据表1数据得出结论，桥梁的施工在结束后，隧道的一衬以及二衬的结构在底板的拱脚处，弯矩增加了2.5kN·m，并且隧道的拱脚处轴力减少了29.6kN。在运营的过程中，桥梁结构在一定的基础上，隧道会随之在一衬以及二衬施工中，底板以及拱脚弯矩将会增大到0.5kN·m，而拱脚轴力减少了2.5kN。通过计算结果得知，隧道结构在此过程中，受到盒子压力程度并不大，也就说明桥梁在此施工的过程中，对隧道施工的影响作用力并不大，也确保了二者同时施工的安全性。

对于表2数据结果而言，在桥梁施工的过程中，隧道的结构受到了一定的影响，隧道的结构在一定程度上出现了严重的下沉，并且桥梁的桩基位置也发生了一定偏移，两侧的沉降垂直方向逐渐减少，最大的垂直方向位置移动距离为-5.56mm，虽然位移量较小，不过在一定的程度上，依旧会影响桥梁的质量。当桥梁在运营过程中，在车辆荷载作用下，隧道的机构以及桥梁在建成后，在一定程度上产生出新的下沉。

4 结论

综上所述，在通过相对的计算结果分析中，由于高速公路桥梁在施工的过程中，对隧道的结构会产生影响力，虽然不大，但依旧存在着一定的问题，无论是整体的结构还是一定的数值都将会保持在相应的范围内。本文在研究的过程中主要通过对重庆市A高速公路的分析，完成我国现阶段高速公路桥梁上跨既有铁路隧道的安全性分析，并根据具体的研究完善了后续的结果确立工作。望此次研究内容与结果能够得到相关人员的关注，并在实际工作中加以借鉴。