王宝存

(安徽省水利水电勘测设计研究总院有限公司，合肥 230088)

1 概 述

1.1 工程概况

港口湾灌区工程是纳入国务院172项重大节水供水工程的新建大型灌区项目，位于安徽省宣城市。其中，佟李干渠跨商合杭高铁桥采用箱涵型式，自高铁442#和443#桥墩间垂直穿过，箱涵设计过流8.2 m3/s，断面尺寸为3.8 m×3.8 m，墙厚0.5 m[1]。

高铁桥宽12.5 m，穿越段桥墩跨径32.6 m，桥梁已完成铺轨，桥底距现状地面约5.6 m。该段工程施工时，高铁桥墩沉降及变形控制标准为2 mm，高铁桥外侧起向外各200 m范围内禁止抽取地下水[2]。

该段基坑开挖采用如下基坑支护型式：自穿越高铁桥中心线两侧各30 m范围内采用地下连续墙进行支护施工，支护墙厚0.6 m，墙底深入岩层约6 m，支护连续墙沿高度方向从下往上布置两道对撑，第一道为钢梁支撑，第二道为钢筋砼梁支撑，对撑沿箱涵轴线方向间距5.0 m(高铁桥下为2.5 m)。高铁桥支护段以外采用截渗墙进行防渗处理，与支护段连续墙相接。

1.2 地质条件

根据本次地质测绘及钻孔资料，穿越段揭露土层有人工填土、②1、④1、⑤3以及白垩系上统宣南组中段(K2x2)基岩地层。

工程地质剖面见图1，物理力学指标见表1。混凝土标号C30，钢支撑按HRB400进行考虑，参数见《水工混凝土设计规范》(SL 191-2008)[3]。

表1 物理力学指标表

图1 工程地质剖面图

2 数值模拟

2.1 计算模型建立

本次采用大型有限元程序ABAQUS分析[4-5]，主要模拟箱涵下穿商合杭高铁桥对442#和443#桥墩的影响。计算过程中，土体、地下连续墙、砼支撑、钢支撑、混凝土涵洞、商合杭高铁桥墩和桩基础等均采用三维实体单元模拟。连续墙按5 m一节划分，计算模型顺商合杭高铁方向长100 m，横桥向90 m，深度方向40 m，模型共计38 052单元、28 575节点。模型前后左右均为法向约束，模型底部为竖向加法向约束。计算模型见图2和图3。

图2 整体模型图

图3 箱涵、支撑特桩基等模型图 注：X为顺桥向，高铁桥里程方向为正；Z为沉降方向，以向上为正；Y为横桥向，正向以右手定则确定。

2.2 模拟方案

模拟的开挖、支护共分10个步骤进行，工况划分见表2。

表2 模型计算工况划分表

2.3 模拟计算结果

2.3.1 桥墩墩顶位移

考虑到两侧桥墩对称，选取443#桥墩墩顶进行分析，各工况下墩顶顺桥向、横桥向、沉降方向位移以及总位移值见表3。

表3 各工况下墩顶位移值 /mm

工况7下位移最大，计算模型见图4，桩墩总位移云图见图5。

图4 工况7计算模型图

图5 工况7桩墩总位移云图

2.3.2 桩侧摩阻力及轴力影响

443#桥墩在10种工况下的左下角基桩侧摩阻力增幅较小，桩侧摩阻力增量最大值不超过0.5 kN(工况7)，计算结果见图6。

443#桥墩左下角在各工况下桩身轴力均出现一定程度的减小，轴力减小的幅度不超过-75 kN(工况7)，计算结果见图7。

图7 各工况下443#左下角桩身轴力增量随深度变化曲线图

3 结论与建议

通过三维数值计算，从计算分析结果来看，安徽省港口湾水库工程佟李干渠穿高铁段箱涵的施工对商合杭铁路桥梁有一定的影响，但均未超出规范值。参考以上计算结果，总结如下：

1) 安徽省港口湾水库工程佟李干渠新建工程采用连续墙围护、明挖施工形式下穿商合杭铁路，设计方案基本可行。

2) 通过三维有限元数值计算分析，安徽省港口湾水库工程佟李干渠新建工程的施工及后期运营荷载引起的商合杭铁路的桥墩变形、位移和沉降量均小于2 mm，满足高铁安全相关规范要求。

3) 根据《铁路安全管理条例》，高铁桥外侧起向外各200 m范围内禁止抽取地下水，本次模拟计算未考虑地下水影响。考虑到本工程区域地下水丰富，⑤3砂砾卵石层为强透水层，本设计中高铁桥支护段以外采用截渗墙进行防渗处理，与支护段连续墙相接。施工时，应确保截渗墙质量，做到高铁桥附近地下水位不因工程施工发生变化。