某高速铁路桥墩沉浮成因分析及处理措施探讨

某在建高速铁路桥梁沉降观测数据表明,桥梁墩台出现异常下沉和上浮。本文结合桥址地质资料,采用数值分析法对桩基在不同地下水位变化工况下的沉降特性进行了分析,研究了地下水位变化对桩基沉浮的影响机理,剖析了异常沉浮的成因,并提出了相应的工程处理措施。     

盾构隧道病害分析及上方架空轻质回填研究

研究目的:紧邻地铁盾构隧道的抗拔锚杆高压注浆易诱发严重的隧道病害,包括管片环错台、椭圆度超限、开裂、接缝及螺栓孔渗漏水等,影响地铁正常运营及结构安全。本文基于实际工程案例中基坑施工历程、隧道病害现状、监测数据,借助数值模拟手段,分析隧道上浮及病害成因,并提出一种隧道上方架空轻质回填的方案,为类似工程提供借鉴。研究结论:(1)基坑地下室大面积抗拔锚杆高压注浆是造成隧道发生上浮的主要原因,地下水位上升引起的隧道上方土层重度减小及强风化粉砂质泥岩的软化、膨胀,降低了隧道上方土层的抵抗作用;(2)隧道纵向不均匀上浮和注浆引起的隧道侧方压力增大,导致隧道发生环径向错台、椭圆度变形超限,过大的"竖鸭蛋"变形是隧道管片侧墙开裂、接缝及螺栓孔渗漏水的直接原因;(3)针对隧道开裂、渗漏水及椭圆度变形,提出相应的病害处理措施;(4)提出"架空结构+轻质EPS板"的回填方案、相应的施工工序及EPS板施工要点,实测结果表明该地铁保护方案将隧道沉降控制在9. 1 mm;(5)本研究成果可供类似盾构隧道上方堆载工程参考。     

地下水位变化对砂土地层地铁隧道沉降影响试验研究

为考察地铁运营后列车载荷和地下水对隧道造成的影响,对某砂性土地层城市中某一地铁盾构隧道区段运营6年间的沉降变形进行实测观察;根据实测所得沉降规律,设计并开展缩尺模型试验,研究车致振动条件下因地下水位变化产生的隧道沉降规律。结果表明：随着时间推移,隧道各测点所得数据呈现一定的周期性上升与下降变化趋势,前2年隧道总体上浮,之后略有沉降,第3年后虽有波动但基本未发生进一步沉降,第6年后隧道最大沉降不超过3 mm;砂性土地层中,地下水位变化会造成重塑土层内部应力变化,且振动荷载会导致土体颗粒结构重新调整至密实,易导致隧道发生沉降,因此不能忽视地铁周围施工降水给隧道带来的不利影响;土体振密及因地下水产生的浮力共同作用,导致隧道的上浮及沉降。相比于软土地层,砂性土地层中盾构隧道的沉降速率明显更低且沉降基本稳定时间更短,2种地层下的沉降规律、影响因素完全不同,各地层下的沉降分析理论亦无法相互适用。     

基于半定量法的地铁工程地面塌陷风险评估

研究目的:针对地铁工程地面塌陷风险评估工作存在较大随意性和模糊性的特点,定性分析地铁施工诱发地面塌陷的本质和影响因素,从众多影响因素中提取出关键影响因子建立半定量评估模型,预测地铁施工诱发地面塌陷的风险。研究结论:(1)评估线路地铁施工引发地面塌陷的风险等级主要在基本稳定~较不稳定之间;(2)局部地段砂层侵入洞身或距隧道顶板的距离较小,由于砂层厚度较大,地下水丰富、隧道上覆土层松散且厚度不大,地铁施工引发地面塌陷的风险等级为不稳定;(3)局部区段隧道在完整基岩内通过,且上覆基岩厚度较大,地铁施工引发地面塌陷的风险等级为稳定;(4)定性半定量评估法的评估结果与深圳地铁7号线工程实际吻合较好,对今后类似城市轨道交通工程地质灾害评估工作具有一定参考意义。     

不均匀沉降对大跨连续梁及轨道结构影响分析

研究目的:本文结合某高速铁路大跨度无砟轨道桥梁不均匀沉降工程实例,分析墩台发生不均匀沉降工况下,桥梁结构及桥上无砟轨道受力情况,并对结构安全性和适应性进行综合分析,最后根据沉降值范围,提出相应的处理方案及建议。论文旨在通过针对性研究,对今后大跨连续梁不均匀沉降的整治处理提供参考。研究结论:通过计算分析得出:(1)大跨连续梁不均匀沉降值超过现行设计规范一定范围时,对墩台受力影响较小,对连续梁主梁及轨道受力影响可控;(2)现行规范应适当放宽对大跨连续梁不均匀沉降的限值,有利于在设计阶段从源头上既保证结构安全又节约建设成本;(3)对较大的不均匀沉降应及时采取措施进行综合整治;(4)该研究成果可应用于铁路大跨连续梁因软土地基、地下水位变化等因素引起的墩台不均匀沉降整治。     

软土地层盾构隧道长期沉降规律及预测研究

研究目的:模型试验是研究隧道工程问题的一个重要手段,为分析软土地层隧道长期沉降的主要原因,本文以宁波地铁1号线一期工程为研究背景,在考虑其地质及工程条件的同时,采用离心模型试验模拟淤泥质黏土和砂土的长期沉降,同时考虑隧道下卧层土层含水率变化、盾构管片不渗漏水和渗漏水对盾构隧道长期沉降的影响。研究结论:(1)盾构隧道下卧层含水率对工后地层沉降影响很大,土层含水量不同,隧道的长期变形可表现为上浮或下沉;(2)处于淤泥质黏土层中的隧道后续沉降不易稳定,砂土有漏水时,隧道的长期变形主要表现为沉降,且沉降稳定的时间较快;(3)利用对数曲线模型推求的沉降预测值与离心模型试验所得的工后沉降值进行对比,两者沉降值基本一致,对数曲线预测模型可为实际工程建设提供技术参考。     

上海市轨道交通9号线盾构上穿1号线影响分析

上海市轨道交通9号线盾构在推进至衡山路天平路附近时,上穿运营中的轨道交通1号线.两线隧道之间的最小垂直净距仅约1.1 m,而覆土厚度只有4.25 m.9号线穿越施工一方面必须严格控制地面隆起或沉降,另一方面还必须控制运营中的1号线隧道的上浮和变形情况.利用ANSYS软件对该穿越工况进行了三维仿真,分析了9号线隧道穿越施工对1号线的影响及施工过程中的地表变形;同时提出了相应的技术措施,如设置抗浮板,严格控制盾构的设定平衡压力、注浆量、注浆压力、出土量等参数,进行同步注浆和二次注浆,实施信息化施工等.     

成昆新线成峨段地下水化学特征及侵蚀性研究

研究目的:铁路工程地下水是否具有侵蚀性直接关系到工程投资、工程耐久性和安全,而地下水的侵蚀性与其化学特征密切相关。成昆铁路新线成峨段大部分段落位于平原地区,地下水位高,地下结构不可避免的要与地下水接触。通过对地下水取样进行简分析和侵蚀性试验,查清其化学特征、成因、分布及侵蚀性。研究结论:(1)成峨段地下水中Ca~(2+)、SO_4~(2-)、HCO_3~-含量较高,Mg~(2+)、K~+、Na~+、Cl~-含量较低;(2)Ca~(2+)、SO_4~(2-)及矿化度的高值区主要分布于石膏较发育的K 0+000~K 80+000段,pH值沿线路走向数值高低分布较均匀,侵蚀性CO_2的含量数值高低分布不均匀、无规律;(3)K0+000~K 0+080段地下结构工程应提高混凝土抗硫酸盐侵蚀的能力,K 7+800~K 9+500、K 12+600~K 13+500、K 63+000~K 63+900共3个段落应提高抗氯盐侵蚀的能力,全线地下结构工程应提高抗酸性侵蚀和抗侵蚀性CO_2侵蚀的能力;(4)本研究成果可为该段铁路地下结构工程抗腐蚀提供地质依据和防护措施,也可供同类工程勘察设计借鉴。     

昆明轨道交通3号线深基坑岩土工程勘察与评价

研究目的:昆明轨道交通3号线东西向穿越处于滇池盆地中的昆明市主城区,沿线工程地质条件、水文地质条件及周边环境复杂,通过3号线车站深基坑的工程地质及水文地质勘察,对场地的稳定性、基坑围护结构型式、降排水方案、基坑抗浮和隆起、基底处理及基坑施工等岩土工程问题进行分析评价。研究结论:(1)昆明轨道交通3号线东西向穿过昆明市主城区,岩土层次多,地下水较丰富,发育有可液化砂土、岩溶、浅层天然气等不良地质和人工填土、软土等特殊岩土,区域稳定性较差,工程地质条件及水文地质条件复杂;(2)通过对各深基坑地质条件及场地条件等的综合分析,各基坑主要宜采用明挖顺作法施工,局部受交通等条件限制地段采用逆作法施工;(3)处于盆地中的深基坑宜采用地下连续墙的支护结构,混凝土+钢管进行支撑,采用坑内设置侧沟和集水井,人工抽排地下水的降排水措施,基底采用搅拌桩、换填等措施进行处理,满足抗浮及隆起的要求;(4)处于残丘地段的基坑工程地质条件相对较好,地下水不发育,可放坡开挖,采用土钉墙等进行支护,基底进行适当换填。     

石济客专桥梁下穿京沪高铁沉降影响分析

研究目的:邻近既有铁路桥梁修建新的建筑物,由于建筑物的基础对土层应力会产生附加应力,不可避免引起既有铁路桥梁基础发生变形.新建石家庄至济南客运专线济南西联络线特大桥下穿京沪高速铁路黄河南引桥,京沪高速铁路采用无砟轨道,为确保列车的运营安全,对轨下桥梁结构的沉降要求非常严格,需要对下穿方案引起京沪高速铁路桥梁沉降进行分析.本文石济客专下穿桥梁桥墩分别按实体墩和框架墩两种结构方案,采用Plaxis三维有限元程序对京沪高速铁路桥梁沉降影响进行分析,以确定影响最小的结构方案,稳定线路走向.研究结论:分析结果表明:(1)考虑新建桥梁引起的基础附加沉降,既有京沪高速铁路桥梁相邻墩最大不均匀沉降实体墩方案最大3.2 mm,框架墩4.3 mm,均在规定的5 mm以内,下穿方案可行;(2)实体墩方案影响最小,推荐石济客专桥梁采用实体墩方案;(3)适当延长新建桥梁的桩基础长度,可以进一步降低对既有高速铁路桥梁沉降的影响;(4)理论计算结果与实际会有一定的差异,对于下穿高速铁路的工程,应建立完善的监测方案和监测方法,并制定监测控制指标和预警值,确保工程实施中和实施后高速铁路运营的安全.     

后加预应力拉索加固铁路桥梁的力学性能研究

研究目的:针对铁路桥梁横向刚度不足的问题,提出一种后加预应力拉索快速加固铁路桥梁的方法。该方法不影响列车的正常运行,可以明显缩短加固施工周期,减小运输损失,保障整条线路的安全运营。本文主要研究拉索布置位置、拉索初应力、拉索布置角度对铁路桥梁动力性能的影响,并给出相应的工程建议值。研究结论:(1)布置的拉索层数越多,桥墩横向一阶频率提高得越多;拉索应优先布置在墩顶到距墩顶1/3墩高范围内;(2)拉索索力不宜过大,保证拉索绷紧即可;(3)当拉索与墩体角度达到50°时,桥墩横向一阶频率达到最大值,为便于施工,可把拉索都固定于同侧较长拉索的地面锚固系统,较长拉索与墩体成45°时加固效果较好;(4)实际工程应用时,应根据桥墩具体特征确定拉索的布置方案;(5)该研究结论可用于铁路桥梁桥墩横向振幅超限加固。     

大跨度刚构拱桥铺设无砟轨道适应性研究

研究目的:大跨度桥梁铺设无砟轨道已成为我国扩大无砟轨道应用范围的一大技术难题,本文以崔家营汉江特大桥主桥为工程实例,结合桥梁变形曲线及车桥耦合动力响应分析结果,提出大跨度桥梁铺设无砟轨道技术难点、技术要求以及评价指标,并得出相应的分析结果。研究结论:(1)崔家营汉江特大桥(135+2×300+135) m混凝土刚构拱竖向变形、曲率半径、竖向残余徐变变形、梁端变形、墩台沉降值均满足要求;(2)高速列车作用下桥梁动力响应均满足要求,具有良好的动力特性及列车走行性,安全性和乘坐舒适性均满足要求;(3)温度和徐变作用下竖向变形属于多波不平顺,300 m弦高低不平顺已超出规范允许值;(4)本研究成果可为今后类似大跨度桥梁铺设无砟轨道适应性分析提供参考。     

曲线连续刚构桥0号块实体分析研究

贵阳至广州铁路圣泉1号特大桥是目前国内曲线半径最小、联长及跨度最大的双线铁路桥,主桥为(40+6×80+40)m刚构-连续组合梁体系,采用三刚构墩方案。对于一般直线桥通常在0号块计算分析时采用平面杆系计算模型进行分析,其结果是符合或接近实际情况的。但对于小半径曲线连续刚构桥而言,墩梁固结0号块受力复杂,按平面杆系计算模型所得到的应力状态与实际情况存在较大差异。因此,全面分析其空间应力状态非常重要。本文利用Midas Civil和ANSYS分别建立了全桥整体和0号块局部详细有限元模型,分析了0号块在运营阶段的局部应力,得出0号块整体处于受压状态,个别点出现较小的拉应力;横隔板压应力处于较小值,是薄弱部位;弯矩最大时顶板处于不利状态;扭矩最大时底板处于不利状态的研究结论。     

运营高铁的平纵断面参数及评估方法研究

研究目的:我国高速铁路自2008年开始陆续建成通车,十年来迅速发展,截至2018年底,运营里程累计已达2. 9万公里。高速铁路历经多年运营后,部分地段沉降变形值可能会超过现行标准的要求。因此需对运营高铁的平纵断面进行全面复测,对当前的平纵断面参数重新进行拟合,针对性地提出调整建议,再运用动力软件进行安全和舒适度的检算评估,从而为运营高铁基础设施整治提供技术、理论和实践支撑,确保高铁持续安全可靠和高质量服务品质并持续发挥经济效益。研究结论:(1)运营高铁线形初步拟合按照绝对值控制,实际整治按照长短波平顺性进行调整;(2)平面初步拟合按照长波300 m弦长偏差10 mm控制,纵断面初步拟合按照无砟轨道扣件抬降限值-4～+26 mm控制;(3)运营高铁平面偏差较小,平面拟合只需考虑将曲线半径和缓和曲线由原设计的整数值变为碎数,即可满足偏差要求;(4)纵断面拟合拆分坡段最小长度取200 m;坡度代数差大于或等于0. 625‰,在不与缓和曲线重叠的情况下,可以设置竖曲线;(5)平面平顺性评估标准为短波10 m弦长轨向偏差4 mm、长波60 m弦长轨向偏差6 mm;纵断面平顺性评估标准为短波10 m弦长高低偏差4 mm、长波60 m弦长高低偏差7 mm;(6)本研究成果对运营高速铁路线形评估具有借鉴意义和指导作用。     

大跨度隧道平行下穿既有车站旅客通道的施工风险分析

针对某大跨度隧道DK0+380—DK0+480区段从既有车站旅客通道正下方长距离平行下穿导致施工风险加大的情况,对风险源及其可能造成的危害进行分析,并通过FLAC 3D仿真计算软件建立三维模型,对隧道下穿旅客通道的安全性进行风险分析。结合相应风险控制标准,得到以下结论:(1)软弱围岩地层条件下,大跨度隧道长距离平行下穿车站旅客通道时风险较高,故在加强监控的同时必须采取有效加固、支护措施来保证隧道安全;(2)隧道在近接车站旅客通道的情况下施工,通道顶部最大变形量为7.84 mm,底部最大变形量达到7.76 mm,故必要时应对通道周边土层采取进一步加固措施以保证旅客通道安全正常运营;(3)隧道开挖后,通道顶部竖向应力整体呈现增大趋势,最大增幅达76.8%,而底部则出现一定应力松弛现象。     

既有线列车荷载下大悬臂转体桥动力响应研究

研究目的:随着我国“交通强国”战略的进一步推进,交通建设中交叉线路越来越多,转体桥梁的施工形式使用越来越频繁。转体桥梁广泛应用于跨越已有铁路的工程建设中,但目前对于转体桥梁在既有铁路列车荷载下的结构振动空间响应规律和传递机制的研究相对较少。本文以石嘴山特大桥(637号墩、638号墩)为依托,利用振动加速度传感器测试在仅球铰接触且大悬臂状态下,转体桥受普速列车荷载下结构响应数据,对转体桥梁结构的动态加速度响应、动态位移响应及加速度时程信号的振动希尔伯特能量谱进行分析。研究结论:(1)在既有线普速列车荷载下转体桥梁下承台要先于上承台达到竖向加速度峰值点,且其峰值大于上承台;(2)结构加速度幅值在转体桥梁梁体向梁端的传递过程中出现放大现象,且加速度时程曲线会出现“往复式”波动,表明振动波与固有频率发生共振,加速度响应峰值分布曲线在空间上呈“V”形对称分布;(3)桥梁梁端产生的动态竖向位移响应相对较大,梁体各测点的竖向位移响应峰值呈现“W”形对称分布;(4)转体球铰对振动波的中、高频段具有明显的滤波减振作用;(5)振动波在梁端出现了较为明显的驻波效应,且中、高频段的振动波衰减较快,低频段的振动...     

高速铁路大跨度空腹式连续刚构设计

银西高铁漠谷河2号特大桥桥高114 m,为适应桥高并结合地形起伏要求,主桥采用(120+210+120)m预应力混凝土空腹式连续刚构桥,主梁为拱形V撑与箱梁截面的新型组合结构形式,该结构为铁路预应力混凝土桥梁跨度之最。采用Midas软件对主桥进行结构计算,模拟悬臂浇筑法施工,辅助以临时扣锁和支架,使V撑上下弦可以同时施工。计算结果表明,该结构增加了结构的跨越能力,减少了跨中收缩徐变上拱值,在施工及运营阶段的刚度、强度均满足规范要求,具有良好的动力特性。该结构采用柱板式空心墩与主梁固结,线性优美,工程经济,结果可为铁路大跨高墩桥梁设计和施工提供参考。     

砂卵石地层基坑开挖对下卧运营盾构隧道结构变形研究

砂卵石地层中进行基坑开挖会对周边环境产生较大影响,而基坑工程下方存在既有运营地铁线路时,基坑开挖将严重威胁到既有线路的安全运营。为研究砂卵石地层U形槽基坑开挖对盾构隧道的变形影响,以北京首条有轨电车西郊线上跨既有运营地铁10号线为工程背景,通过对监测数据进行分析,得出基坑开挖过程中既有结构的变形规律,并提出相应控制手段和措施。结果表明:U形槽开挖会造成下方隧道和轨道结构产生不均匀隆起变形,经采用深孔注浆进行土体加固后,隆起值控制在1.5 mm以内;隧道横向变形表现为不规则波动,变形值在±0.5 mm以内;开挖卸荷导致隧道受水平压缩、竖向拉伸的力,收敛为"竖椭圆"形状;轨距先拉开后缩小,最后再拉开,曲线呈"M"形,轨距值在±2 mm以内。     

填土对既有浅埋隧道的安全影响及容许填土厚度确定

既有浅埋隧道上方填土可能导致其衬砌变形、安全系数降低,甚至发生破坏,危及行车安全。以长枪岭隧道上方某拟建公园填土工程为例,选取若干典型断面,对既有浅埋隧道受不同厚度的填土影响进行数值分析,并确定容许填土厚度。结果表明:既有隧道上方填土将导致衬砌整体下沉,左右两侧沉降基本对称,位移值自上而下逐渐减小;填土后的安全系数降低,但幅度不大,拱脚及仰拱处安全系数偏小,可能出现开裂;既有隧道拱顶位移值随着填土厚度的增加而近似线性增大,为满足位移控制要求,容许填土厚度应为0.3 H~0.4 H(H为原覆土厚度)。根据若干断面的分析结果可得整个填土区域的容许填土线,在此范围内进行填土施工,并采取相应的工程措施,既有隧道的运营安全可得到保证。本分析方法简单易行,满足工程精度,可用于指导工程实践,对类似工程有一定的借鉴意义。     

下穿浐河地铁站深基坑与降水设计研究

研究目的:随着城市轨道交通网格化发展和城市地下大空间开发需求的增长,地铁穿越河流成为难题及重点。研究地下水与周边地层有水力联系的河岸边强透水砂卵石地层地下空间深基坑开挖支护措施成为必须。本文以西安地铁1号线浐河站为例,对下穿浐河强透水砂卵石地层的地铁站及地下大空间开发的基坑支护结构设计进行研究。研究结论:(1)在强透水层砂卵石地层中深基坑开挖采用地下连续墙的基坑支护形式,为地下连续墙在浐河岸边的应用提供了示范效果;(2)地下连续墙在砂卵石地层中施工易塌孔问题可通过在护壁泥浆中掺加膨润土等措施来改良;(3)强透水地层地下连续墙墙幅间优先采用锁口管连接,可起到良好止水效果;(4)浐河岸边随季节变化,水位变化较高,可采取在地下水位变化幅度2.5 m范围以上浅部基坑放坡开挖+深部基坑地下连续墙支护结构形式,其经济效果明显,为后续地下连续墙在西北地区富水砂卵石地层中的应用起到示范引领作用;(5)本工程的成功实施,可为西北地区浐河岸边类似强透水砂卵石地层地下空间开发及深基坑支护结构设计等方面提供参考和指导。