基坑开挖对既有铁路桥基础变位的影响分析

研究目的:路网的逐步完善使得公路上跨铁路或下穿铁路的项目逐渐增多,由于铁路设计标准较高,行驶中对轨道的平顺度要求较为严格。当上跨桥梁的承台基础或下穿框构的工作坑临近铁路时,要充分考虑到基坑开挖对临近铁路桥基础的扰动及因此而产生的铁路桥基础变位,并尽可能地将其控制在极小的范围内,以避免影响铁路运营的安全性和舒适性。研究结论:以西柏坡高速公路田家庄互通立交桥为例,利用ABAQUS大型通用有限元软件,模拟了该桥承台基坑开挖的施工过程,分析了基坑开挖对既有铁路桥基础变位的影响,分别计算得出了由防护桩施工以及基坑开挖所引起的临近铁路桥梁基础的位移。分析表明,该桥承台基坑开挖对既有铁路桥基础变位的影响较小,铁路基础变位值最大值小于2 mm,防护桩的设计能够满足铁路桥运营的安全性要求。     

高速公路下穿高速铁路桥梁方案研究

高速公路下穿高速铁路桥梁形式多样,不同的下穿结构,施工及运营对铁路的影响、工程投资等有较大的差别。以某新建高速公路与柳南客专、南广铁路交叉的情况为例,选择桥梁下穿、路基下穿两种方案进行研究,并从对铁路桥梁影响大小、施工难易程度及工期长短、经济性等方面进行对比分析,得出推荐方案为路基下穿。同时,对推荐的路基下穿方案采用Midas GTS软件建模进行数值模拟分析计算,计算结果表明路基下穿施工及公路运营引起铁路桥墩变形是满足规范要求。     

临近既有高铁桥梁工程对运营安全性影响分析

对临近某高铁立交工程的基坑开挖、顶进施工、U形槽开挖过程对高铁桥梁的影响进行分析研究。以封闭式路堑下穿高铁桥梁段为背景,采用大型通用有限元软件ABAQUS建立结构的三维数值模型,模拟由基坑开挖、下穿框架桥结构顶进至U形槽开挖的完整开挖过程,对比分析常规防护方案和加强防护方案对高铁桥梁的影响。分析结果表明:常规支护加固开挖时,桥墩基础处土层最大横向位移影响值为0.5 mm,桥墩基础处土层最大竖向位移影响值为0.8 mm;加强型支护加固开挖时,桥墩基础土层最大横向位移影响值为0.15 mm;桥墩基础处土层最大竖向位移影响值为0.34 mm,加强防护措施可有效控制高铁桥梁的附加沉降量,确保高铁的安全运营。     

明挖隧道与盾构隧道下穿铁路桥变形影响及隔离桩效果

济南市双线明挖隧道和双线盾构隧道先后下穿既有铁路桥梁。为保护既有铁路桥墩和桥桩,拟定采用隔离桩和不采用隔离桩两种方案,通过数值模拟研究了明挖隧道和盾构隧道施工时铁路桥梁的桥墩、桥桩位移变化规律及隔离桩的隔离效果。结果表明：明挖隧道围护桩施工+基坑开挖、主体结构施工+覆土回填、盾构隧道下穿引起的桥墩竖向位移分别占桥墩总竖向位移的60.14%、27.07%、12.79%;受围护桩与隔离桩桩长的影响,明挖隧道及盾构隧道施工对24.5 m深以下桥桩的保护作用减弱;与未采用隔离桩相比,采用隔离桩后桥墩最大累计竖向位移与桥桩最大水平位移分别减小了68.5%、60.7%,隔离桩对变形的控制效果明显。     

铁路桥梁温度效应对相邻不同墩高的桥墩高程变化的影响研究

相邻桥墩高差过大时,温度效应会引起各桥墩间产生竖向位移差,进而导致轨面产生附加不平顺,对轨道的平顺性及运营安全产生影响。鉴于我国幅员辽阔、地形地貌复杂,部分桥梁相邻桥墩存在较大高差的现象,有必要开展相邻桥墩高差较大时温度效应对不同高度桥墩高程变化的影响研究。采用MIDAS建立有限元模型进行建模,对常见铁路桥梁结构进行分析,并根据计算最终结果,为设计及施工提出指导性建议。     

城市道路改扩建工程下穿既有城际铁路桥梁可行性分析

城市道路改扩建工程不同于一般新建公路,受到场地周围既有构筑物的约束,如:房屋、桥梁、河流等。尤其在既有城际铁路桥梁下方穿越时,需考虑施工及运营期间桥梁的沉降及倾斜情况。以南京市栖霞区红枫路下穿沪宁城际铁路九乡河特大桥立交拓宽工程为例,对该设计方案进行技术分析和安全评估。利用Plaxis 3D有限元软件对整个桩板结构施工过程模拟分析,得到桥墩竖向沉降和水平(横桥向、竖桥向)位移。结果表明:方案满足防撞墙、净空、桩基相关技术要求;施工及运营期间竖向沉降及水平位移均小于1.0 mm,满足铁路设计规范要求,方案切实可行。     

高速铁路桥梁桥下新建公路工程的安全性分析

新建公路工程下穿既有高速铁路桥梁工程时,公路施工和运营期间的恒载和活载作用会引起既有高速铁路桥梁基础的土层发生竖向和侧向变形,土层变形产生的附加应力引起既有高速铁路桥梁基础产生垂直沉降和水平位移,当上述变形超过规范要求时应重新确定下穿方案。结合某新建高速公路下穿已建成的大西高速铁路桥梁工程,从桥梁承载力、垂直沉降和水平位移等方面分析新建下穿工程引起的土层变形对大西高速铁路桥梁的安全影响,该新建公路工程以路堤占压铁路桥墩承台下穿大西高速铁路时,铁路桥墩桩基础的承载力和沉降均超出规范要求,新建公路工程实施时改为以公路桥的形式下穿大西高速铁路。     

顶管下穿运营高速铁路桥梁安全影响分析

为研究软土地区顶管下穿既有铁路营业线桥梁对其产生的影响,本文采用Midas-GTS有限元分析软件,对天津市万汇路220 kV电力管线顶管下穿京沪高铁、津秦客专下行联络线施工过程进行三维数值模拟,得出铁路桥墩基础附加变形情况。京沪高铁天津特大桥最大附加竖向、纵向和横向位移均出现在1498号桥墩基础,分别为-0.653 mm、-0.459 mm和-0.923 mm;津秦客专下行联络线1号桥最大附加竖向、纵向和横向位移均出现在16号桥墩基础,分别为-1.013 mm、1.041 mm和1.586 mm,计算结果满足现行规程限值要求,能够保证铁路安全运营。     

济南轨道交通1号线和2号线下穿高铁工程对邻近桥梁变形和振动的影响

为探究盾构施工过程中高铁桥墩的变形特征,以济南轨道交通1号线和2号线4条隧道下穿京沪高铁同一跨桥梁工程为例,开展了现场墩顶位移监测试验,并对2号线地铁隧道盾构掘进施工过程中邻近高铁墩顶的位移数据进行了分析。通过有限元法研究了隔离桩、隧道位置和地铁列车运行等不同工况下,下穿邻近高铁桥梁承台的竖向振动位移、振动加速度及其最大值的分布规律。研究结果表明：隔离桩的施工满足相关规范对盾构隧道施工期高铁桥墩位移的要求;1号线和2号线左线列车运行引起的高铁承台竖向振动位移均较大,建议对其采取轨道减振措施;隧道距离隔离桩顶部或底部越近,隧道引起的高铁承台振动位移越大。     

地铁盾构隧道下穿施工对简支梁桥安全性影响分析

由于土体挖除、管片和二衬的设置,盾构施工过程中周围地层土体的初始状态会受到影响,导致上部结构产生不均匀沉降及横向位移,影响桥梁运营。结合盾构下穿既有线工程,采用Midas/GTS软件对盾构下穿结构进行建模计算,分析施工引起的桥墩和桥台的沉降特征。结果表明:地铁盾构掘进过程中右桥洞东2号-北侧桥墩(第32步开挖)沉降最大,为6.8 mm;相邻墩台的最大沉降差产生在右线开挖过程中西0-西1、西1-西2、西2-东2墩台(第32步开挖)开挖结束时,为2 mm。在此基础上提出下穿施工时维持桥梁稳定应满足的技术指标:墩台均匀总沉降量小于25 mm,相邻墩台的纵向沉降差小于2 mm,同一墩台的横向沉降差小于3 mm,墩台的水平位移小于3 mm。     

水上高桩码头桩基安全性评价

对于运营期的高桩码头承台桩基,在保障码头正常运营的前提下,承台桩基检测手段比较有限。某车渡码头承台出现明显位移变形,经现场考察,推测原因为桥墩承台上系船柱受船舶的长期连续系缆力作用所致,本文针对此种情况进行了三维有限元数值模拟分析,并进行了多种荷载工况下的计算对比,对桩基承载力进行了检算。通过计算分析,结合现场实际情况,对承台目前的偏移情况下桩基的承载力进行检算,得出原有桩体的承载力在目前桥座墩位移的情况下仍能满足要求的结论。同时分析了港口码头桩基可能发生的病害类型,给出了处理建议,可供类似工程参考。     

新建公路桥梁下穿既有高速铁路桥梁安全评估

新建甬台温高速公路拓宽工程以桥梁形式下穿既有杭绍台高铁。为准确计算新建下穿工程对既有高铁桥梁的影响,采用MIDAS-GTS有限元软件建立下穿工程和既有高铁三维空间模型,模拟下穿工程施工过程对既有铁路桥梁变形的影响。研究表明：(1)设计方案满足公铁交叉规范相应条文要求;(2)新建工程对杭绍台高铁23号墩产生的各方向附加位移最大,但均小于规范限值;(3)附加位移与各阶段所施加竖向恒载重量成正比,75%左右的附加位移均发生在第5施工阶段;合理选择结构形式减轻结构自重,可以有效减小附加位移;(4)距杭绍台高铁基础越近,附加位移越大,通过合理布置孔跨和基础形式,可以有效减小附加位移。研究结果表明,新建下穿工程对既有杭绍台高铁产生的风险等级在可控范围内,本项目设计方案总体合理,满足本次安全评估要求。     

京杭大运河新开挖航道对高速铁路桥墩的影响

结合京杭大运河新开挖航道下穿高速铁路工程实例,采用有限元软件Plaxis 3D模拟分析航道围护结构施工、航道开挖、航道结构浇筑、航道通航等各阶段对高速铁路桥墩安全的影响,得出10种施工工况对桥墩的影响程度。研究结果表明:围护桩施工导致桥墩沉降,承台顶土体开挖导致桥墩上浮,但均在容许范围内;基坑开挖对桥墩顺桥向位移影响大,应采取措施增大其顺桥向刚度;应减少河床铺砌混凝土用量,河道通航后应保持水位稳定。     

用桩加固浅基础的力学模型研究

对用桩加固既有铁路桥梁中浅基础常用计算方法进行比较,认为此类结构应考虑承台结构的变形,并提出了合乎实际情况的力学模型。实例计算与比较分析结果表明,由于用桩加固浅基础时其承台结构的特殊性,竖向荷载对桩身弯矩有较大影响。此外,给出了考虑承台变形和竖向荷载的影响时,浅基础用桩加固的力学模型计算公式。     

纵连板式轨道在墩台位移作用下梁轨相互作用规律研究

针对简支梁和连续梁,建立整桥系统的计算模型,对墩台位移引起的作用力作用下桥上纵连板式无砟轨道的梁轨耦合作用规律进行分析研究。研究表明:墩台位移引起的作用力是纵连式无砟轨道梁轨相互作用较重要的附加作用力,建议受日照及风荷载影响较大的高墩桥设计中考虑墩台位移引起的作用力的影响;连续梁与简支梁桥墩向右位移时所受的外荷载大致相当,轨道及桥梁各部件所受附加力也大致相等,且桥墩纵向位移越大,各部件所受附加力越大;考虑桥梁伸缩及桥墩位移的共同作用时,轨道及桥梁各部件的受力与变形均较单因素作用时量值大,且连续梁上各部件的受力与变形较简支梁大;从梁体位移方向的比较来看,当桥墩位移与桥梁伸缩方向相同时,钢轨、轨道板、端刺的受力及轨道各部件的位移较大,而当桥墩位移与桥梁伸缩方向相反时,剪力齿槽、墩台、底座板所受纵向力较大;从荷载耦合方式来看,桥梁伸缩及桥墩位移两种荷载耦合时,轨道及桥梁各部件的受力与变形要小于两种荷载单独作用后将计算结果叠加的情况,主要是由于滑动层摩阻力等线路约束阻力的塑性极限造成的。     

京沈客专朝阳隧道下穿既有锦赤铁路桥梁施工安全性数值分析

结合新建京沈客运专线朝阳隧道下穿既有锦赤铁路霍家特大桥的工程实例,利用有限元数值模拟软件分析新建隧道矿山法开挖对既有桥梁变形和位移的影响,计算分析结果表明:隧道下穿4号和5号桥墩施工过程中,土体及桥墩结构发生较大的变形。通过采取隔离防护、注浆堵水、超前支护等一系列措施后,隧道各开挖步骤产生的位移均小于5 mm的预警值,说明施工中所采取的工程措施是可行的,为实际施工提供理论依据和经验借鉴。     

植筋技术在既有铁路桥梁加固中的应用

处于深厚软土区的铁路桥梁,桥下堆载与重车通行极易引起桥墩沉降及倾斜等病害。以大丽铁路某特大桥为工程依托,开展植筋技术在既有铁路桥梁桥墩基础沉降病害加固中的应用研究。提出了"桩基加固+既有桥墩植筋连接+包护钢筋混凝土承台"的加固方案,计算分析主控轴力作用下桥墩植筋体的布置形式、承载力、根数及锚固深度等技术参数,并与现场施工数据进行对比,验证计算结果的可靠性。结果表明:(1)采用直径20 mm的植筋,锚固深度为1 000 mm;采用直径25 mm的植筋,锚固深度为1 300 mm。(2)桥墩范围内,最多可以植筋440根;计算得出,在桥墩植筋范围内,植筋根数大于317,即可满足承载力要求。(3)施工设计图的植筋根数采用378是考虑了一定的安全系数及其他因素。工程实践表明,以植筋技术为主的加固方案对铁路桥墩基础沉降及倾斜病害的控制效果明显。     

高速铁路桥梁桩基础竖向动荷载测试

高速列车在桥梁墩台基础上产生的动荷载是计算桩基础累积沉降的重要参数。系统地测试了不同车速和车型在桥墩不同部位引起的动位移、加速度及墩身动应变,得到了不同跨度桥梁基础的动荷载参数。结果表明:桥墩动力响应(动位移和加速度)从梁端、墩顶到承台顶衰减显著。动位移与轴重、基础与地基土的整体刚度密切相关。桥梁支座具有降低加速度的作用。桥跨长度越长,动荷载越大,动荷载幅值约为动荷载峰值的20%~30%。动荷载可以用正弦函数模拟,频率与列车行驶速度和车厢长度有关。上述结论可为高速铁路桥墩基础的设计和计算作为参考。     

盾构隧道下穿城市立交桥影响性分析

北京地铁16号线木樨地站～达官营站区间下穿木樨地桥,木樨地桥临近北京地铁1号线和京密引水渠,盾构穿越存在较大风险。根据国内外情况,提出了桥梁位移控制标准。在风险控制措施的基础上,建立了盾构下穿木樨地桥的三维有限元分析模型;以桥桩为对象,分析了不同模拟施工步下桥桩竖向及水平位移变化规律;以承台为对象,分析了不同模拟施工步下承台竖向位移及差异沉降结果。分析表明:区间下穿木樨地桥时风险较大,在盾构施工控制措施外,需要辅助以洞外隔离保护措施;通过三维数值计算,桥梁位移满足控制标准,结构处于安全状态;南桥4轴处桥梁结构是桥梁位移控制的关键位置。研究结论可为类似工程提供一定的借鉴与参考。     

诸永高速公路下穿甬台温铁路立交工程总体设计

以诸永高速公路下穿甬台温铁路桥为工程背景,介绍了公路下穿铁路桥的总体设计特点、设计考虑因素、刚构桥结构设计;采用有限元分析软件abaqus分析刚构桥桩基施工时对运营铁路的影响,得出该桥施工、运营过程中对铁路的影响较小的结论,供工程设计、科研人员等参考。