城际铁路施工对邻近高铁桥梁桩基的影响研究

殷鹏程，张树森

（1.中铁第四勘察设计院集团有限公司， 武汉 430063；2.武汉工商学院 信息工程学院，武汉 430065）

城际铁路施工对邻近高铁桥梁桩基的影响研究

殷鹏程1，张树森2

（1.中铁第四勘察设计院集团有限公司， 武汉 430063；2.武汉工商学院 信息工程学院，武汉 430065）

高速铁路（简称：高铁）对线路平顺性要求非常严格，邻近高铁的建筑物施工都不可避免地对高铁运营产生影响。文章以某城际铁路桥梁并行高铁及客运专线施工为背景，采用ABAQUS大型有限元软件建立数值分析模型、配设相关参数、进行施工模拟，分析施工对既有铁路桥梁基础的变形响应及桩基内力变化的影响，据此确定并提出预防措施，以规避施工风险确保运营安全。该文可为同类工程的数值仿真模拟和施工提供参考。

高速铁路；桥梁；桥梁施工；桩基；ABAQUS

随着我国高速铁路（简称：高铁）的快速建设，各种邻近高速铁路的建筑物施工项目逐渐增多，由于高速铁路对列车运行的平顺性要求很高，其施工必然会对高铁的正常运营产生影响，为了确保运行安全，需要在施工前正确预测、科学评估项目施工对既有高铁桥梁的影响程度，为施工方案的确定和实施提供技术支持。

1 工程概况

某城际铁路在高铁与客运专线两侧分为左、右两线，左线位于客运专线铁路上游侧，右线位于高铁下游侧，如图1所示。

图1 渉铁工程平面位置图

该区域高铁与客运专线采用32 m、24 m简支梁，高铁J16～J19号墩、客运专线H16～H19号墩位于河道中。为减少对高铁桥梁的影响，城际铁路（简称：城际）左右线分别采用86 m及96 m钢桁梁跨越与高铁并行段。高铁与城际右线最小线间距为8.0 m，客运专线与城际左线最小线间距为10 m，城际右线箱梁外缘与高铁箱梁外缘最近距离为1.6 m，城际左线箱梁外缘与客专箱梁外缘最近距离为1.8 m，城际右线钢桁梁边缘与高铁梁体边缘最小距离为0.5 m，城际左线钢桁梁边缘与客专梁体边缘最小距离为1.2 m，城际铁路桥梁基本资料见表1所示。

表1 城际铁路桥梁孔跨概况

城际桥梁工程的近距离桩基施工和荷载会造成周围土体的位移和应力变化[1]，对周围土体和近旁已建成的铁路桥桩基产生不可忽视的扰动[2]。高速铁路桥梁对线下结构物的变形和沉降要求非常严格[3]，为确保高铁及客运专线的运营安全，必须将城际工程的施工及运营对高铁和客专桩基造成的影响进行科学、客观的分析评价。

2 数值模拟

ABAQUS是基于有限元方法的工程模拟软件，它能够驾驭庞大复杂的问题和模拟高度非线性问题，对岩土工程具有较强的适用性，能解决岩土领域内诸多复杂问题[4]。将基于ABAQUS软件，采用合适的土体本构模型，建立地层-结构三维有限元模型并模拟桩土相互作用，通过模拟实际城际铁路施工过程，得出本工程施工对高铁及客专桥梁桩基的实际影响。

2.1 有限元计算模型

对城际铁路左、右线施工过程进行数值模拟与分析，模拟时只建立桥墩及下部基础结构模型，将桥墩视为弹性体，有限元计算几何模型如图2所示。

计算过程中，采用摩尔库伦模型进行计算，模型中桥梁承台和桥墩采用线弹性的钢筋混凝土实体模拟，高铁桩基与新建桩基采用实体单元模拟；模型底部施加完全固定约束，在两侧施加竖直滑动约束，模型表面则取为自由边界；取X方向为顺桥向方向、Y方向为横桥向方向、Z方向为竖向。考虑到各个高铁桥墩受到的施工影响大小不一致，我们选取受施工影响较大的J15/J16、J17/J18、J19/J20、H15/ H16、H17/H18、H19/H20为主要分析对象。

图2 整体计算模型

2.2 计算参数选取

2.2.1 荷载参数

桥梁梁体及上部荷载的作用通过在桥墩墩顶施加均布荷载来代替。桥墩墩顶荷载的大小可根据高铁、客专以及城际高架桥上部结构模型的计算结果进行选取。

2.2.2 材料参数

桥梁主要建筑材料：材料弹性模量及泊松比按铁路规范TB10002.3-2005《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》办理。

墩身：采用C35混凝土。

承台、桩基础：采用C30混凝土。

HRB335钢筋：主要用于构件和主要受力钢筋。

HPB235钢筋：主要用于箍筋及构造钢筋。

2.2.3 土层参数

根据地勘报告，本次计算模型所在区域各土层力学参数如表2所示，计算过程中土体采用Mohr-Coulomb模型[5]。桩基础与周边土体之间、围护结构与周边土体之间均建立硬接触模型，接触面上摩擦系数按照Randolph 和Wroth提出的经验公式取值，即：μ=sinφ · cosφ/(1+sin2φ)，其中，φ为土体的摩擦角。

2.3 模拟计算

按照城际桥梁施工顺序，模拟计算分以下6个步骤进行。

（1）地应力平衡；

（2）高铁及客专桩基施工与上部荷载施加；

表2 土层力学参数

（3）城际左线SBZ005、SBZ004、SBZ002桩基施工；

（4）城际左线SBZ005、SBZ004、SBZ002桩基顶部运营荷载施加；

（5）城际右线SBY024、SBY021、SBY020桩基施工；

（6）城际右线SBY024、SBY021、SBY020桩基顶部运营荷载施加。

3 计算结果分析

桩基施工会引起相邻桩基位移和内力变化。计算以不同施工步下高铁J15～J20以及客专H15～H20桩基承台的4个角点的顺桥向水平位移、横桥向水平位移、竖向位移和角桩轴力为目标，分析其在各施工阶段中的变化值。

3.1 桩基变形分析

高铁J15-J20以及客专H15-H20桩基承台的4个角点的顺桥向水平位移、横桥向水平位移和竖向位移最大值统计如表3所示。从表中可以看出，承台3个方向变形的最大值都未超过1 mm，最大的J19竖向位移值为0.755 mm。

3.2 桩身轴力变化分析

不同工况条件下高铁以及客专受影响的桩基轴力变化统计如表4所示。

可以看出，变化最大的H16墩的桩基，其轴力变化为35.20 kN。图3为H16墩角桩轴力变化分布图。

表3 城际左右线工程承台位移变化统计表

表4 城际左右线工程轴力变化统计

4 结束语

图3 客专H16墩下角桩轴力变化分布

（1）城际桥梁施工将会使邻近的高铁及客运专线桥梁的桩基础产生变形和轴力变化，最大位移值不大于1 mm，最大轴力变化值不小于35 kN，均在相关规范[3]的容许范围内，对既有高铁桥梁的运营影响较小，总体桥梁布置形式合理。

（2）在工程施工的过程中都应对高铁和客专的变形加强监测，尽量减小对高铁和客专基础的不利影响，确保高铁的运营安全。设立监测预警系统，制定紧急情况处理方案，对超过变形控制值及变形突变的情况，应停止施工、查找分析原因、采取相应措施，并启动应急处理方案。

（3）由于工程场地地质性质较差，含有淤泥质粉质黏土等高压缩性土，为避免施工期间对场地产生堆载效应，禁止重型车辆靠近施工现场，严禁在现场堆土，渣土应随出随运。

[1]禚 一，张 军，宋顺忱，等.软土地区基坑开挖对临近高铁影响数值仿真分析 [J].铁道工程学报，2014（2）.

[2]陈 刚,洪宝宁,周 斌.跨线桥桩基施工对既有高速公路影响的有限元分析[J].中外公路，2015（2）.

[3]国家铁路局.TB 10621-2014 高速铁路设计规范[S].北京：中国铁道出版社，2014.

[4]杨银庆,孟繁增，禚 一，等.拟建铁路桥梁施工对并行既有高速铁路桥梁变形响应仿真分析 [J].高速铁路技术，2014,1（5）：27-34.

[5]秦会来,张甲峰，郭完成，等.ABAQUS 在计算基坑开挖变形中的应用研究[J].岩土工程学报，2012（34）：82-86.

责任编辑 徐侃春

Infuence of intercity railway construction on bridge pile foundation of adjacent high-speed railway

YIN Pengcheng1,ZHANG Shusen2
( 1.China Railway Siyuan Survey and Design Group Co.Ltd., Wuhan 430063,China;2.School of Information Engineering,Wuhan Technology and Business University,Wuhan 430065,China)

Because of the strict requirement on track fegularity of high-speed railway,the construction of the adjacent building has an inevitable infuence on the high-speed railway operation.Taking an intercity railway construction located parallel to the high-speed railway as the study background,a numerical model using software of ABAQUS for large fnite element analysis with related parameters setting was established to simulate construction process and analyze the deformation response and axial force effect of existing railway bridge pile foundation.The results could be used to defne and implement preventive actions to mitigate identifed risks and insure operation safety.This article could provide reference for numerical simulation and construction of similar engineering.

high-speed railway;bridge;bridge construction;pile foundation;ABAQUS

U215：U243.15：TP39

A

1005-8451（2016）04-0019-04

2015-09-06

殷鹏程，工程师；张树森，教授级高级工程师。