第５９卷第５期 铁道标准设计 ＲＡＩＬＷＡＹ ＳＴＡＮＤＡＲＤ ＤＥＳＩＧＮ Ｖ０１．５９ Ｎｏ．５ Ｍａｖ ２０１５ ２０１５年５月 文章编号：１００４—２９５４（２０１５）０５—００８２—０４ 某新建轨道交通工程下穿既有高速铁路桥梁方案研究 张文斌 （中铁第五勘察设计院集团有限公司，北京 １０２６００） 摘要：以某城际轨道交通下穿杭甬高铁桥梁工程为研究背景，为减少对杭甬高铁运营安全的影响，提出桩板路基 及简支梁桥两种结构形式下穿高铁。并对新建的下穿结构在施工期间及运营阶段下，利用桩土共同作用有限元程 序Ｍｉｄａｓ／ＧＴＳ等有限元软件，着重从桩基承栽力、基础沉降等方面分析土体扰动对杭甬高铁桥梁的安全影响。研 究结果表明，桩板路基及简支梁桥两种结构形式下穿既有高铁桥梁均是可行的。 关键词：下穿高铁桥梁；桩板结构；桥梁结构；桩基承栽力；沉降分析 中图分类号：Ｕ４４１ ．７ 文献标识码：Ａ ＤＯＩ：１０．１３２３８／ｊ．ｉｓｓｎ．１００４—２９５４．２０１５．０５．０１８ Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ａ Ｎｅｗ Ｒａｉｌ Ｔｒａｎｓｉｔ Ｐｒｏｊｅｃｔ Ｐａｓｓｉｎｇ ｂｅｌｌｏｗ Ｅｘｉｓｔｉｎｇ Ｈｉｇｈ－Ｓｐｅｅｄ Ｒａｉｌｗａｙ Ｂｒｉｄｇｅ ＺＨＡＮＧ Ｗｅｎ．ｂｉｎ （Ｂｒｉｄｇｅ Ｄｅｓｉｇｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｃｈｉｎａ Ｒａｉｌｗａｙ Ｆｉｔｆｈ Ｓｕｒｖｅｙ ａｎｄ Ｄｅｓｉｇｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０２６００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｔｏ ａｎ ｕｒｂａｎ ｔｒａｎｓｉｔ ｐａｓｓｉｎｇ ｂｅｌｏｗ ｔｈｅ ｅｘｉｓｔｉｎｇ Ｈａｎｇｚｈｏｕ－Ｎｉｎｇｂｏ ｈｉｇｈ—ｓｐｅｅｄ ｒａｉｌｗａｙ ｂｒｉｄｇｅ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｕｔｓ ｆｏｒｗａｒｄ ｔｗｏ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｆｏｒｍｓ ｔｏ ｐａｓｓ ｂｅｌｌｏｗ ｔｈｅ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｒａｉｌｗａｙ ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｎ Ｈａｎｇｚｈｏｕ－Ｎｉｎｇｂｏ ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ ｒａｉｌ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ．Ｏｎｅ ｆｏｒｍ ｉｓ ｔｈｅ ｐｉｌｅ ｂｏａｒｄ ｓｕｂｇｒａｄｅ ａｎｄ ａｎｏｔｈｅｒ ｉｓ ｔｈｅ ｓｉｍｐｌｙ ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ ｇｉｒｄｅｒ ｂｒｉｄｇｅ．Ｓｕｃｈ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｓｏｆｔｗａｒｅ ａｓ Ｍｉｄａｓ／ＧＴＳ ｐｉｌｅ ｓｏｉｌ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｐｒｏｇｒａｍ ｉｓ ｅｍｐｌｏｙｅｄ ｔｏ ａｎａｌｙｚｅ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｓｏｉｌ ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ ｏｎ ｔｈｅ ｓａｆｅｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｂｒｉｄｇｅ ｉｎ ｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅ ｏｆ ｐｉｌｅ￣ｕｎｄａｔｉｏｎ ｂｅａｒｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ ａｎｄ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｐｉｌｅ ｂｏａｒｄ ｓｕｂｇｒａｄｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｉｍｐｌｙ ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ ｇｉｒｄｅｒ ｂｒｉｄｇｅ ａｒｅ ｂｏｔｈ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｔｏ ｐａｓｓ 收稿日期：２０１４—０８—１５；修回日期：２０１４—０９—０１ 作者简介：张文斌（１９８３一），男，工程师，２００６年毕业于兰州交通大学 桥梁工程专业，工学学士，Ｅ—ｍａｉｌ：ｚｈａｎｇｗｅｎｂｉｎ＠ｔＳｙ．Ｃｌｔ。 （２）除支点位置外，钢梁剪力滞系数均未超过 １．２，仅在ＤＰ２号墩位置剪力滞系数可取１．５； ［６］ 史永吉，方兴，王辉．钢桥面板的设计、制造、安装与疲劳［Ｊ］．桥 梁，２０１１（３）：５６—６１． （３）分离式钢箱梁截面的抗扭刚度较大，经风车 桥耦合振动分析，可满足行车的舒适性和安全性。 参考文献： ［１］ ＢＳ ＥＮ １ ９９３－２：２００６．Ｅｕｒｏｃｏｄｅ ３一Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｓｔｅｅｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ Ｐａｒｔ ［７］ 吴冲．现代钢桥［Ｍ］．北京：人民交通出版社，２００６． ［８］ 文清，叶见曙，杨效忠．薄壁箱梁剪力滞效应研究理论的若干问题 讨论［Ｊ］．桥梁建设，２００１（６）：５３—５７． ［９］ 万臻，李乔．现代斜拉桥不同截面形式的剪力滞效应分析［Ｊ］．公 路交通科技，２００７（２）：６１—６４． ２：Ｓｔｅｅｌ ｂｒｉｄｇｅｓ［Ｓ］．ＢＳＩ．２００６：７０—９０． ［２］ 铁道综合技术研究所（日本）．铁道构造物等设计标准及解说一钢 桥、结合梁桥ｓＩ单位版［Ｓ］．任侠，译．２００３． ［３］ 中华人民共和国铁道部．ＴＢＩＯ００２．２—２Ｏ０５铁路桥梁钢结构设 计规范［Ｓ］．北京：中国铁道出版社，２００５． ［１０］张士铎，邓小华，王文州．箱形薄壁梁剪力滞效应［Ｍ］．北京：人民 交通出版社，１９９８． ［１１］吴冲，董冰，曾明根．大跨度单索面组合箱粱斜拉桥扭转受力分析 ［Ｊ］．桥梁建设，２００６（６）：８—１０． ［１２］李喜平．南京江心洲大桥加劲梁设计［Ｊ］．铁道标准设计，２０１２ （４）：８３—８７． ［４］ 中华人民共和国住房和城乡建设部．ＧＢ５０１５７－－２０１３地铁设计 规范［Ｓ］．北京：中国建筑工业出版社，２０１３． ［１３］王国栋．大西铁路客运专线连续钢箱梁设计及顶推施工研究［Ｊ］． 铁道标准设计，２０１４（８）：８５—８７． ［５］ 中华人民共和国住房和城乡建设部．ＣＪＪ１１—２Ｏ１１城市桥梁设计 规范［Ｓ］．北京：中国建筑工业出版社，２０１１． 第５期 张文斌一某新建轨道交通工程下穿既有高速铁路桥梁方案研究 ８３ ｂｅｌｌｏｗ ｈｉｇｈ ｓｐｅｅｄ ｒａｉｌ ｂｒｉｄｇｅｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｐａｓｓｉｎｇ ｂｅｌｏｗ ｈｉｇｈ—ｓｐｅｅｄ ｒａｉｌｗａｙ ｂｒｉｄｇｅ；Ｐｉｌｅ ｂｏａｒｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；Ｂｒｉｄｇｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；Ｂｅａｒｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ ｐｉｌｅ￣ｕｎｄａｔｉｏｎ；Ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ １ 研究背景 因线路引入条件受车辆段场地高程控制，该处不考虑 隧道下穿方式，仅考虑以桩板路基及桥梁结构两种下 穿方式。新建城际轨道交通距离杭甬高铁桥墩基础较 近，故需通过计算新建城际轨道交通桩板结构或桥梁 某新建城际轨道交通工程区间正线及出入段线分 别下穿杭甬高铁柯桥特大桥，新建线路与既有高铁正 交，如图１所示。交叉处既有高铁桥下净空为１２．８ Ｉｎ。既有桥１１２号一１１３号墩上部结构采用３２ Ｉｎ简支 箱梁，１１３号～１１４号墩上部结构为２４ Ｉｎ简支箱梁。 结构对杭甬高铁柯桥特大桥的结构影响，确定下穿方 案的可行性。 ③ 二： 二 图１ 新建城际轨道交通工程与杭甬客运专线平面关系 ２下穿处高铁桥梁概况 新建城际轨道交通采用城市轨道交通制式，车辆 类型为城轨Ｂ型车，设计速度１００ ｋｍ／ｈ。杭甬高铁为 双线电气化铁路，设计速度为３５０ ｋｍ／ｈ，线间距 ５．０ ｍ，无砟轨道。杭甬高铁柯桥特大桥在１１２号～ 既有高铁桩基两侧土层的扰动，该处路基考虑采用桩 板结构（由下部的钢筋混凝土桩基和上部的钢筋混凝 土承载板组成，承载板直接与轨道结构连接）形式。 路基桩板结构承载板底部设置钻孔灌注桩，桩径 １．２ ｎｌ，桩横向间距３～４ ｍ，纵向间距４．５ ｍ，两处承载 板宽分别为１２．２ Ｉｎ及５．２ ｍ，板下桩长均为４０．０ ｉｎ。 １１４号墩之间上部结构为简支箱梁，下部结构桥墩采 用矩形实体墩，基础采用钻孔桩基础。其中１１２号墩 采用９根４，１．０ ｍ桩基，桩长为５４．５ ｍ；１１３号及 １１４号墩采用８根４，１．０ ｍ桩基，桩长分别为５４．０ ｍ及 ４４．５ ｍ。 四跨一联，每跨４．５ ｍ，每联１８ ｍ。相邻两联之间设置 托梁，宽１．６ ｍ、高１．５ ｒｌｌ，托梁与承载板搭接，承载板 厚１．０ ｍ。具体布置详见图２。 ① ⑩ … ⑩ 新建线路下穿杭甬高铁处，地形较平坦，地层岩性 自上而下为人工填土、黏性土、淤泥质土、粉土、砂类 土、砾石类土，下伏基岩为侏罗系上统凝灰岩。根据 《中国地震动参数区划图》（ＧＢ１８３０６－－２００１），地震动 峰值加速度为０．０５ｇ，地震动反应谱特征周期为 ０．３５ Ｓ。根据《铁路工程抗震设计规范》（ＧＢ５０１１ｌｍ ２００６）判定，桥址区内场地土为软土～岩石，桥址场地 类别为Ⅲ类。 ３ 新建城际轨道交通工程下穿杭甬高铁方案拟定 图２路基桩板结构与杭甬高铁桥墩位置关系剖面（单位：ｍ） ３．２桥梁结构下穿杭甬高铁方案 新建桥梁位于１１２号墩一１１３号墩及１ １３号墩 ３．１ 桩板结构下穿杭甬高铁方案 由于下穿点处地层条件欠佳，若采用常规路基则 需对路基基础进行加固处理。为减小路基施工过程对 １１４号墩之间，分别以双线桥及单线桥下穿既有杭甬 高铁，均采用３０ ｍ跨度预应力混凝土简支箱梁穿越杭 甬高铁桥底。 第５期 张文斌一某新建轨道交通工程下穿既有高速铁路桥梁方案研究 ８５ 表３单桩承载力 ｋＮ 墩号 计算桩头轴力桩土容重差计算桩底Ｐ…容许承载力［Ｐ］ ４．２．２桥梁结构 （１）沉降 新建城际轨道交通桥梁结构引起柯桥特大桥 １１２号～１１４号墩桩基沉降量最大值分别为３．４、４．１、 ２．５ ｍｍ。基础沉降计算结果见表４。 表４柯桥特大桥墩墩顶沉降值 ｍｉｌｌ 桥墩 １１２号墩 １１３号墩１１４号墩 科桥特大桥恒载作用 １０．２ １０．７ １０．５ 新建桥梁结构一恒载（包括满堂支架） ３．４ ４．１ ２．５ 最终沉降量 ｌ３．６ １４．８ ｌ３．０ 沉降差 —１．２ １．８ （２）单桩承载力 从工况２～工况６阶段，新建城际轨道交通桥梁 结构施工后，杭甬高铁柯桥特大桥１１２号、１１３号、 １１４号墩桩基轴力与容许承载力结果见表５。 表５单桩承载力 ｋＮ 墩号 计算桩头轴力桩士容重差计算桩底Ｐ…容许承载力［Ｐ］ ４．３ 结果分析 （１）沉降 根据《高速铁路设计规范（试行）》（ＴＢ １０６２１— ２００９）规定，墩台基础的沉降量应按照恒载计算。对 于无砟轨道桥面桥梁，其墩台均匀沉降量限值为２０ ｍｍ，静定结构相邻墩台沉降量限值为５ ｍｍ。 从表２和表４可知：考虑杭甬高铁自身沉降和新建 城际轨道交通对其影响，无论新建城际轨道交通采用桩 板结构还是桥梁结构，最大沉降量均发生在１１３号墩， 最大沉降量分别为ｌ４．４ ｍｍ及１４．８ ｍｍ；相邻墩台最大 沉降发生在１１３号墩和１１４号墩之间，最大沉降差为分 别为１．４ ｍｍ及１．８ ｍｍ。相邻墩台之间沉降差均小于 ５ ｍｍ，墩台最大沉降量小于２０ ｍｍ，满足《高速铁路设计 规范（试行）》（ＴＢ １０６２１－－２００９）规范要求。 （２）单桩承载力 从表３和表５可知：无论新建城际轨道交通采用 桩板结构还是桥梁结构，由于附加应力的影响，柯桥特 大桥１１２号墩～１１４号桥墩桩基轴力有所增加，但均 未超过其单桩容许承载力。因此，既有桥单桩承载力 满足安全要求。 ５结论及建议 （１）通过对既有桥桥桩沉降及承载力安全影响分 析可知，新建城际轨道交通无论以路基桩板结构或桥 梁结构下穿杭甬高铁时，均能满足铁路规范相关规定， 两种方案均是可行的。 （２）经核算桩板结构工程造价较桥梁结构略低， 但其结构桩基距杭甬高铁桥桩近，桩基在施工阶段对 杭甬高铁桥桩桩周承载力影响略大。 （３）由于桥梁结构采用支架现浇法施工，施工过 程中支架自重及梁体自重较大，引起既有杭甬高铁桥 桩桩基沉降量也较桩板结构大。故建议在施工时采用 少支架施工方法，支架基础可布置于既有桥投影面两 侧并采用贝雷梁支架跨，以减小因支架搭设及梁体自 重引起的土层扰动。而板桩结构桩基施工时需根据桥 下净空情况及安全作业高度，可采用冲孔灌注桩，钢筋 笼分节吊装焊接。 （４）新建轨道交通下穿高铁工程在施工时，仅通 过理论分析仍存在一定的误差，因此现场监控量测是 工程中必不可少的手段。在施工过程中，对每个测点 施工前后的高程进行及时观测，以便观察各点的挠度 及曲线的变化历程，以保证既有桥梁结构安全。 参考文献： ［１］ 中华人民共和国铁道部．ＴＢ１０６２１－－２００９高速铁路设计规范（试 行）［Ｓ］．北京：中国铁道出版社，２０１０． ［２］ 中华人民共和国铁道部．ＴＢ １０００２．１—２００５铁路桥涵设计基本 规范［Ｓ］．北京：中国铁道出版社，２００５． ［３］ 中华人民共和国铁道部．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［Ｓ］．北京：中国铁道出版社， ２００５． ［４］ 中华人民共和国铁道部．ＴＢ１０００２．５—２００５铁路桥涵地基和基 础设计规范［Ｓ］．北京：中国铁道出版社，２００５． ［５］ 中华人民共和国铁道部．ＴＢ１０００１－－２００５铁路路基设计规范 ［Ｓ］．北京：中国铁道出版社，２００５． ［６］ 中华人民共和国铁道部．铁建设［２００７］４７号新建时速３００～ ３５０ ｋｍ客运专线铁路设计暂行规定［Ｓ］．北京：中国铁道出版社， ２００７． ［７］ 周津斌．某集装箱铁路工程下穿京秦高速铁路桥梁安全影响分析 ［Ｊ］．铁道标准设计，２０１４（３）：８５—８９． ［８］ 张竹清．城际铁路隧道下穿客运专线铁路桥梁方案设计［Ｊ］．铁道 标准设计，２０１３（６）：１１４—１１７． ［９］ 李悄，孙宗磊，张军，等．软土地区新建公路下穿既有高速铁路影 响分析及对策［Ｊ］．高速铁路技术，２０１３（１）：２６—３０． ［１０］孙宗磊，李悄．石济客专桥梁下穿京沪高铁沉降影响分析［Ｊ］．铁 道工程学报，２０１３（２）：５３—５７． ［１１］张俭．新建道路下穿运营高速铁路桥梁的设计方案［Ｊ］．中外公 路，２０１４（２）． ［１２］杨银庆，孟繁增，禚～，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）：２７—３０．