臨近既有鐵路基坑開挖支護(hù)技術(shù)研究

秦開顏 戴嘉平

(鎮(zhèn)江市交通投資建設(shè)發(fā)展公司，江蘇鎮(zhèn)江 212000)

0 引言

京滬高速鐵路是中國(guó)《中長(zhǎng)期鐵路規(guī)劃網(wǎng)》中“四縱四橫”客運(yùn)專線的南北向主骨架，全長(zhǎng)1 318 km、設(shè)計(jì)時(shí)速350 km，是中國(guó)第一條具有世界先進(jìn)水平的高速鐵路[1-3]。京滬高速鐵路全線實(shí)現(xiàn)道口的全立交和線路的全封閉，全線優(yōu)先采用以橋代路方式，最大限度節(jié)約東部地區(qū)十分寶貴的土地資源。高鐵建設(shè)過(guò)程中，保證跨線橋施工時(shí)既有鐵路的安全是重中之重。因此，有必要開展臨近既有鐵路承臺(tái)基坑開挖圍護(hù)技術(shù)研究，確定安全經(jīng)濟(jì)的圍護(hù)體系，通過(guò)數(shù)值模擬手段對(duì)方案進(jìn)行優(yōu)化，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)手段對(duì)施工進(jìn)行控制，確保既有鐵路的安全[4-7]。

本文結(jié)合京滬高鐵跨既有滬寧鐵路某橋墩基礎(chǔ)承臺(tái)施工工程介紹基坑圍護(hù)方案，并采用平面數(shù)值分析方法對(duì)施工過(guò)程進(jìn)行模擬，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)圍護(hù)方案進(jìn)行論證。

1 工程概況

京滬高鐵以及滬寧城際鐵路運(yùn)行路線局部與既有線京滬鐵路(滬寧段)交匯，交匯處采用橋梁形式跨越。京滬高鐵橋型布置為(60+100+60)m連續(xù)梁，與既有線斜交角21°;滬寧城際上行線與下行線橋型布置均為(57+100+63)m連續(xù)梁，與既有線斜交角分別為16°，21°。主墩基礎(chǔ)均為鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，雙層承臺(tái)，變截面圓端型橋墩，箱梁均為單箱單室預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁。其中承臺(tái)最近角距離既有線外軌為4.10 m，基礎(chǔ)埋深達(dá)3.621 m。

2 基坑支護(hù)方案

既有線的行車安全對(duì)承臺(tái)開挖過(guò)程中的支護(hù)要求非常高，部分常用的基坑支護(hù)方法不再適用，如SMW工法，由于水泥土攪拌樁的施工對(duì)既有線的路基擾動(dòng)較大，可能引起既有線路基的上拱變形，危及既有線上的行車安全;沉井施工較為方便快捷，但其下沉過(guò)程中對(duì)周圍土體的擾動(dòng)較大，施工引起周圍土體的變形較大且不受控，故臨近既有線施工并不可取。最終確定采用鋼板樁圍堰支護(hù)方案。

承臺(tái)位置填高后，采用拉森Ⅳ型鋼板樁防護(hù)，靠近鐵路側(cè)鋼板樁緊貼承臺(tái)邊線插打，僅留下竹膠板模板的位置;遠(yuǎn)離鐵路側(cè)鋼板樁距離承臺(tái)邊緣線1.2 m，樁頂高+3.352 m，樁頂高出地面0.5 m以防水，頂層圍檁全部采用H400×400型鋼，底層圍檁靠鐵路側(cè)采用H400×400型鋼，其余位置采用2Ⅰ56a型鋼圍檁，內(nèi)支撐采用H400×400型鋼，斜向支撐采用Ⅰ56a型鋼，頂層標(biāo)高為+2.852 m，底層標(biāo)高為+0.852 m。鋼板樁樁長(zhǎng)12 m，樁底標(biāo)高為 －8.648 m。

根據(jù)基坑開挖深度及施工工序設(shè)置內(nèi)圍檁及支撐，設(shè)置方法為:隨基坑開挖深度依次安裝頂層及底層內(nèi)圍檁及其相應(yīng)的內(nèi)支撐，開挖深度到位后澆筑封底混凝土前，將斜向支撐安裝到位(體系轉(zhuǎn)換)，施工完封底混凝土并達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，拆除底層內(nèi)支撐(臨時(shí)支撐)，綁扎承臺(tái)鋼筋，澆筑底層承臺(tái)混凝土，回填密實(shí)，綁扎頂層承臺(tái)鋼筋及墩身預(yù)埋鋼筋，拆除頂層內(nèi)支撐，澆筑頂層承臺(tái)混凝土，達(dá)到強(qiáng)度后逐步拆除圍檁及回填密實(shí)。

3 數(shù)值模擬

3.1 計(jì)算模型

承臺(tái)基坑開挖對(duì)既有線滬寧鐵路的影響主要是通過(guò)鐵軌的位移變化來(lái)反映，因此數(shù)值模擬中采用多工序連續(xù)計(jì)算方法來(lái)模擬基坑開挖的實(shí)際施工情況。為充分模擬基坑開挖對(duì)滬寧鐵路縱向變形的影響，考慮基坑距既有鐵路中心不同距離分別建模計(jì)算，共選取6 種距離，L=4.58 m，6 m，8 m，12 m，16 m 和 20 m 進(jìn)行分析。為減小數(shù)值模型中邊界約束條件對(duì)計(jì)算結(jié)果產(chǎn)生的不利影響，計(jì)算模型的邊界范圍在各個(gè)方向上均大于3倍的開挖范圍。具體計(jì)算時(shí)模型長(zhǎng)度方向(X方向)左側(cè)邊界距基坑30 m，右側(cè)邊界距滬寧鐵路路基20 m;深度方向(Y方向)底部邊界距坑底20 m。

3.2 計(jì)算工況

由于基坑開挖過(guò)程中采用分步開挖方法，因此為合理的模擬基坑開挖過(guò)程中鐵路路基地面沉降、鋼板樁及H型鋼的變形、內(nèi)力隨基坑開挖的發(fā)展，數(shù)值模擬中所采用的計(jì)算工況如下:工況1:土體初始應(yīng)力狀態(tài)計(jì)算，不計(jì)初始位移;工況2:列車荷載施加，不計(jì)產(chǎn)生位移;工況3:列車荷載卸除，不計(jì)產(chǎn)生位移;工況4:坑沿荷載施加及鋼板樁施工，不計(jì)產(chǎn)生位移;工況5:第一步開挖至高程+2.852 m;工況6:設(shè)置第一道支撐，進(jìn)行第二步開挖至+0.852 m高程;工況7:設(shè)置第二道支撐，進(jìn)行第三步開挖至－1.147 m高程(坑底);工況8:設(shè)置斜支撐，封底混凝土施工及卸除第二道支撐;工況9:列車荷載施加(模擬列車經(jīng)過(guò)，分兩種情況:1)鐵軌A有列車經(jīng)過(guò);2)鐵軌A，B同時(shí)有列車經(jīng)過(guò)，最不利工況)。

3.3 計(jì)算結(jié)果

基坑開挖引起滬寧鐵路發(fā)生一定的側(cè)向變形和沉降。沿鐵路橫向?qū)㈣F軌分成10等分，每個(gè)鐵軌布置11個(gè)數(shù)據(jù)采集點(diǎn)，位置如圖1所示。針對(duì)基坑開挖過(guò)程中上述6種主要工況，分別計(jì)算鐵軌A，B各采集點(diǎn)的側(cè)向變形和沉降。各工況下鐵軌表面水平位移分布及豎向位移分布如圖2，圖3所示。

圖1 滬寧鐵路表面變形數(shù)據(jù)采集點(diǎn)位置示意圖

4 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

承臺(tái)施工前，距既有鐵路線路外軌2 m的路基上埋設(shè)觀測(cè)樁，埋入深度1 m～1.5 m。開挖前測(cè)好原始標(biāo)高，承臺(tái)開挖期間，每2 h采集數(shù)據(jù)一次，在基坑成型的初期、雨后、抽排水量較大的基坑，加大觀測(cè)頻率為每1 h采集數(shù)據(jù)一次，承臺(tái)澆筑期間每天觀測(cè)三次。預(yù)警值如下:在既有線不限速的情況下，路基沉降量大于2 mm/d或累計(jì)沉降量大于10 mm時(shí)必須停止施工;在既有線限速的情況下，路基沉降量大于8 mm/d或累計(jì)沉降量大于20 mm時(shí)必須停止施工。施工期間，路基的累積沉降量均小于8 mm，滿足既有線上列車的行車安全要求。

5 結(jié)語(yǔ)

1)采用鋼板樁加內(nèi)支撐對(duì)臨近既有鐵路進(jìn)行支護(hù)，對(duì)既有鐵路路基影響小，施工快捷方便，能夠有效控制基坑開挖變形對(duì)既有線的影響。2)為確保鐵路交通安全，應(yīng)避免列車在開挖基坑附近會(huì)車，并對(duì)列車經(jīng)過(guò)基坑附近時(shí)的運(yùn)行速度進(jìn)行限制。

[1]鐵建設(shè)[2007]47號(hào)，新建時(shí)速300～350公里客運(yùn)專線鐵路設(shè)計(jì)暫行規(guī)定[S].

[2]鐵建設(shè)[2005]754號(hào)，客運(yùn)專線無(wú)砟軌道鐵路設(shè)計(jì)指南[S].

[3]鐵建設(shè)[2006]158號(hào)，客運(yùn)專線鐵路無(wú)砟軌道鋪設(shè)條件評(píng)估技術(shù)指南[S].

[4]張運(yùn)杰.淺談鐵路深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)和施工[J].工程科技，2010(5):67-71.

[5]羅 錕，雷曉燕.滬寧城際鐵路基坑開挖對(duì)既有線動(dòng)態(tài)影響分析[J].鐵路工程學(xué)報(bào)，2010(9):5-8.

[6]馬文東.臨近既有鐵路基坑支護(hù)方案的研究[J].山西建筑，2012，38(7):79-80.

[7]高成林.某高速鐵路車站基坑開挖施工技術(shù)方案[J].鐵道交通，2011(3):92-93.