復(fù)雜環(huán)境下穿鐵路立交設(shè)計(jì)與施工

王法武

（中鐵上海設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，上海市 200070）

0 引 言

道路和鐵路立體交叉分為道路上跨鐵路和道路下穿鐵路兩種形式，后者簡(jiǎn)稱下穿立交，為框架結(jié)構(gòu)，它具有結(jié)構(gòu)高度低、引道短、造價(jià)低的優(yōu)點(diǎn)[1-2]。為不中斷既有鐵路運(yùn)營(yíng)，下穿立交一般采用架設(shè)鋼便梁加固線路頂進(jìn)施工[3-6]。隨著城市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，經(jīng)常出現(xiàn)道路需從車站范圍下穿鐵路，與從區(qū)間下穿鐵路相比，設(shè)計(jì)與施工均顯著增加難度[7-8]。本文以南京市黃家圩路拓寬改造工程下穿京滬鐵路南京火車站西側(cè)咽喉區(qū)為背景，介紹復(fù)雜環(huán)境下的鋼便梁架設(shè)、深基坑支護(hù)、鐵路線路加固、站場(chǎng)改造、頂進(jìn)施工步驟、附屬設(shè)施等，可供類似工程參考。

1 工程概況

南京市黃家圩路拓寬改造工程是南京市火車站北站房及北廣場(chǎng)的配套工程，道路等級(jí)為城市次干路，設(shè)計(jì)速度30 km/h。下穿京滬鐵路立交橋位于京滬鐵路南京站西側(cè)咽喉區(qū)，鐵路線路情況復(fù)雜（見圖1）。主體結(jié)構(gòu)為8 m+14.75 m+14.75 m+6.5 m下穿鐵路框架，架設(shè)鋼便梁加固線路頂進(jìn)施工。頂進(jìn)工作坑周邊建筑、管線眾多，頂進(jìn)新框架的同時(shí)需切割拆除既有框架。

圖1 工程平面位置示意圖

2 道路、鐵路現(xiàn)狀

黃家圩路為現(xiàn)狀道路，道路等級(jí)為城市次干路，與京滬鐵路、滬寧城際南京站咽喉區(qū)交叉，橋位處的鐵路里程為京滬線上行K1150+169。

黃家圩路下穿京滬正線等9條鐵路（其中京滬正線2條，南京至南京西正線2條，到發(fā)線5條），橋位兩側(cè)為密集道岔區(qū)，現(xiàn)有客車115對(duì)，車站作業(yè)繁忙。

京滬鐵路下已建有2-8.5 m框架，限高3.8 m，為機(jī)動(dòng)車雙向2車道，框架結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度61.4 m，分兩個(gè)階段先后施工建成，南段38 m，北段23.4 m。由于凈高不足，本次工程予以廢棄。

北側(cè)滬寧城際高鐵于2010年7月1日開通，其下已預(yù)留8 m+16 m+16 m+8 m框架，限高4.2 m，長(zhǎng)度23.6 m，本次工程予以順接。

3 框架主體結(jié)構(gòu)

框架主體結(jié)構(gòu)采用8 m+14.75 m+14.75 m+6.5 m 4個(gè)分離式框架，自東往西（自上海往北京）依次編號(hào)為框架Ⅰ、框架Ⅱ、框架Ⅲ、框架Ⅳ，中孔布置機(jī)動(dòng)車道，邊孔布置人行和非機(jī)動(dòng)車道，結(jié)構(gòu)外高等高，均為7 m，框架Ⅱ、框架Ⅲ結(jié)構(gòu)凈高為5.25 m，框架Ⅰ、框架Ⅳ結(jié)構(gòu)凈高為5.7 m（見圖2）?？蚣芪挥诘缆分本€段，框架設(shè)計(jì)為直線、平坡。

圖2 框架立面圖（單位：cm）

中孔框架頂板厚75 cm，邊墻和底板厚100 cm，結(jié)構(gòu)凈高5.25 m。軌底至箱頂80 cm。邊孔框架頂板厚50 cm，邊墻厚50 cm，底板厚80 m。

框架為C40鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，采用北京科寶華地道橋軟件計(jì)算分析，頂板和底板按鋼筋混凝土受彎構(gòu)件設(shè)計(jì)，邊墻按鋼筋混凝土壓彎構(gòu)件設(shè)計(jì)[9]。

框架設(shè)計(jì)基底應(yīng)力111 kPa，基底位于粉質(zhì)粘土層，地基允許承載力90 kPa，框架基底采用 60 cm高壓旋噴樁加固，間距1.1 m×1.1 m，樁長(zhǎng)8 m，復(fù)合地基的允許承載力120 kPa。

4 引道工程

引道采用U槽結(jié)構(gòu)，U槽采用C40鋼筋混凝土，抗?jié)B等級(jí)P8。每節(jié)U槽長(zhǎng)15m，節(jié)段之間設(shè)2 cm變形縫。采用鉆孔樁圍護(hù)后開挖基坑，在基坑內(nèi)現(xiàn)澆施工U形槽。U形槽底設(shè) 0.8m鉆孔灌注樁作為抗拔樁。U形槽外側(cè)邊墻涂聚氨脂防水涂料兩層，內(nèi)側(cè)各相鄰邊墻間縫隙沿縱向通長(zhǎng)填塞特種水泥砂漿、底部設(shè)外貼式止水帶以阻止地下水涌入引道。U形槽外側(cè)邊墻頂設(shè)鋼筋混凝土欄桿、內(nèi)側(cè)機(jī)非分隔墻頂設(shè)鋼欄桿。

5 基坑支護(hù)

本立交主體和引道共有3個(gè)基坑：南側(cè)基坑、中間基坑和北側(cè)基坑。南側(cè)基坑為下穿鐵路箱身的頂進(jìn)工作坑，位于京滬鐵路南側(cè)，框架頂進(jìn)就位后作為南側(cè)U形槽明挖基坑，基坑深7.5 m；中間基坑為立交連接段U形槽明挖基坑，位于京滬鐵路和滬寧城際框架之間，基坑深8.4 m；北側(cè)基坑為北側(cè)U形槽明挖基坑，位于滬寧城際框架北側(cè)，基坑深7.3 m。

5.1 基坑周邊環(huán)境情況

南側(cè)基坑?xùn)|側(cè)有曙光大酒店裙房（為樁基礎(chǔ)）、污水處理池、鐵路工區(qū)（老信號(hào)樓，3層，擴(kuò)大基礎(chǔ)），頂進(jìn)后背南側(cè)有 1000 mm鑄鐵既有自來水管，西側(cè)為施工便道；中間基坑?xùn)|側(cè)有鐵路新信號(hào)樓（為樁基礎(chǔ)）；北側(cè)基坑滬寧城際框架西北角邊緣與線路中心距離較短，僅3.5 m，且上有電力架空線。

框架頂進(jìn)工作坑設(shè)于京滬鐵路南側(cè)，由南向北平坡頂進(jìn)，頂進(jìn)順序依次為西半幅的框架Ⅳ、框架Ⅲ；東半幅的框架Ⅰ、框架Ⅱ。由于框架位于鐵路道岔區(qū)，須待道岔遷改、架設(shè)24 m便梁加固線路后方可頂進(jìn)框架。便梁基礎(chǔ)為混凝土條基，下設(shè)密布高壓旋噴樁加固地基。

5.2 基坑支護(hù)方案

南側(cè)基坑：基坑頂進(jìn)后背采用單排 180 cm鉆孔樁圍護(hù)，東側(cè)污水池邊采用單排 180 cm鉆孔樁圍護(hù)，東側(cè)其余部分采用雙排 150 cm鉆孔樁圍護(hù)，排間距4 m。其余兩邊均采用單排 150 cm鉆孔樁圍護(hù)。其中西側(cè)圍護(hù)每隔3根樁設(shè)鋼絲繩拉索;基坑四角采用 609 mm鋼管斜撐。

中間基坑：西側(cè)采用雙排 150 cm鉆孔樁圍護(hù)，排間距2.75 m，東側(cè)采用單排 150鉆孔樁圍護(hù)。

北側(cè)基坑：兩側(cè)均采用單排 150cm鉆孔樁圍護(hù)。

所有圍護(hù)樁樁頂均需設(shè)置帽梁或連梁，使之成為整體。圍護(hù)樁外設(shè)雙排 60高壓旋噴樁止水帷幕，南側(cè)基坑?xùn)|邊緊鄰污水池邊圍護(hù)樁外因沒有空間施工雙排旋噴樁，采用在樁間及樁周高壓旋噴注漿止水，深11 m。

靠近鐵路及接觸網(wǎng)電力線范圍的圍護(hù)鉆孔樁，當(dāng)鉆機(jī)無法作業(yè)時(shí)，施工可根據(jù)實(shí)際情況改為挖孔樁，挖孔樁范圍土體須先用高壓旋噴樁加固以確保安全。

既有滬寧城際高鐵框架西北角因既有框架較短，箱端距相鄰城際鐵路只有3.5 m，圍護(hù)樁墻不能與框架連接封閉，采用沉井加鋼筋混凝土板擋土，沉井處及周邊采用高壓旋噴樁地基加固后分層開挖，沉井就位后作為立交排水集水井之用。

6 線路加固方案

在便梁防護(hù)下頂進(jìn)施工框架橋已有幾十年的歷史，工藝成熟，便梁架設(shè)的適用范圍一般是鐵路線路位于直線或大半徑的圓曲線，相鄰線路間有足夠的線間距，不能有道岔。

因此需先對(duì)南京站西端咽喉區(qū)進(jìn)行改造，把線路加固范圍內(nèi)的站場(chǎng)股道進(jìn)行臨時(shí)遷改，將道岔移出施工范圍以外，待施工完成后再予原樣恢復(fù)。經(jīng)過與鐵路部門的溝通，采用停運(yùn)1股站線、改移其余道岔、逐孔整節(jié)頂入框架的設(shè)計(jì)方案。

7 站場(chǎng)改造

根據(jù)橋梁施工方案，施工中需要架設(shè)便梁施工，由于該立交位于南京站西咽喉處，新建立交橋位于道岔區(qū)，無法架設(shè)便梁，因此必須將既有道岔移出立交橋施工范圍，以滿足施工需要。

考慮到南京站為京滬線上的一個(gè)客運(yùn)大站，客流量大，到發(fā)線有效長(zhǎng)650～1050 m、客運(yùn)站臺(tái)長(zhǎng)550 m的具體情況，站場(chǎng)改造主要內(nèi)容如下：

拆除既有77#、89#單開道岔和81#～87#交分道岔；鎖閉75#、79#道岔側(cè)向，在既有9道上鋪設(shè)臨時(shí)L1#道岔連通既有10道；在5道上鋪設(shè)臨時(shí)L2#道岔接通既有4道；在上行正線Ⅱ道上鋪設(shè)臨時(shí)L3#道岔接通既有3道；將91#號(hào)道岔向車站方向平移約8 m。待立交改建完成后拆除臨時(shí)道岔，原址恢復(fù)拆除的既有線路及道岔。

8 頂進(jìn)施工步驟

主體結(jié)構(gòu)為4個(gè)分離式框架，在便梁防護(hù)下依次頂入西邊孔、西中孔、東邊孔、東中孔。為了縮小便梁布設(shè)范圍，盡可能減小對(duì)南京站運(yùn)營(yíng)的影響，減少工程造價(jià)，優(yōu)化便梁基礎(chǔ)布置，加深支墩深度至2.5 m，以密布高壓旋噴樁替代挖孔樁基礎(chǔ)并在路基兩側(cè)封頭，優(yōu)化施工組織，縮短基坑暴露時(shí)間，不設(shè)拖梁，使站線遷改控制在橋梁中心線兩側(cè)各40 m范圍，僅比框架結(jié)構(gòu)邊線多出13.8 m，西側(cè)邊孔線路加固斷面見圖3。

圖3 西側(cè)邊孔線路加固斷面圖（單位：cm）

頂進(jìn)西側(cè)中孔時(shí)，便梁一端擱置在已就位的西邊孔上，一端擱在既有框架上，便梁支座相應(yīng)位置設(shè)撐。既有2～8.5 m框架位于新建的東側(cè)兩個(gè)框架范圍，與新框架為錯(cuò)縫位置關(guān)系，頂進(jìn)新框架時(shí)分別切割鑿除。頂進(jìn)東邊孔時(shí)，余下的一個(gè)半老框架還在原位，便梁的一端架在上面，設(shè)計(jì)在每個(gè)便梁支座位置采用 609 mm鋼管支撐作為便梁基礎(chǔ)，東側(cè)邊孔線路加固斷面見圖4。

圖4 東側(cè)邊孔線路加固斷面圖（單位：cm）

最后頂進(jìn)的是東側(cè)中孔，便梁兩端分別擱在已就位的框架上，相應(yīng)位置設(shè)撐。

既有2～8.5 m框架因凈空不足須廢棄，它們位于新建的東側(cè)兩個(gè)框架范圍，與新框架為錯(cuò)縫位置關(guān)系。新建框架先頂東邊箱、后頂東中箱，頂進(jìn)東側(cè)6.5 m邊箱時(shí)，同時(shí)原位廢除半個(gè)既有8.5 m框架，為保證剩余框架的穩(wěn)定，需對(duì)剩余部分進(jìn)行支撐加固，廢除的結(jié)構(gòu)在頂進(jìn)新框架時(shí)切割鑿除，頂進(jìn)東側(cè)14.75 m中箱時(shí)，再切割廢除余下的一個(gè)半既有框架。

為了縮短基坑暴露時(shí)間，采用邊鑿除老框架邊頂進(jìn)新框架的施工方案。

9 附屬工程

框架頂滿鋪氯化聚乙烯防水卷材，防水層上設(shè)6 cm厚C40細(xì)石聚丙烯纖維網(wǎng)混凝土保護(hù)層；框架兩側(cè)邊墻涂聚氨脂防水涂料兩層。

框架兩端洞口頂面設(shè)電纜槽及人行道欄桿及防拋網(wǎng)。

南側(cè)（1）道按《鐵路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》的相關(guān)規(guī)定鋪設(shè)護(hù)輪軌；北側(cè)（10）道位于道岔區(qū)，無法鋪設(shè)護(hù)輪軌，采用在箱頂設(shè)置擋塊進(jìn)行防護(hù)，擋塊平行（10）道設(shè)置，與（10）道中心線距離為1.75 m。

框架兩端與U形槽接頭處設(shè)變形縫，采用鋼邊橡膠止水帶外加外貼式防水卷材，結(jié)構(gòu)全面外包防水卷材。

由于橋下凈空不足5 m，在立交橋引道南北入口處分別設(shè)置限高防護(hù)架[10]。

10結(jié)論

（1）本工程位于鐵路車站咽喉區(qū)，且市政交通繁忙、周邊建筑和市政管線眾多，逐孔頂進(jìn)框架。經(jīng)過合理布置施工步驟，利用既有橋孔維持道路通行，整個(gè)施工過程中沒有中斷黃家圩路通行；且施工過程中僅停運(yùn)1條鐵路站線，對(duì)鐵路的影響減少到了最小程度。對(duì)于在車站咽喉地區(qū)建造下穿立交有很好的借鑒作用。

（2）在地質(zhì)情況復(fù)雜、地層起伏變化大的地區(qū)，視周邊環(huán)境因素和地層變化情況逐段設(shè)計(jì)檢算基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)，針對(duì)不同情況分別采用不同直徑、單雙排鉆孔樁、拉錨、設(shè)撐、沉井、挖孔樁等多種圍護(hù)方案，可以取得較好經(jīng)濟(jì)效益。