基坑工程對(duì)下穿運(yùn)營(yíng)鐵路立交的影響與保護(hù)

徐 鑫

（蘇州交投規(guī)劃設(shè)計(jì)建設(shè)管理有限公司，江蘇 蘇州 215000）

0 引言

隨著城市建設(shè)發(fā)展進(jìn)程逐步加快，市政道路快速化改造的范圍在逐步擴(kuò)大，改造的難度、投入及風(fēng)險(xiǎn)程度亦逐年提升。主要體現(xiàn)在市政道路改造中限制因素增多，時(shí)常需要邊通車邊施工；工程體量不斷提高，周邊環(huán)境條件愈加復(fù)雜，影響范圍相應(yīng)加大。對(duì)于下穿鐵路立交道路的提升改造，就需要同時(shí)考慮道路建設(shè)本身因素和下穿鐵路兩方面的安全影響，此時(shí)方案的選擇及保護(hù)措施的實(shí)施就尤為重要?，F(xiàn)結(jié)合工程實(shí)例對(duì)基坑工程下穿運(yùn)營(yíng)鐵路立交施工中的相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行分析探討。

1 工程概況

1.1 工程簡(jiǎn)介及鐵路線位資料

蘇州城北路是溝通工業(yè)園區(qū)、相城區(qū)、姑蘇區(qū)、高新區(qū)的東西向主干道，項(xiàng)目建成后將有效緩解北環(huán)快速路的交通壓力及主城區(qū)東西向交通的擁堵矛盾。其中下穿京滬鐵路、滬寧高鐵立交節(jié)點(diǎn)段為本工程控制性節(jié)點(diǎn)工程，采用增建2 孔立交鐵路箱涵及U 槽，由南向北依次下穿京滬鐵路及滬寧高鐵橋孔?；訉挾茸顚捥帪?6 m 左右，其中下穿京滬鐵路箱涵采用箱涵頂進(jìn)法施工，下穿滬寧高鐵U 槽基坑采用明挖法施工。其平面關(guān)系見(jiàn)圖1，鐵路信息見(jiàn)表1。

表1 下穿京滬鐵路、滬寧高鐵信息表

圖1 下穿鐵路箱涵、U 槽與鐵路平面關(guān)系圖

1.2 工程地質(zhì)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)勘察報(bào)告，在工程建設(shè)紅線范圍內(nèi)，除表層1～3 m 范圍為雜填土，向下20 m 范圍內(nèi)較多為黏土、粉質(zhì)黏土類，場(chǎng)地地層層序見(jiàn)圖2。

圖2 下穿鐵路立交沿線地質(zhì)剖面圖

1.3 水文地質(zhì)

（1）地表水：蘇州市地處長(zhǎng)江流域太湖水系區(qū)，區(qū)內(nèi)地表水系及其發(fā)育主要由太湖、陽(yáng)澄湖湖群及大小規(guī)模不等的河港溝塘組成。常年水位（黃海標(biāo)高）在1.1～1.3 m，其年變幅在1.0 m 左右。

（2）地下水：根據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)資料，蘇州市歷史最高潛水位為2.63 m（本文水位均為1956 黃海高程），最低水位為-0.21 m，潛水位年變幅一般為1～2 m[1-2]；歷史最高微承壓水位為1.74 m，近3～5 a 最高微承壓水位為1.60 m，年變幅0.80 m 左右[2]；區(qū)內(nèi)承壓水主要賦存于深部的砂性土層中，埋深大于25 m。

2 基坑工程與下穿運(yùn)營(yíng)鐵路立交的影響及建議措施

根據(jù)城市發(fā)展總體要求，城市道路規(guī)劃應(yīng)考慮相交、平行、臨近工程實(shí)施的同期性。如為后期改造工程，應(yīng)在設(shè)計(jì)階段即考慮對(duì)現(xiàn)狀周邊建構(gòu)筑物等的影響及保護(hù)措施方案，同時(shí)，在實(shí)施階段提出相應(yīng)配合施工的保護(hù)措施。

2.1 空間關(guān)系

本工程為下穿現(xiàn)狀京滬鐵路立交（見(jiàn)圖3）增建2 孔（6 m+6 m）立交箱涵；向北采用U 槽順接下穿滬寧高鐵（見(jiàn)圖4），供非機(jī)動(dòng)車和行人通行，原非機(jī)動(dòng)車道和行人通道改造為公交專用道。

圖3 既有下穿京滬鐵路立交橋

圖4 既有下穿滬寧高鐵現(xiàn)狀

2.2 下穿鐵路立交的建議保護(hù)措施

經(jīng)調(diào)查，京滬鐵路為國(guó)家Ⅰ級(jí)干線鐵路，本工程箱涵穿越點(diǎn)位于京滬線蘇州西站-滸墅關(guān)站區(qū)間，下行線里程K1360+49.6 和K1360+128.4 處；下穿滬寧高鐵處為黃花涇河特大橋，位于京滬鐵路北側(cè)，U槽南京、上海側(cè)分別從現(xiàn)狀黃花涇河特大橋24# 與23# 橋墩間、22# 與21# 橋墩間穿過(guò)。在設(shè)計(jì)階段多次與鐵路相關(guān)部門進(jìn)行對(duì)接，形成如下結(jié)論：

（1）京滬鐵路分為上下2 股道，有砟道床、無(wú)縫線路、軌道電路。本區(qū)段線間距為13.5 m。據(jù)調(diào)查目前該區(qū)段每日行駛上行122 對(duì)，下行123 對(duì)列車，旅客列車速度目標(biāo)值200 km/h，貨物列牽引質(zhì)量5 500 t；滬寧高鐵有無(wú)砟軌道、無(wú)縫鋼軌，最高運(yùn)營(yíng)速度控制在300 km/h 以內(nèi)，日發(fā)送旅客均達(dá)40 萬(wàn)人次，運(yùn)輸十分繁忙。

（2）京滬鐵路、滬寧高鐵的運(yùn)營(yíng)壓力及安全等級(jí)皆為鐵路部門重點(diǎn)關(guān)注點(diǎn)，在運(yùn)營(yíng)期間對(duì)城北路下穿京滬鐵路、滬寧高鐵節(jié)點(diǎn)施工的安全措施及防護(hù)措施要求亦是較為嚴(yán)格，對(duì)項(xiàng)目各參建單位的建設(shè)造成很大壓力。

（3）京滬鐵路下方箱身均采用架設(shè)在混凝土條形支墩上D24 型施工便梁防護(hù)鐵路頂進(jìn)法施工。施工期間，對(duì)京滬上下行申請(qǐng)慢行措施手續(xù)，限速45 km/h。

綜合項(xiàng)目各參建單位及鐵路相關(guān)單位意見(jiàn)，在項(xiàng)目施工期間采取常規(guī)安全防護(hù)措施的基礎(chǔ)上，同步考慮對(duì)京滬鐵路采取慢行措施及基坑施工監(jiān)測(cè)措施，確?；娱_(kāi)挖及箱涵頂進(jìn)施工期間的基坑及鐵路運(yùn)營(yíng)安全。

3 基坑工程對(duì)下穿運(yùn)營(yíng)鐵路立交的保護(hù)措施

3.1 基坑安全等級(jí)及監(jiān)測(cè)等級(jí)

根據(jù)設(shè)計(jì)文件、周邊環(huán)境和《建筑基坑工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》（GB 50497—2009）[3]，將本次基坑工程安全等級(jí)定為一級(jí)，監(jiān)測(cè)測(cè)量等級(jí)定為變形一等[4]。

3.2 控制指標(biāo)的確定

參考相關(guān)規(guī)范、鐵路相關(guān)單位意見(jiàn)，并經(jīng)專家論證會(huì)的討論，確定道路改造基坑工程及鐵路路基變形監(jiān)測(cè)報(bào)警值，見(jiàn)表2。

表2 各監(jiān)測(cè)項(xiàng)目報(bào)警值

3.3 基坑工程分坑設(shè)計(jì)

增建箱涵框架中心線與京滬下行線法線交角為4.692°，箱身結(jié)構(gòu)按斜交設(shè)置。為滿足箱身上布置鐵路及箱涵頂進(jìn)施工要求，基坑考慮設(shè)置為下穿京滬鐵路段基坑、箱涵頂進(jìn)基坑及下穿滬寧高鐵段基坑。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)基坑位置、深度、穿越結(jié)構(gòu)物、臨邊建筑物等條件，把本項(xiàng)目基坑分為以下幾種工況，相應(yīng)參數(shù)見(jiàn)表3。

表3 下穿鐵路節(jié)點(diǎn)基坑各工況參數(shù)

3.4 圍護(hù)結(jié)構(gòu)及支撐體系

本工程滬寧高鐵立交結(jié)構(gòu)及京滬鐵路路基在運(yùn)營(yíng)期對(duì)變形較為敏感，考慮到此相交節(jié)點(diǎn)施工風(fēng)險(xiǎn)大、事故后果嚴(yán)重，應(yīng)適當(dāng)加強(qiáng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。結(jié)合具體工程地質(zhì)條件、基坑與鐵路之間最小距離、周邊交通環(huán)境及鄰水臨邊情況等因素，對(duì)下穿京滬鐵路及滬寧高鐵立交基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)及支撐條件的設(shè)計(jì)包括以下3 種。

3.4.1 箱涵頂進(jìn)基坑

箱涵頂進(jìn)基坑設(shè)置在京滬鐵路南側(cè)。為提高頂進(jìn)施工的安全性并滿足蘇滸路半幅道路通行需求，北京側(cè)頂進(jìn)基坑（見(jiàn)圖5）靠近滬寧高鐵側(cè)箱端設(shè)置單排φ1 m 鉆孔樁防護(hù)鐵路路基，基坑冠梁頂采用1∶1.5 放坡，坡面掛網(wǎng)噴厚8 cm 細(xì)石混凝土[5]，坡頂采用雙排φ0.7 m 深攪樁+雙排φ0.6 m 高壓旋噴樁作止水帷幕；臨近現(xiàn)狀蘇滸路橋臺(tái)側(cè)一側(cè)采用Ⅳ型拉森鋼板樁（樁長(zhǎng)17.5 m）加強(qiáng)防護(hù)，另側(cè)同。

圖5 北京側(cè)箱涵頂進(jìn)基坑平面布置圖（單位：mm）

3.4.2 下穿京滬鐵路基坑

北京側(cè)下穿京滬鐵路基坑采用1∶1 放坡開(kāi)挖，坡面掛網(wǎng)噴厚8 cm 細(xì)石混凝土[5]；為提高鐵路路基安全性，沿箱涵邊線（平行鐵路運(yùn)行方向）外側(cè)設(shè)置雙排φ0.6 m 高壓旋噴樁，樁長(zhǎng)18.5 m；箱涵四周邊線內(nèi)側(cè)設(shè)置雙排φ0.6 m 高壓旋噴樁，樁長(zhǎng)為13 m；另側(cè)同。

北京側(cè)下穿京滬鐵路基坑平面圖見(jiàn)圖6。

圖6 北京側(cè)下穿京滬鐵路基坑平面圖（單位：mm）

3.4.3 下穿滬寧高鐵基坑

下穿滬寧高鐵左右幅U 槽鉆孔支護(hù)樁中心距滬寧高鐵橋墩鉆孔樁中心最小距離分別為7.88 m 和7.90 m。為確保滬寧高鐵立交墩柱結(jié)構(gòu)安全，南京側(cè)下穿滬寧高鐵基坑（見(jiàn)圖7）采用φ1 m 鉆孔灌注樁支護(hù)，鉆孔樁外側(cè)加設(shè)Ⅳ型長(zhǎng)12 m 拉森鋼板樁，基坑形成封閉圍護(hù)結(jié)構(gòu)；鉆孔樁與拉森鋼板樁之間及鉆孔樁之間采用壓密注漿，樁頂設(shè)冠梁，冠梁寬1.0 m，鉆孔樁外設(shè)置2 m 平臺(tái)并采用1∶1 放坡，坡面噴厚8 cm 細(xì)石混凝土[5]，掛φ8@200×200 mm 鋼筋網(wǎng)；另側(cè)同。

圖7 南京側(cè)下穿滬寧高鐵基坑平面布置圖（單位：mm）

3.5 監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)

除常規(guī)圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移、地表沉降、坑底隆起、支撐軸力等變形監(jiān)測(cè)外，對(duì)周邊管線、地表及建構(gòu)筑物沉降亦考慮在內(nèi)，并且應(yīng)重點(diǎn)考慮鐵路路基坡腳豎向位移監(jiān)測(cè)。鐵路路基坡腳監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)間距控制在15～17 m，監(jiān)測(cè)點(diǎn)沿基坑兩側(cè)對(duì)稱布置（見(jiàn)圖8），監(jiān)測(cè)范圍應(yīng)超出基坑外邊線3 倍基坑開(kāi)挖深度以上。監(jiān)測(cè)頻率：基坑開(kāi)挖及鐵路慢行期間不間斷監(jiān)測(cè)[6]，項(xiàng)目監(jiān)測(cè)頻率見(jiàn)表4。

圖8 京滬鐵路路基坡腳監(jiān)測(cè)點(diǎn)平面布置圖

表4 監(jiān)測(cè)頻率一覽表

3.6 施工流程及注意事項(xiàng)

施工單位進(jìn)場(chǎng)后，應(yīng)及時(shí)與鐵路相關(guān)單位溝通，并在設(shè)計(jì)方案的基礎(chǔ)上，編制節(jié)點(diǎn)施工方案、應(yīng)急救援搶險(xiǎn)預(yù)案及交通導(dǎo)改方案，在方案中應(yīng)針對(duì)可能出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)判，明確規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)方案及搶險(xiǎn)措施，同時(shí)著重建立建設(shè)、設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理單位及鐵路巡查和監(jiān)管相關(guān)單位之間的聯(lián)動(dòng)機(jī)制。

施工前，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，認(rèn)真核對(duì)坐標(biāo)、高程和里程等數(shù)據(jù)，若發(fā)現(xiàn)與圖紙不符，應(yīng)及時(shí)與設(shè)計(jì)方聯(lián)系，以便妥善處理。在現(xiàn)狀光、電纜拆復(fù)建前，做好徑路定測(cè)，在確保鐵路設(shè)施安全的條件下進(jìn)行施工。施工期間須設(shè)立路基觀測(cè)點(diǎn)，對(duì)其位移變形進(jìn)行全過(guò)程監(jiān)測(cè)。施工時(shí)需加強(qiáng)基坑排水措施，做好降水工作，頂進(jìn)時(shí)精心施工，嚴(yán)格控制，盡量減少箱身就位時(shí)的豎向和水平向誤差。箱身預(yù)制時(shí)，注意做好欄板、電氣化立柱和止水帶等預(yù)埋件的預(yù)埋工作。為確保鐵路路基安全，U 槽施工時(shí)施工便梁不得拆除。

施工過(guò)程中，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化及數(shù)值預(yù)警信息。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)有突變時(shí)，監(jiān)測(cè)頻率每天增加1～2 次；遇惡劣天氣、突發(fā)事件或監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)有突變時(shí)，監(jiān)測(cè)頻率加密或連續(xù)觀測(cè)。

4 施工過(guò)程及監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

本工程于2019 年5 月份進(jìn)場(chǎng)，經(jīng)過(guò)前期各項(xiàng)準(zhǔn)備工作，8 月份完成頂進(jìn)工作坑樁基工程、箱涵預(yù)制工作，歷時(shí)3 個(gè)月至11 月份完成下穿京滬鐵路箱涵頂進(jìn)工作。期間，自2019 年7 月22 日限速慢行，封鎖次數(shù)約48 次，其中軌道車配合16 次，至11 月15日慢行結(jié)束，歷時(shí)117 d；10 月份下穿南京側(cè)U 槽交叉開(kāi)始施工，至2020 年6 月份完成下穿滬寧高鐵U槽施工。施工歷時(shí)共計(jì)13 個(gè)月（含春節(jié)放假、鐵路慢行申報(bào)及疫情影響等因素造成停工2 個(gè)月）。

施工期間，下穿京滬鐵路、滬寧高鐵路基坡腳豎向位移未達(dá)到預(yù)警值，鐵路運(yùn)行正常，路基坡腳位移變形均控制在1 mm 左右，其隨時(shí)間變化關(guān)系見(jiàn)圖9。

圖9 鐵路路基坡腳豎向位移隨時(shí)間變化關(guān)系圖

由圖9 可知，路基坡腳各監(jiān)測(cè)點(diǎn)豎向變形趨勢(shì)及變形量級(jí)一致；豎向位移值PD16＞PD15、PD13＞PD14、PD9＞PD10、PD12＞PD11，說(shuō)明箱涵頂進(jìn)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)有效地減少了對(duì)周邊的擾動(dòng)；變形均在基坑開(kāi)挖后、底板澆筑前達(dá)到峰值，累計(jì)最大值為-1.56 mm，小于報(bào)警值-2 mm，說(shuō)明基坑施工未對(duì)鐵路路基坡腳造成明顯影響。

5 結(jié)語(yǔ)

（1）梳理了鐵路線位資料，以及下穿鐵路立交的影響，明確了鐵路立交保護(hù)的重要性。

（2）在設(shè)計(jì)階段，從基坑工程及鐵路兩方面提出了基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案和鐵路慢行措施。

（3）從基坑分坑設(shè)計(jì)、圍護(hù)形式、支撐體系等方面重點(diǎn)分析了基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案。

（4）通過(guò)對(duì)施工過(guò)程及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析，認(rèn)為設(shè)計(jì)的圍護(hù)結(jié)構(gòu)保護(hù)方案及鐵路慢行等現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)措施可將鐵路立交范圍的變形控制在允許范圍內(nèi)，對(duì)類似工程具有一定的指導(dǎo)意義。