鐵路橋梁深基坑安全技術與管理

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摘要：安康城區長春路鐵路交叉節點工程36+85+36連續梁，采用先平行于既有鐵路襄渝鐵路滿支架現澆85m連續梁，再雙幅同步轉體的施工方法，其中主墩Z1承臺基坑圍護樁樁邊距離既有鐵路中心線最近為9m，距離鐵路隔離網最近為2.5m，為確保既有鐵路結構和運營安全，采取了圍護樁支護、掛網噴漿、內支撐等支護技術，對支護結構和既有鐵路路基進行了監控量測、防排水和一系列安全管理措施，確保橋梁施工和既有鐵路的安全。

關鍵詞：深基坑；緊鄰既有鐵路；支護技術；安全管理

1工程概況

安康城區長春路鐵路交叉節點工程是安康市長春片區棚戶區改造開發建設PPP項目關鍵節點控制性工程，位于陜西省安康市高新區，新建道路長春路道路里程K3+200與既有鐵路襄渝鐵路線鐵路里程K315+900附近相交叉，主橋采用2*85預應力砼T構箱梁，雙幅同步轉體后與引橋相接，引橋為2*36m現澆預應力砼箱梁，滿堂支架施工。深基坑施工過程中主要的風險一是基坑開挖施工可能導致襄渝鐵路路基邊坡失穩或不均勻沉降，影響鐵路結構安全；二是圍護樁施工過程中旋挖鉆機、吊機等大型設備傾覆，導致鐵路電網和設備事故，影響鐵路線的運營安全；三是周邊塑料薄膜、刀旗、燈光信號等侵入限界或人員違規進入鐵路限界，逼停列車，影響鐵路運營安全等。Z1墩和Y3墩為跨線主墩，承臺設計為八邊形，深基坑平面尺寸均為28.25*25.25m，Z1墩基坑深度為11m，Y3墩基坑深度為5m，距離襄渝鐵路最近的是Z1墩承臺基坑，其圍護樁樁邊距離襄渝鐵路中心線最近為9m，距鐵路隔離網最近僅為2.5m，基坑與襄渝鐵路的位置關系如圖1。

2圍護樁施工

根據現場勘測，結合橋墩位置的地質條件，確定采用圍護樁支護、掛網噴漿、加內支撐等支護技術，圍護樁沿主墩基坑四周矩形布設，圍護樁采用準1.25m鉆孔樁進行施工，樁間距1.5m，樁長17.5m，Z1、Y3墩圍護樁各68根，共計136根，圍護樁施工順序應該按照與營業線的距離由近到遠，同時跳樁施工的原則進行。2.1場地平整壓實。承臺場地平整按照承臺外輪廓外放3m進行，對平整后鉆機場地進行壓實，保證承載力滿足鉆機施工要求，防止鉆機傾覆。當鉆機高度大于施工點與鐵路線之間的安全距離時，應設置纜風繩及地錨，每臺鉆機設置2個尺寸為1m*1m*1m的混凝土地錨，地錨水平間距15m，埋設深度1m，采用C20混凝土預制，將鉆機朝營業線方向反拉，確保鉆機不向營業線方向傾覆。地錨、纜風繩設置在背向營業線方向，每臺鉆機設置兩個地錨，三角形布置，纜風繩采用準16mm的鋼絲繩，一端系于鉆機約2/3高度處，另一端系于地錨，纜風繩與地面夾角為45°，每端安裝U型卡數量不少于3個，規范設置并緊固，保證一機一防護。2.2旋挖鉆防傾覆纜風繩受力驗算。采用三一280型旋挖鉆成孔，鉆桿重量為16t，高度為18m，設置兩道纜風繩以防止鉆桿傾覆。①纜風繩拉力計算：T=（kp+Q）c/（asinα），T=（2×5+160）×1/（17×sin45°）=14.1kNK-動載系數，取2，p-動載重量，取5kN（500kg），Q-鉆桿自重，取160kN（16t），C-傾斜距，取1m（傾斜度5°），a-鉆桿連接點到錨碇的直線距離，取17m（鉆桿高18m，連接位置位于距地面高12m處），α-纜風繩與地面水平線的夾角，取45°。纜風繩選擇：F=（TK1）/δ=（14.1×3.5）/0.85=58kN，T—纜風繩張力，14.1kN，K1-安全系數，取3.5，δ-不均勻系數，取0.85，F-鋼絲繩張力，查規范用表選用鋼絲繩極限抗拉強度為1400N/mm2，6×19直徑16mm鋼絲繩[F]=61.3kN>58kN滿足條件。②錨碇計算：K2T1≤G+g+f，K2—安全系數，取2，T1—錨碇受拉力T后的垂直分力，T1=T×sin45°=10kN，T-纜風繩拉力，14.1kN，α-纜風繩與地面的夾角，取45°，G-錨碇重力，g-土重力，f-土摩擦力，土的重力g=Hblγ=1×0.8×0.8×17=10.88kN，H-錨碇埋深，取1m，b-錨碇寬度，取0.8m，l-錨碇長度，取0.8m，γ-土的重度，取17kN/m3，土的摩擦力f=μT2=0.5×10=5kN，μ-摩擦系數，取0.5m，T2-錨碇受拉力T后的水平分力，T2=T×cos45°=10kN，錨碇重力G≥K2T1-g-f=2×10-10.88-5=4.12kN，選用混凝土塊做錨碇，混凝土重度λ取22KN/m3，混凝土塊方量A=G/λ=4.12/22=0.19m3，錨碇厚度h=A/bl=0.19/（0.8×0.8）=0.3m，因此選用1m*1m*1m的混凝土錨碇可滿足受力要求。③結論：采用6×19直徑16mm鋼絲繩，連接于鉆桿距地面12m處，纜風繩與地面夾角45°通過U-7型U型卡與地錨連接；混凝土錨碇尺寸為1m*1m*1m，纜風繩與混凝土錨碇通過預埋于混凝土錨碇上的2根長0.3m的“L”型螺栓連接，錨碇埋于地面深度不小于1m，滿足旋挖鉆機抗傾覆驗算要求。

3基坑開挖

①基坑施工前，應當做好基坑周邊的管線調查，明確既有鐵路線的電氣線路走向和現場施工臨時用電的布置，做好交底和標識。②為加強圍樁的整體性需要設置頂部冠梁將排樁連為一體，在樁頂設置一圈1.25m*1m的冠梁，同時有利于防止外部地表水倒灌進入基坑。③防護樁間采用10cm厚C25噴射混凝土進行支護，兩樁之間掛設ф10鋼筋網，網格尺寸為10cm*10cm。④圍護樁成樁養護28天后再進行基坑開挖，坑內土方開挖應分層分區進行，嚴禁一次性開挖到底或超挖，挖到設計標高時應及時鋪設墊層。⑤開挖過程中應及時設置支撐桿件，支撐桿件采用覬609*16mm，對撐應根據現場開挖情況及時設置鋼格構柱。⑥基坑頂周圍嚴禁堆載和車輛近距離行駛，棄方及時轉運。

4基坑防排水措施

①地質條件：Z1、Y3墩自上而下分別為素填土、粘土、粉質粘土、卵石、中砂、卵石、粉質粘土、卵石，工點內地下水主要為第四系孔隙潛水，受區域地質、地形及地貌等條件的控制，賦水性受巖性控制。孔隙潛水主要賦存于第四系上更新統砂類土、碎石類土中。地下水主要受大氣降水和地表流水補給，埋深變化同時受地形起伏、大氣降水和地下徑流的影響，水位升降幅度1-3m?？辈炱陂g測得鉆孔內水位埋深11.0-19.0m。附近無流水侵蝕，主要是雨水從既有鐵路邊坡匯水。②基坑施工過程中，同時采用M10漿砌片石路基護面對橋下鐵路路基進行防護，鋪砌范圍為道路中心線兩側各30m的鐵路路基，修筑鋪砌時，應將橋體范圍內的水自然排出，防止地下水下滲，威脅路基及橋周土體，構件之間應以1：1.5的水泥漿勾縫，施工完畢應及時對周邊植被和地貌進行恢復。③基坑底部設置集水坑，及時抽排坑內積水。

5基坑及既有線路基邊坡變形監測

①基坑穩定監測。主墩基坑作業期間對圍護樁進行監控量測，采用全站儀測定護樁的平面坐標和測點的水平位移監測，采用水準儀監測護樁的沉降情況。基坑開挖之前，首先對觀測點的原始數據測量記錄，施工過程中每天對防護樁觀測點測量一至兩次，將實測數據與原始數據進行對比，以確定樁的水平位移及沉降。②既有線路變形監測。1）在既有線路基旁布設沉降監測樁；2）線路幾何尺寸變形的監測，將會委托工務段部門進行監測。③基坑防護樁橫向位移變形監測。④現場巡視，監測基坑邊坡土體，檢查基坑壁是否有裂縫，觀察基坑邊坡是否有滑坡的跡象等，基坑有無涌土、流砂、管涌，周邊道路（地面）有無裂縫、沉陷，場地地表水排放狀況是否正常；注意基坑四周的堆載和動載。

6緊鄰鐵路基坑施工安全管理重點

①提前辦理作業許可，盡早辦理可能影響既有道路正常運營的施工方案，報鐵路局部門審查批準后再施工。施工過程中，請鐵路局部門派員進行現場指導配合，現場防護員落實各項施工安全措施。②加強機械設備的進場驗收和日常維護保養，施工前對設備進行檢修和保養，儲備常見故障零件和耗材，合理安排生產作業，開展培訓和演練，確保作業計劃及時完成，降低對既有鐵路運營的影響。③加強參建人員安全防護意識和技能，請鐵路局相關單位和部門的專家進行既有鐵路線安全防護技術培訓，考試合格后持證上崗。④合理設置安全警示標識標牌和刀旗等宣傳標牌，妥善處理養護用的土工布、塑料薄膜、防塵網等材料和用品，防止吹散進入鐵路線。一方面注意距離和顏色，防止影響列車安全行駛信號，另一方面是做好加固措施，確保鐵路周邊設置的標牌、材料、欄桿等牢固，盡量避免設置橫幅，防止土工布、刀旗等輕質物體侵入限界或人員違規進入限界，逼停列車或影響鐵路運營安全。

參考文獻：

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[2]張彥光.緊鄰既有鐵路橋梁深基坑施工案例[J].石家莊鐵路職業技術學院學報，2016，15（01）：42-46.

[3]楊磊.簡述城際鐵路深基坑施工安全的監理管理措施[J].居業，2019（02）：165，167.

作者:劉建冬 單位:中交第三航務工程局有限公司寧波分公司