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《中長期鐵路規(guī)劃網(wǎng)》中“四縱四橫”客運(yùn)專線的南北向主骨架，全長1 318 km、設(shè)計時速350 km，是中國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)過程中，保證跨線橋施工時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，通過數(shù)值模擬手段對方案進(jìn)行優(yōu)化，結(jié)合現(xiàn)場監(jiān)測手段對施工進(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)值分析方法對施工過程進(jìn)行模擬，結(jié)合現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)對圍護(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，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承臺開挖過程中的支護(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既有線的路基擾動較大，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，但其下沉過程中對周圍土體的擾動較大，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)計強(qiáng)度后，拆除底層內(nèi)支撐(臨時支撐)，綁扎承臺鋼筋，澆筑底層承臺混凝土，回填密實，綁扎頂層承臺鋼筋及墩身預(yù)埋鋼筋，拆除頂層內(nèi)支撐，澆筑頂層承臺混凝土，達(dá)到強(qiáng)度后逐步拆除圍檁及回填密實。

3 數(shù)值模擬

3.1 計算模型

承臺基坑開挖對既有線滬寧鐵路的影響主要是通過鐵軌的位移變化來反映，因此數(shù)值模擬中采用多工序連續(xù)計算方法來模擬基坑開挖的實際施工情況。為充分模擬基坑開挖對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計算結(jié)果產(chǎn)生的不利影響，計算模型的邊界范圍在各個方向上均大于3倍的開挖范圍。具體計算時模型長度方向(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 計算工況

由于基坑開挖過程中采用分步開挖方法，因此為合理的模擬基坑開挖過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算工況如下:工況1:土體初始應(yīng)力狀態(tài)計算，不計初始位移;工況2:列車荷載施加，不計產(chǎn)生位移;工況3:列車荷載卸除，不計產(chǎn)生位移;工況4:坑沿荷載施加及鋼板樁施工，不計產(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，分兩種情況:1)鐵軌A有列車經(jīng)過;2)鐵軌A，B同時有列車經(jīng)過，最不利工況)。

3.3 計算結(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，每個鐵軌布置11個數(shù)據(jù)采集點，位置如圖1所示。針對基坑開挖過程中上述6種主要工況，分別計算鐵軌A，B各采集點的側(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)采集點位置示意圖

4 現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)

承臺施工前，距既有鐵路線路外軌2 m的路基上埋設(shè)觀測樁，埋入深度1 m～1.5 m。開挖前測好原始標(biāo)高，承臺開挖期間，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，加大觀測頻率為每1 h采集數(shù)據(jù)一次，承臺澆筑期間每天觀測三次。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或累計沉降量大于10 mm時必須停止施工;在既有線限速的情況下，路基沉降量大于8 mm/d或累計沉降量大于20 mm時必須停止施工。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

1)采用鋼板樁加內(nèi)支撐對臨近既有鐵路進(jìn)行支護(hù)，對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車，并對列車經(jīng)過基坑附近時的運(yùn)行速度進(jìn)行限制。

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

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

[3]鐵建設(shè)[2006]158號，客運(yùn)專線鐵路無砟軌道鋪設(shè)條件評估技術(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既有線動態(tài)影響分析[J].鐵路工程學(xué)報，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.