王舜堯WANG Shun-yao

（中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，北京 102600）

0 引言

隨著交通建設(shè)項(xiàng)目越來越多，大量新建工程的基坑常常位于鐵路保護(hù)區(qū)范圍以內(nèi)?；娱_挖是一個(gè)卸荷的過程，使得鐵路線下的土體區(qū)域受力平衡被打破，基坑的開挖勢(shì)必會(huì)對(duì)周圍鐵路設(shè)施設(shè)備造成重大影響，乃至線上軌道結(jié)構(gòu)產(chǎn)生附加沉降和水平變形影響[1～4]，特別是在軟土地區(qū)，由于粉土和軟黏土的土體壓縮模量和地基承載力較低，導(dǎo)致軟土地區(qū)修建的鐵路更易受到基坑工程施工的影響[5～7]。因此必須準(zhǔn)確評(píng)估其施工過程及施工順序?qū)﹁F路路基以及軌道結(jié)構(gòu)的影響，合理優(yōu)化基坑防護(hù)設(shè)計(jì)、施工工藝，以避免影響鐵路運(yùn)營(yíng)的安全性和舒適性。

本文以廊坊地區(qū)上跨鐵路立交橋工程為背景，運(yùn)用Midas-GTS 軟件建立分析模型，對(duì)鄰近鐵路不同隔離樁樁徑、不同挖深的基坑施工過程進(jìn)行了數(shù)值分析，分析施工過程對(duì)既有鄰近鐵路的影響，提出了基坑支護(hù)方案和應(yīng)急預(yù)案。在施工過程中對(duì)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)結(jié)果表明根據(jù)數(shù)值分析結(jié)果提出的基坑支護(hù)方案是合理可行的，支護(hù)結(jié)構(gòu)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)滿足要求，可為類似工程的施工提供參考。

1 工程概況

1.1 概況

廊坊市光明道與京滬高鐵和既有京滬鐵路斜交，斜交角度分別為32.9°和31.4°。本橋主橋橋式方案擬采用曲線上加勁弦變高連續(xù)鋼桁梁方案，主橋跨度布置為（118+268+118）m，其中主跨268m 上跨既有京滬鐵路（四股道）、京滬高鐵（六股道），采用轉(zhuǎn)體法施工。

1.2 工程地質(zhì)

擬建場(chǎng)地巖土層主要分為四大層：第一層為第四系人工堆積層，第二層為第四系全新統(tǒng)新近沉積層，第三層為第四系全新統(tǒng)沖積層，第四層為第四系上更新統(tǒng)沖積層。（表1）

表1 巖土物理力學(xué)參數(shù)建議取值

1.3 測(cè)點(diǎn)布置

基坑支護(hù)樁頂水平位移監(jiān)測(cè)和沉降監(jiān)測(cè)共用變形觀測(cè)點(diǎn)，布置于基坑支護(hù)樁樁頂對(duì)應(yīng)冠梁頂面處；土體深層水平位移布置在基坑每個(gè)邊中間位置；鋼管支撐應(yīng)力監(jiān)測(cè)布置在鋼管支撐跨中截面，每個(gè)截面布置上下各1 個(gè)測(cè)點(diǎn)；鐵路防護(hù)墻垂直位移監(jiān)測(cè)布置離基坑12m 的周邊，每個(gè)周邊布置2 個(gè)點(diǎn)，具體位置如圖1、圖2。

圖1 普鐵側(cè)圍墻監(jiān)控測(cè)點(diǎn)圖

圖2 普鐵側(cè)支護(hù)樁頂監(jiān)控測(cè)點(diǎn)圖

2 控制標(biāo)準(zhǔn)

基坑施工對(duì)既有鐵路的影響分析一般從結(jié)構(gòu)及附屬設(shè)施變形、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及穩(wěn)定性等方面來考慮，且一般采用變形作為主要控制指標(biāo)。

《鄰近鐵路營(yíng)業(yè)線施工安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)程》（TB 10314-2021）中7.2.1 條對(duì)鐵路運(yùn)營(yíng)設(shè)備設(shè)施監(jiān)測(cè)預(yù)警值、報(bào)警值和控制值進(jìn)行了規(guī)定。本文列出與本文有關(guān)的普速鐵路軌道和路基變形的要求，見表2。

表2 軌道和路基位移變形監(jiān)測(cè)預(yù)警值、報(bào)警值和控制值（mm）

《建筑基坑工程監(jiān)測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50497-2019）中第8.0.4 條規(guī)定：基坑及支護(hù)結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)預(yù)警值應(yīng)根據(jù)基坑設(shè)計(jì)安全等級(jí)、工程地質(zhì)條件、設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果及當(dāng)?shù)毓こ探?jīng)驗(yàn)等因素確定。控制基準(zhǔn)值，預(yù)警值統(tǒng)計(jì)見表3。

3 有限元分析

3.1 有限元模型

三維有限元模型中土體、路基、冠梁、承臺(tái)及橋墩采用實(shí)體單元模擬，樁基礎(chǔ)采用樁單元模擬，接觸部位建立界面摩擦單。模約束了豎向面的水平變形和底面的豎向變形。考慮鐵路路及結(jié)構(gòu)的自重，以及新建工程的主要工況與荷載。（圖3）

圖3 三維有限元模型

3.2 施工工況模擬

本文針對(duì)主要施工工況分析研究，計(jì)算工況為：工況一：防護(hù)樁；→工況二：防護(hù)樁冠梁；→工況三：高壓旋噴樁；→工況四：基坑開挖-1；→工況五：基坑開挖-2；→工況六：基坑底墊層施工；→工況七：基礎(chǔ)施工；→工況八：基坑回填；→工況九：主墩施工；→工況十：主梁支架施工→工況十一：主墩拆支架→工況十二：成橋狀態(tài)。

4 計(jì)算與實(shí)測(cè)結(jié)果

4.1 不同隔離樁樁徑和基坑深度對(duì)比分析

本文主要研究了21 號(hào)主墩基坑不同的開挖深度、不同隔離樁樁徑及承臺(tái)底部加固的施工順序?qū)ω泩?chǎng)西牽出線路基結(jié)構(gòu)（以下簡(jiǎn)稱路基結(jié)構(gòu)）豎向和橫向位移的影響。圖4～圖5 給出了開挖深度10m 時(shí)，基坑采取兩種隔離樁樁徑情況下，路基結(jié)構(gòu)距離基坑最近點(diǎn)的豎向和橫向位移的變化情況，圖6～圖7 給出了開挖深度8m 時(shí)，基坑采取兩種隔離樁樁徑情況下，路基結(jié)構(gòu)距離基坑最近點(diǎn)的豎向和橫向位移的變化情況。

圖4 距離基坑最近路基結(jié)構(gòu)豎向位移圖

圖5 距離基坑最近路基結(jié)構(gòu)橫向位移圖

圖6 距離基坑最近路基結(jié)構(gòu)豎向位移圖

圖7 距離基坑最近路基結(jié)構(gòu)橫向位移圖

從圖4～圖7 可以看出，①在施工隔離樁和冠梁時(shí)，路基結(jié)構(gòu)發(fā)生沉降，基坑開挖時(shí)，路基結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出上浮，隨著基礎(chǔ)、橋墩及主梁的施工，路基結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出沉降。②在施工隔離樁和冠梁時(shí)，路基結(jié)構(gòu)橫向位移向基坑側(cè)發(fā)生變形，基坑開挖時(shí)，由于卸載土體發(fā)生回彈，路基結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)向遠(yuǎn)離基坑側(cè)變形的情況，隨著基礎(chǔ)、橋墩及主梁的施工，路基結(jié)構(gòu)橫向位移呈現(xiàn)出向基坑側(cè)變形。③隨基坑開挖深度的增加，路基結(jié)構(gòu)豎向和橫向位移均隨之增大。④隔離樁樁徑的增大，路基結(jié)構(gòu)豎向和橫向位移均隨之減小。⑤兩種基坑深度及隔離樁樁徑，路基結(jié)構(gòu)豎向和橫向位移計(jì)算結(jié)果均滿足表2 的要求。由于鄰近鐵路營(yíng)業(yè)線施工屬于高危工程，因此綜上研究的結(jié)果，在滿足設(shè)計(jì)要求的前提下，推薦采用基坑開挖深度8m 和直徑Φ1.5m 的隔離樁。

4.2 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析（圖8-圖10）

圖8 21 號(hào)墩基坑冠梁豎向位移累計(jì)值變化曲線圖

圖9 21 號(hào)墩基坑冠梁X 方向水平位移累計(jì)值變化曲線圖

圖10 21 號(hào)墩基坑冠梁Y 方向水平位移累計(jì)值變化曲線圖

結(jié)果分析：①對(duì)于21 號(hào)墩基坑冠梁豎向位移監(jiān)測(cè)，自20 年10 月10 日開始監(jiān)測(cè)至21 年3 月4 日結(jié)束監(jiān)測(cè)，期間監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)最大值向上為0.78mm，向下為2.12mm，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)在一定范圍內(nèi)圍繞理論值波動(dòng)，累計(jì)沉降值未超過黃色預(yù)警值10.5mm。②對(duì)于21 號(hào)墩基坑冠梁水平位移監(jiān)測(cè)，自20 年10 月10 日開始監(jiān)測(cè)至21 年3 月4 日結(jié)束監(jiān)測(cè)，期間監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)X 方向變化最大值為3.51mm，Y方向變化最大值為4.10mm，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)在一定范圍內(nèi)圍繞理論值波動(dòng)，累計(jì)水平位移未超過黃色預(yù)警值7.6mm。綜上所述，通過綜合分析21 號(hào)墩基坑各項(xiàng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，可得出結(jié)論，在基坑施工期間，各項(xiàng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)未達(dá)到預(yù)警值且未出現(xiàn)數(shù)據(jù)突變現(xiàn)象，基坑施工安全可控。

5 結(jié)束語

本文以廊坊地區(qū)上跨鐵路立交橋工程為實(shí)例，運(yùn)用Midas-GTS 軟件建立三維數(shù)值分析模型，對(duì)鄰近鐵路不同隔離樁樁徑、不同挖深的基坑施工過程進(jìn)行了數(shù)值模擬，并對(duì)整個(gè)施工過程進(jìn)行了監(jiān)測(cè)監(jiān)控，主要得到以下結(jié)論：

①基坑開挖深度越大，鐵路路基變形越大；鄰近基坑的不同位置鐵路路基表現(xiàn)出不同的變形特點(diǎn)，距離基坑越近變形越大，鐵路路基水平位移整體表現(xiàn)出向基坑內(nèi)傾斜的趨勢(shì)。②21 號(hào)墩基坑冠梁在監(jiān)測(cè)期間，豎向位移最大值向上為0.78mm，向下為2.12mm，各測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)在一定范圍內(nèi)圍繞理論值波動(dòng)，累計(jì)沉降值未超過黃色預(yù)警值10.5mm。③21 號(hào)墩基坑冠梁在監(jiān)測(cè)期間，水平位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)X 方向變化最大值為3.51mm，Y 方向變化最大值為4.10mm，各測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)在一定范圍內(nèi)圍繞理論值波動(dòng)，累計(jì)水平位移未超過黃色預(yù)警值7.6mm。④在基坑施工期間，各項(xiàng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)未達(dá)到預(yù)警值且未出現(xiàn)數(shù)據(jù)突變現(xiàn)象，基坑施工安全可控。