滬寧城際鐵路并行既有鐵路軟土地基處理及安全技術(shù)措施

產(chǎn)光杰 滬寧城際鐵路股份有限公司

新建滬寧城際鐵路線路全長約300 km。設(shè)計(jì)時(shí)速200km/h以上，沿線除引入既有南京站及上海站附近采用有砟軌道結(jié)構(gòu)外，其余地段均鋪設(shè)無砟軌道結(jié)構(gòu)。

無砟軌道結(jié)構(gòu)對路基工后沉降提出了嚴(yán)格的要求，一般地段不應(yīng)超過15 mm；路橋或路隧交界處的差異沉降不大于5 mm。

南京至丹陽為寧鎮(zhèn)丘陵區(qū)及長江高階地區(qū)，丹陽以東為長江三角洲平原。全線軟土、松軟土分布廣泛，成因類型復(fù)雜，厚度變化大。

全線約170 km與我國最繁忙的既有滬寧鐵路并行。路基全長約90 km，軟土路基長57 km，選擇可靠、合理軟土地基處理方案，有效控制軟土地基工后沉降，保證既有鐵路安全運(yùn)營，是確保本線順利建成的關(guān)鍵技術(shù)問題。

1 軟土路基地基處理的主要技術(shù)方案

1.1 地基加固方案及結(jié)構(gòu)形式

為滿足無砟軌道路基工后沉降要求，滬寧城際鐵路地基加固采用的剛性樁主要有CFG樁、碎石注漿樁、預(yù)應(yīng)力管樁和鉆孔樁。結(jié)構(gòu)形式主要采用樁板或樁筏形式。

(1)對軟弱地基，一般采用CFG樁、管樁+筏板結(jié)構(gòu)處理，CFG樁樁徑0.5 m，間距按1.6～1.8 m設(shè)計(jì)，正方形布置，樁頂設(shè)0.2 m厚碎石墊層，墊層上部鋪設(shè)C30鋼筋混凝土板，板厚0.5 m；管樁樁徑0.5 m，間距按2.2～2.4 m設(shè)計(jì)，正方形布置。樁頂鋪設(shè)C30鋼筋混凝土板，板厚0.5 m。

(2)對下穿既有公路橋、鐵路橋時(shí)，考慮施工機(jī)具高度，一般采用碎石注漿樁+筏板結(jié)構(gòu)處理或鉆孔樁+連續(xù)薄板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)處理。對并行既有線線間距小于15 m地段，軟土深度不深時(shí)采用碎石注漿樁加固。對深厚軟土地段、雙（多）層軟土地段一般采用鉆孔樁+連續(xù)薄板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)處理。

碎石注漿樁樁徑0.5 m，間距按1.8～2.2 m設(shè)計(jì)，正方形布置，樁頂設(shè)0.2 m厚碎石墊層，墊層上部鋪設(shè)C30鋼筋混凝土板，板厚0.5 m。

鉆孔樁+連續(xù)薄板結(jié)構(gòu)，板梁為C30鋼筋混凝土板，每塊板梁長26.98 m，寬度為13.0 m，厚0.8～0.86 m。板梁橫向設(shè)5根鉆孔樁，間距2.6 m，縱向設(shè)4排樁，間距分別為7 m、8 m、7 m，樁徑0.8 m。板梁與板梁之間設(shè)0.02 m伸縮縫。

1.2 選用的剛性樁適用條件及設(shè)備參數(shù)

(1)管樁：適用于各種粘性土層、粉土粉砂層，具有單樁承載力高、適用范圍廣、對持力層起伏變化大的地質(zhì)條件適應(yīng)性強(qiáng)、施工速度快、樁身耐打穿透力強(qiáng)、成樁質(zhì)量較可靠等優(yōu)點(diǎn)。采用錘擊法和靜壓法兩種施工方法，錘擊法一般選用5～8 t的柴油錘，機(jī)具設(shè)備高在20 m以上，靜壓法采用的280～800t（含配重）的靜壓樁機(jī)，機(jī)具設(shè)備高在12～16m左右。

(2)CFG樁：適用范圍很廣，在砂土、粉土、粘土、淤泥質(zhì)土、雜填土等地基均有大量成功的實(shí)例。但由于受機(jī)具設(shè)備限制，加固深度不宜超過25 m。滬寧城際采用均為長螺旋鉆孔法CFG樁，一種是液壓步履式CFG樁機(jī)，另一種為履帶式CFG樁機(jī)，兩種CFG樁樁機(jī)高度在25～30 m 左右。

(3)碎石注漿樁：適用于淤泥、淤泥質(zhì)土、粉質(zhì)粘土、粘質(zhì)粉土、粘土等軟土地層加固，特別適合于既有建筑物附近、高壓線下等特殊作業(yè)條件下的地基加固處理。采用的為小型的旋挖機(jī)，其高度一般在6～7 m左右。

(4)鉆孔樁：適用各種地層，具有施工方便，加固深度深等優(yōu)點(diǎn)。

2 各種加固措施的施工工序

2.1 管樁

本線管樁施工采用靜壓法和錘擊法兩種施工方法。

2.1.1 靜壓法施工工序

(1)測量定位-(2)樁機(jī)就位-(3)起吊預(yù)制樁-(4)穩(wěn)樁-(5)壓樁-(6)接樁-(7)送樁-(8)移機(jī)。

2.1.2 錘擊法施工工序

(1)測量定位-(2)樁機(jī)就位-(3)起吊預(yù)制樁-(4)穩(wěn)樁-(5)打樁-(6)接樁-(7)送樁-(8)移機(jī)。

2.2 CFG樁

本線CFG樁采用長螺旋鉆孔法CFG樁施工，其施工工序：

(1)測量定位－(2)樁機(jī)就位－(3)鉆進(jìn)成孔－(4)混合料攪拌、運(yùn)輸－(5)灌注及拔管－(6)移機(jī)。

2.3 碎石注漿樁

(1)測量定位－(2)樁機(jī)就位－(3)鉆進(jìn)成孔－(4)放置注漿管－(5)投放石料－(6)洗孔－(7)注漿－(8)移機(jī)。

2.4 鉆孔樁施工

(1)測量定位－(2)樁機(jī)就位－(3)鉆進(jìn)成孔－(4)下放鋼筋籠－(5)沉渣檢測－(6)澆注水下混凝土－(7)移機(jī)。

3 并行既有線軟土地基加固施工安全技術(shù)措施

由于滬寧城際鐵路并行既有滬寧鐵路，兩者線間距最小在8.8 m，地基加固施工對既有線運(yùn)營安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。為此，在建設(shè)過程中，制定了以下既有線軟土地基加固施工安全技術(shù)措施：

(1)施工前必須要有開工報(bào)告、施工組織設(shè)計(jì)和針對臨近既有線管樁施工安全的專項(xiàng)施工方案，施工方案經(jīng)鐵路局批復(fù)后方可組織施工。同時(shí)與既有滬寧鐵路各有關(guān)設(shè)備管理和行車組織單位分別簽訂營業(yè)線施工安全專項(xiàng)協(xié)議。

(2)所有樁機(jī)具必須懸掛安全操作規(guī)程，特種設(shè)備由資質(zhì)機(jī)構(gòu)對機(jī)械設(shè)備進(jìn)行檢測，取得檢測合格證；操作人員必須經(jīng)過崗前培訓(xùn)合格后才能上崗作業(yè)，嚴(yán)禁無證人員進(jìn)入操作崗位。

(3)施工前，要聯(lián)系電務(wù)段、供電段、鐵通及路外相關(guān)產(chǎn)權(quán)單位共同查明地下管線、光、電纜等設(shè)施位置、徑路。施工時(shí)盡可能的繞開電力及通信架空線路，不能繞開時(shí)，必須保證和架空線路的安全距離。大型機(jī)械在接觸網(wǎng)支柱及接觸網(wǎng)帶電部分5 m范圍以內(nèi)須裝設(shè)接地線，在距離接觸網(wǎng)帶電部分2～4 m范圍內(nèi)，接觸網(wǎng)可不停電，但須有接觸網(wǎng)工或經(jīng)專門訓(xùn)練的人員在場監(jiān)護(hù)，同時(shí)對架空線及其附屬設(shè)備必須有防傾覆措施。

(4)當(dāng)樁機(jī)具在既有線防護(hù)欄內(nèi)側(cè)施工時(shí)，為防止機(jī)械侵限，必須在路肩上設(shè)置安全防護(hù)警示繩，與線路隔離。并到施工作業(yè)涉及的車站派駐站防護(hù)員，按作業(yè)范圍設(shè)置防護(hù)。

(5)防護(hù)人員應(yīng)和車站建立良好的關(guān)系，加強(qiáng)與行車值班員溝通聯(lián)絡(luò)。駐站防護(hù)人員要隨時(shí)掌握行車設(shè)備動態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)異常情況須立即通知現(xiàn)場查找原因，并及時(shí)了解掌握行車設(shè)備運(yùn)行動態(tài)。

(6)設(shè)備進(jìn)場前，場地必須經(jīng)過平整、碾壓密實(shí)，地基承載力經(jīng)過試驗(yàn)達(dá)到100 kPa及以上，在樁機(jī)規(guī)定位置上設(shè)置好兩根直徑16 mm以上的纜風(fēng)繩。安裝時(shí)，現(xiàn)場必須有項(xiàng)目隊(duì)現(xiàn)場施工負(fù)責(zé)人、安全員、技術(shù)員到場進(jìn)行安全技術(shù)把關(guān)，不得在夜間進(jìn)行轉(zhuǎn)場。

(7)施工時(shí)，每臺樁機(jī)安排一名帶班人員或?qū)Ｂ毎踩雷o(hù)人員防護(hù)，做到"一機(jī)、一人、一本、一牌、一證"等"五個一"。

(8)夜間施工，除工點(diǎn)現(xiàn)場負(fù)責(zé)人、安全監(jiān)護(hù)人、技術(shù)人員外，項(xiàng)目隊(duì)?wèi)?yīng)組織相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)、安全技術(shù)人員夜間輪流跟班指導(dǎo)把關(guān)。并要保證施工現(xiàn)場的照明設(shè)備滿足施工照明要求，照明燈具的金屬外殼必須作保護(hù)接零。

(9)加強(qiáng)既有線監(jiān)測，監(jiān)測方法如下：

①觀測樁布設(shè)在既有路肩，同時(shí)在鋼軌上設(shè)置觀測點(diǎn)，觀測樁采用1.5 m的鋼釬打入；②沉樁過程中，觀測頻率每2 h一次，有異常時(shí)頻率提高到每1 h一次；每段路基沉樁完成后觀測頻率每天不少于兩次，觀測時(shí)間不少于3天；③觀測資料必須及時(shí)匯總分析，同時(shí)根據(jù)監(jiān)測結(jié)果調(diào)整管樁施工工序，控制施工進(jìn)度；④既有線路肩沉降速率每晝夜大于10 mm，軌道水平、高低大于3 mm時(shí)，應(yīng)立即停止施工。

(10)遇有6級及以上大風(fēng)或惡劣天氣時(shí)，停止樁機(jī)具作業(yè)。

(11)并行既有線段（最外側(cè)管樁與既有線軌道中心距離小于15m段）管樁施工前先設(shè)置應(yīng)力釋放孔，應(yīng)力釋放孔的形式、孔徑、間距及位置應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求。

4 施工中遇到的安全問題及處理

在安全技術(shù)措施的保證下，滬寧城際鐵路軟土路基地基加固順利安全施工完 成 ， 但 在 DK96+145～+345、DK95+404～+446、DK103+838～+865三段管樁施工時(shí)，出現(xiàn)了對既有線擠壓，而引起鋼軌曲線正矢不良，為確保既有滬寧線線路運(yùn)營安全，通過分析研究，對以上工點(diǎn)的管樁施工提出如下要求：

4.1 應(yīng)力釋放孔布設(shè)

當(dāng)管樁離既有線距離小于15m時(shí)，應(yīng)先設(shè)置應(yīng)力釋放孔后方可施工。應(yīng)力釋放孔采用CFG樁長螺旋機(jī)具或工程機(jī)動鉆機(jī)取土，平行既有線間距5m一個，孔深為樁長的一半但不得小于10 m，鉆孔完畢后采用碎石或中粗砂及時(shí)回填。

4.2 嚴(yán)格管樁施工工序

臨近既有線3排先施工，從靠近既有線由內(nèi)往外施工，平行既有鐵路方向逐排跳樁施打，施工時(shí)平行鐵路方向應(yīng)不小于200 m，當(dāng)路基工點(diǎn)長度小于200 m時(shí)整工點(diǎn)施工。施工完臨近既有線這3排樁后，需等待一段時(shí)間，觀測既有線無異常后方可施工其它排樁。

4.3 加強(qiáng)既有線監(jiān)測

在既有路肩和鋼軌上設(shè)置觀測點(diǎn)，測量頻度每2 h一次，有異常時(shí)每1 h一次，并根據(jù)檢測結(jié)果調(diào)整管樁施工工序，控制施工進(jìn)度。

通過采取以上措施，很順利地完成了加固工程，控制了既有線偏移單天不超過2 mm，累計(jì)不超過10 mm的要求，保證了既有線行車安全。

5 滬寧城際鐵路軟基處理效果及注意問題

滬寧城際鐵路軟基處理經(jīng)沉降觀測評估，全線路基共設(shè)1774個斷面，其中最長觀測時(shí)間6個月，最短觀測時(shí)間3個月，最大累計(jì)觀測沉降量為：14.97mm。至2010年4月1日聯(lián)調(diào)聯(lián)試前，全線無砟軌道軟土路基最大累計(jì)沉降不超過30mm，運(yùn)營到現(xiàn)在近一年，工后沉降最大沒有超過10 mm。從目前看，滬寧城際鐵路軟土路基采用CFG樁、碎石注漿樁、預(yù)應(yīng)力管樁和鉆孔樁處理是成功的。但無砟軌道并行既有線路基軟土地基加固設(shè)計(jì)與施工時(shí)應(yīng)注意以下問題：

(1)采用管樁時(shí)必須控制離既有線最近一排管樁同既有線的距離，對不同的地層，應(yīng)有不同的要求，一般不小于15 m，同時(shí)還需要做好其他輔助設(shè)計(jì)，如設(shè)置減震溝、布設(shè)應(yīng)力釋放孔等。

(2)管樁施工時(shí)應(yīng)靠近既有建筑物由內(nèi)往外施工，平行既有建筑物方向逐排跳樁施打，分段施工為宜（對并行既有建筑物分段長度以不小于200 m為宜）。

(3)）對管樁及CFG樁等大型設(shè)備需確保樁基施工時(shí)不會因地層原因?qū)е聵稒C(jī)傾斜；必要時(shí)采用換填處理，換填厚度應(yīng)不小于1.5 m。