滬寧城際鐵路并行既有鐵路軟土地基處理技術(shù)及安全管理

產(chǎn)光杰　上海鐵路局工程質(zhì)量安全監(jiān)督站

滬寧城際鐵路從上海至南京，線路全長共計300km。沿線經(jīng)過蘇州、無錫、常州、丹陽、鎮(zhèn)江等城市。設(shè)計速度300km/h，鋪設(shè)無砟軌道結(jié)構(gòu)。全線地質(zhì)條件差，以軟土、松軟土為主，其中：上海至丹陽段為長江三角洲平原區(qū)，丹陽至南京段為剝蝕低山丘陵區(qū)及長江河谷階地。軟土及松軟土地基總長195.9km，其中：軟土地基總長134.849km/109處，松軟土地基總長61.019km/92處。

上海至南京正線路基總長104km，占線路全長的34.67%。其中：上海至上海西站間路基長度為4.2km，上海西至南京段路基長度為99.9km。地基加固主要工程數(shù)量：深層攪拌樁約40.3萬m，多方位立體攪拌樁151.37萬m，CFG樁約348萬m，管樁約239萬m，碎石注漿樁28.6萬m，Ф0.8m鉆孔樁20.2萬m；碎石墊層約66.2萬m3，土工格柵約191萬m2，預(yù)壓土方 235萬 m3，土工織物 226.1 萬 m2。

1　施工風(fēng)險分析

施工安全影響因素多。牢固樹立安全建設(shè)理念，始終把確保安全作為最核心、最本質(zhì)、最重要的工作牢牢抓在手上，不斷分析安全風(fēng)險控制重點(diǎn)，科學(xué)研究制定安全風(fēng)險控制措施，為確保按期建成目標(biāo)的實現(xiàn)提供了理論依據(jù)。

一是高鐵建設(shè)具有新的特點(diǎn)。高速鐵路無論是建造技術(shù)、施工工藝，還是工裝設(shè)備、管理要求等都有許多新特點(diǎn)，影響工程安全的因素既有理念、管理、人員等因素的影響，也有技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計、施工、工藝等因素的影響。

二是滬寧城際鐵路臨近既有京滬鐵路。全線300km就有170km與既有京滬鐵路并行。全線39座橋梁跨線施工，30km管樁臨近既有線施工，5548孔制架梁、451孔現(xiàn)澆梁、125聯(lián)連續(xù)梁施工，都臨近高密度開行時速200公里以上動車組的既有滬寧鐵路，施工環(huán)境異常復(fù)雜。

三是建設(shè)工期緊張。由于工期緊，滬寧城際鐵路始終處于建設(shè)高潮，站前、站后工程全面同步展開，地面作業(yè)、高空作業(yè)、涉電作業(yè)等相互交叉，不同施工隊伍、不同作業(yè)項目、不同機(jī)具設(shè)備同時、同地、同步進(jìn)行，任何一個環(huán)節(jié)發(fā)生疏漏，都有可能導(dǎo)致人身傷害，甚至對客車安全構(gòu)成重大威脅，確保安全難度極大。

四是安全管理存在不確定性。施工安全還存在著許多深層次管理問題，一些基礎(chǔ)薄弱的問題還沒有從根本上改變，特別是個別險情的發(fā)生，看似有一定的偶然性，但折射出其內(nèi)在的必然性，主要是對安全工作的客觀規(guī)律性把握不準(zhǔn)，安全管理水平與臨近既有線的施工要求矛盾突出。

2　滬寧城際軟土地基處理工程主要特點(diǎn)

2.1　地質(zhì)條件為軟土，路基沉降控制難度大

滬寧城際鐵路除上海、南京站附近外，全線均為無砟軌道，無砟軌道對路基沉降變形控制要求非常高，規(guī)范要求路基工后沉降不大于15mm，橋路、隧路過渡段差異沉降小于5mm。

滬寧城際線路經(jīng)過的丘陵區(qū)、長江高階地區(qū)及長江三角洲平原區(qū)主要是軟土。其中長江三角洲平原區(qū)深厚層軟土、松軟土埋藏深度變化大，常有多層軟土發(fā)育，軟土具有含水量大、孔隙比大、壓縮性高、靈敏度、強(qiáng)度低的特點(diǎn)，這些都給地基加固帶來很大困難。

2.2　鐵路車站多，過渡段多、關(guān)系復(fù)雜

本線為城際鐵路，車站多。聯(lián)絡(luò)線、到發(fā)線同正線設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)各不相同，其中南京站采用有砟軌道，DK1+000～DK291+435段采用無砟軌道結(jié)構(gòu)，DK291+435～上海站采用有砟軌道結(jié)構(gòu)。根據(jù)不同線別設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，合理選擇不同線別的地基處理方案，有效控制工后沉降是本線的難點(diǎn)。

2.3　邊界條件復(fù)雜，影響因素眾多

滬寧城際鐵路并行與既有京滬鐵路，沿線高架公路、人行天橋、鐵路眾多，滬寧城際有17處下穿既有立交以路基型式通過，路基填高、地基加固方式均受到很大影響；同時丹陽以東為長江三角洲平原區(qū)，路基排水難度大，滬寧城際通過地區(qū)多為居民區(qū)等環(huán)境敏感點(diǎn)多，需考慮施工對環(huán)境的影響，施工方案對環(huán)保要求高。

3　軟土路基加固設(shè)計

3.1　軟土路基工后沉降標(biāo)準(zhǔn)

沉降變形控制是高速鐵路路基工程設(shè)計的關(guān)鍵，如何控制不同線路工后沉降在允許的范圍內(nèi)是設(shè)計首要考慮的問題。滬寧城際路基大部分通過深厚層軟土地基，沉降控制難度尤為重要。滬寧城際路基工后沉降控制標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1　滬寧城際路基工后沉降控制標(biāo)準(zhǔn)

不同結(jié)構(gòu)物之間的差異沉降也是地基加固控制的難點(diǎn)。一是縱向差異沉降控制：本線橋涵交叉過渡頻繁，要實現(xiàn)路基與橋梁等構(gòu)筑物間的剛度與變形平穩(wěn)過渡，保證縱向差異沉降控制設(shè)計是關(guān)鍵。二是橫向差異沉降控制：樞紐內(nèi)、車站內(nèi)并行線路較多，要保證不同標(biāo)準(zhǔn)鐵路并行時的工作性狀滿足不同鐵路沉降要求，必須滿足橫向差異沉降要求。

3.2　軟基加固措施技術(shù)

3.2.1鉆孔樁聯(lián)合連續(xù)薄板梁整體結(jié)構(gòu)技術(shù)

鉆孔樁+板梁結(jié)構(gòu)是由鋼筋混凝土基樁和上部鋼筋混凝土承載板組成。其優(yōu)點(diǎn)是加固深度不受地質(zhì)條件變化的影響，適用于對深厚軟土地基地段、與既有鐵路并行等特殊地段的地基加固。進(jìn)行深厚軟土地基加固處理時采用鉆孔樁+板梁結(jié)構(gòu)，可有效解決CFG樁、管樁等加固措施加固深度不足的難題，滿足路基工后沉降要求。

鉆孔樁+連續(xù)薄板結(jié)構(gòu)設(shè)計，板梁為C30鋼筋混凝土板，每塊板梁長為25m～30m，寬度為12m～15m，厚0.8m～1.0m。板梁橫向設(shè)5～6根鉆孔樁樁，縱向設(shè)4～5排樁。綜合各種因素，薄板以上路基填土厚度大于1.5m較合適。

該技術(shù)有效解決了在深厚層軟土地段、地質(zhì)條伯復(fù)雜、平行既有線地段及特殊條件地段軟土地基上無砟軌道高速鐵路沉降控制的關(guān)鍵技術(shù)問題，滿足了路基填土低地段路基基床要求。

3.2.2樁筏整體結(jié)構(gòu)技計

（1）管樁樁筏整體結(jié)構(gòu)技術(shù)。即采用管樁加固地基，管樁布置形式為正方形，樁頂鋪設(shè)板厚0.5m的 C30鋼筋混凝土板，管樁和筏板之間采用鋼筋連接。對并行既有線軟土地段，當(dāng)管樁施工影響既有線安全時，應(yīng)采取應(yīng)力釋放孔加固，以減少管樁打入時對既有線地基擠壓和位移變化，確保既有線的運(yùn)營安全。

（2）CFG樁樁筏整體結(jié)構(gòu)技術(shù)。即采用CFG樁加固地基，樁頂設(shè)碎石墊層+鋪設(shè)厚0.5m的C30鋼筋混凝土板，或樁帽。CFG樁樁徑0.5m，間距按1.6m～1.8m設(shè)計，正方形布置。考慮到鋼筋混凝土受溫差影響及施工便利，根據(jù)CFG樁樁間距不同，筏板長度分別設(shè)為14.38m、15.28m，筏板寬需大于軌道板外緣1：1應(yīng)力擴(kuò)散線以外。當(dāng)路基填土高度小于3m時，或無硬殼層的地基，可采用樁筏結(jié)構(gòu)。在樁頂與筏板間鋪設(shè)一層碎石墊層，優(yōu)化了結(jié)構(gòu)的受力條件。

（3）碎石注漿樁樁筏整體結(jié)構(gòu)技術(shù)。碎石注漿樁樁筏整體結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)即采用碎石注漿樁加固軟土地基，碎石注漿樁按正方形布置，樁頂設(shè)碎石墊層，墊層上部鋪設(shè)板厚0.5m的C30鋼筋混凝土板。筏板長度及筏板寬度同CFG樁樁筏整體結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)。運(yùn)用碎石注漿樁樁筏結(jié)構(gòu)加固此類地基，碎石注漿樁機(jī)具設(shè)備小，可滿足凈空的要求。

3.3　復(fù)雜邊界條件下的軟土路基加固技術(shù)

滬寧城際路基地基處理充分考慮了邊界條件的復(fù)雜性，確保了相關(guān)交叉工程施工可行和施工期間既有滬寧線的正常運(yùn)營。

（1）滬寧城際共有17處以路基型式下穿既有立交。根據(jù)不同地基條件，路基地基加固分別采用了碎石注漿樁樁筏結(jié)構(gòu)、CFG樁樁筏結(jié)構(gòu)、鉆孔樁+板梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行處理，其處理深度大，工后沉降控制效果好，并能滿足基床、基底強(qiáng)度要求，與其他措施相比，可大量減少拆遷工作并保證了施工安全，節(jié)約了工程投資，技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益和社會效益非常顯著。

（2）滬寧城際鐵路有50km路基并行于既有滬寧線，施工安全要求非常高，而丹陽以東平原區(qū)多為內(nèi)澇區(qū)，地層軟弱，地基加固所用機(jī)具高大，傾覆對既有線造成的后果不堪設(shè)想。為保證施工機(jī)具安全施工，采用換填表層處理，對并行既有線軟土路基首創(chuàng)性采用碎石注漿樁和管樁、CFG樁聯(lián)合加固，碎石注漿樁布置在靠近既有線側(cè)，以滿足施工不影響既有線的運(yùn)營。

（3）軟土路基管樁施工時，為確保既有京滬鐵路運(yùn)營安全，防止管樁施工對既有線的擠壓，在并行既有線管樁施工采用設(shè)置應(yīng)力釋放孔、嚴(yán)格控制管樁施工順序和進(jìn)度，并加強(qiáng)既有線監(jiān)測等綜合措施，保證了既有線的運(yùn)營安全。

4　施工安全技術(shù)對策

一是加強(qiáng)設(shè)計交底和施工圖設(shè)計審核和優(yōu)化。建設(shè)單位組織由設(shè)計、施工、監(jiān)理單位參加的設(shè)計文件交底和施工圖的審核。對距離既有線過近并有條件優(yōu)化設(shè)計的平面線位、橋梁承臺型式及埋深、軟土路基加固方式進(jìn)行合理優(yōu)化，最大限度地規(guī)避了大型機(jī)械施工和地下電纜損毀的安全風(fēng)險，規(guī)避了管樁加固施工過程中擠土效應(yīng)造成的安全風(fēng)險，規(guī)避了深基坑施工的安全風(fēng)險。

二是嚴(yán)格專項施工方案編制與審查。對于臨近既有線施工的單位工程，施工單位必須編制專項的施工方案。專項施工方案經(jīng)參建單位審核后，必須由有資質(zhì)的設(shè)計單位進(jìn)行復(fù)核確認(rèn)，從源頭上保證施工方案的可靠性。專項施工方案的編制必須根據(jù)臨近既有線的特點(diǎn)，選擇最佳的施工工藝工法、資源組合。施工方案必須通過審查批準(zhǔn)后方能開工。

三是創(chuàng)新管理，嚴(yán)控作業(yè)風(fēng)險。針對安全風(fēng)險識別、分析的關(guān)鍵和薄弱環(huán)節(jié)，制定了《滬寧城際鐵路營業(yè)線施工及安全管理實施辦法》等措施辦法，嚴(yán)格落實分級包保責(zé)任制，做到施工計劃科學(xué)、施工方案周密、過程控制到位，做細(xì)做實每一道工序、每一個環(huán)節(jié)，確保了既有線的安全運(yùn)行和施工的安全受控。

5　滬寧城際軟土路基加固效果

滬寧城際路基工程于2008年7月陸續(xù)開始施工，2010年2月路基主體工程順利完成。2010年7月正式交付運(yùn)營，至今工后沉降符合設(shè)計要求。

實例一、DK110+000～DK111+000軟土路基工點(diǎn)。位于江蘇省鎮(zhèn)江地區(qū)丹陽市境內(nèi)，路基以低填淺挖形式通過，填高3 m，挖深約2m，路基面寬度13.4m。路基左側(cè)并行既有的滬寧線，距離既有線碴腳30m～38m。其中：DK110+000～DK110+191.48段地基采用CFG樁加固,樁徑0.5m，樁長12m～16m，進(jìn)入5層不少于2m。樁頂設(shè)碎石墊層，上鋪設(shè)厚度0.5m的C30 鋼筋混凝土筏板；DK110+191.48～DK110+850、DK110+870～DK111+000段地基采用管樁加固，樁徑0.5m，樁間距2.2 m～2.4m。樁長28m～34m，樁端嵌入5層內(nèi)不小于2.0m。管樁頂筏板采用C30鋼筋混凝土澆筑，厚0.5m；DK110+850～DK110+870段地基采用碎石注漿樁加固,樁徑0.5m，樁長16m，進(jìn)入3層不少于2m，樁間距1.6m～1.8m。

采用堆載預(yù)壓處理，預(yù)壓土柱高于路基面2.0m，預(yù)壓土下鋪設(shè)一層土工織物，預(yù)壓時間不少于3個月。

沉降觀測及評估結(jié)果。路基在2009年7月16日填筑完成，預(yù)壓土在2009年8月6日堆載完成。沉降觀測時間從2009年9月20日至11月23日沉降已基本趨于穩(wěn)定，在同一斷面同等觀測時間下累計沉降差較?。幌噜彅嗝嫱扔^測時間下累計沉降差異總體較小，最大累積沉降量僅為0.481mm，工后沉降滿足鋪設(shè)無砟軌道的要求。

實例二、DK237+900.00～DK238+100.00下穿滬寧高速公路軟土路基工點(diǎn)。位于江蘇省昆山市境內(nèi)，該段路基全長200 m，路堤填高2.5m～3m ，路基面寬度13.4m。路基下穿既有滬寧高速公路，填高0.3m，既有橋梁凈空為7.91m。

地基處理方案。地基采用鉆孔樁+C30鋼筋混凝土板梁加固，鉆孔樁樁徑0.8m，樁長41m～43m（進(jìn)入3層2m），板梁厚0.8m。板梁縱向節(jié)長25m～30m，板梁與板梁間設(shè)伸縮縫。基底設(shè)碎石墊層厚0.5m，墊層中鋪設(shè)一層雙向土工格柵。采用堆載預(yù)壓處理，橋路過渡段高于路基面3.0m，其余地段高于路基面2.0m，預(yù)壓土下鋪設(shè)一層土工織物。

沉降評估結(jié)果。本路基段于2008年12月12日開工，完成地基加固和伐板施工，于2009年4月8日開始路基AB料填筑，于2009年4月28日填筑完成；于2009年5月5日至5月12日完成堆載預(yù)壓。沉降觀測時間從2009年4月8日至10月22日，沉降已基本趨于穩(wěn)定，在同一斷面同等觀測時間下累計沉降差較?。幌噜彅嗝嫱扔^測時間下累計沉降差異總體較小，最大累積沉降量僅為0.369mm，工后沉降滿足鋪設(shè)無砟軌道的要求。

6　結(jié)束語

滬寧城際鐵路針對不同的工程特性、地形地質(zhì)、施工環(huán)境條件，采用新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)、新工藝設(shè)計，創(chuàng)新了高速鐵路軟土地基處理新型式，解決了高速鐵路軟土地基處理的關(guān)鍵技術(shù)問題。

（1）采用的鉆孔樁+連續(xù)薄板梁整體結(jié)構(gòu)技術(shù)，系統(tǒng)解決了在深厚層軟土地段、雙層軟土地段、厚層硬殼層地段、臨近既有線地段及下穿高架道路地段軟土地基上無砟軌道高速鐵路路基沉降控制的關(guān)鍵技術(shù)問題，并滿足了路基填土高度小于3.0m的基床要求。

（2）在軟土地區(qū)采用管樁、CFG樁、碎石注漿樁樁筏整體結(jié)構(gòu)技術(shù)進(jìn)行地基加固，為我國高速鐵路樁筏整體結(jié)構(gòu)技術(shù)研究、應(yīng)用提供了依據(jù)。

（3）解決了并行既有線深厚層軟土加固的難題，其中管樁結(jié)合應(yīng)力釋放孔技術(shù)、路基同一斷面采用碎石注漿樁和管樁、CFG樁聯(lián)合加固技術(shù)（碎石注漿樁布置在靠近既有線側(cè)，以保證既有線運(yùn)營安全）為國內(nèi)首創(chuàng)。

（4）滬寧城際地基處理工程種類多，各項技術(shù)的應(yīng)用，改變了以往深厚層軟土地區(qū)以橋代路的理念。對后續(xù)的高速鐵路設(shè)計與施工起到了指導(dǎo)與示范作用。

[1]《客運(yùn)專線無碴軌道鐵路設(shè)計指南》（鐵建設(shè)函[2005]754號）.[2]《鐵路工程施工安全技術(shù)規(guī)程》2009年9月24日.

[3]《高速鐵路路基工程施工質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)》（TB10751-2010）.