臨近鐵路既有線深基坑土方開挖施工工藝探討

曹景全

1 概述

當前，隨著我國綜合國力的增強，我國正在進行大規(guī)模的鐵路及周圍臨邊設施的建設，不斷完善鐵路網(wǎng)提高鐵路的高效運輸效率。在建設過程中，時常會遇到臨近既有線施工的情況，既有線運輸繁忙，安全重于泰山。而臨近既有線地下結構施工首先遇到的便是土方開挖，土方開挖過程中由于對土體的擾動，土體的中的有效應力便會不斷變化，不小心便會造成周邊土體的沉降，對既有運營線路造成嚴重影響，因此，如何保證既有線路的安全，又能控制施工進度質量變成了臨近既有線施工的重要難題。

杭州南站臨近既有線土方開挖施工過程中，通過對既有線路沿線及基坑周邊進行監(jiān)測點位布置，根據(jù)數(shù)據(jù)監(jiān)測實施指導土方開挖施工，分區(qū)、分級、分層、先撐后挖，安全高效地完成了土方開挖施工，有效的控制了既有線路及周邊線路的位移和沉降，保證了既有線路及周邊建筑物的安全，對以后臨近既有線土方開挖施工有著重要指導意義。

2 工程概況

杭州南站位于杭州市蕭山區(qū)中部，是杭州樞紐內重要的客運站。杭州南站規(guī)模為7臺21線，設東西廣場，以東廣場為主，西廣場為輔，采用高架候車。

其中，站房建筑面積 47456m2，站臺雨棚 32014m2，通廊 8300m2、站臺42210m2，地下一層、地上二層，建筑高度為27m；鋼筋混凝土框架結構，最大跨度為24m。屋蓋結構形式為雙向平面鋼桁架，順軌向最大跨度42m，垂軌向最大跨度35.575m。

東站房基坑西側圍護結構距離杭長正線中心線為9.2m，東南側距離牽引變電所房屋約12.9m，基坑開挖深度為10.2m，屬于臨近既有線深基坑施工的范圍。

3 工藝特點

采用傳統(tǒng)挖機對土方進行施工，分層分段采用退臺接力式挖土，并根據(jù)既有線路及基坑周邊布置的點位在挖土階段對既有線路周邊路基沉降、水平位移等指標進行密切監(jiān)測，根據(jù)數(shù)據(jù)隨時進行挖土調整。

4 施工工藝流程

4.1 第一步挖土

按照圖紙施工放線，把基坑的第一道支撐的邊緣線全部放出。首先開挖冠梁及支撐部位土方，冠梁區(qū)域挖至-5.00m，支撐梁部位挖至-4.80m，基坑頂部-3.0m位置設置截水溝，基坑頂部和冠梁之間高差部位按1：1.5放坡處理（100厚C20網(wǎng)噴混凝土，配Ф8@200×200的鋼筋網(wǎng)片）。

4.2 第二步挖土

組織回填，依次對已經(jīng)開挖的基坑支撐進行局部的回填，目的是為提供給施工機械的運行路線。回填下部采用素土回填壓實，上面鋪設鋼結構走道板作為橋，保證運行車輛對已經(jīng)完成的支撐壓力作用最小。

待冠梁及支撐混凝土達到設計要求后，進行第二步挖土，設置三個出土位置；基坑北側12/B軸、10-11/A軸；基坑中部6-7/A軸。南側由于距蕭山牽引供電所太近，暫時未考慮在南側出土。

先期將7軸以北土方由基坑北側12/B軸退臺接力開挖至-9.0m；隨后將7軸以南土方采取多臺挖機由南向中間退臺接力開挖，從基坑中部6-7/A軸位置出土，全部土方均挖至-9.0m。

第二步土方開挖前，根據(jù)工高函（2015）189號，上海鐵路局工務處關于印發(fā)《杭州南站基坑工程施工對杭長高鐵、臨近建筑物影響安全評估審查會紀要》的通知，基坑開挖至地面以下5m范圍內，限速120km/h。

4.3 第三步挖土

待腰梁及支撐混凝土達到設計強度后，進行第三步挖土，開挖-9.0m∽-11.8m、12.7 m、13.2m。該步土方開挖在基坑北側B/6-12軸設置一出土便道，便道寬5m、長60m，放坡比例為1：9進行施工。東站房基坑內第三步土方均從該便道出土。因第二道支撐距離基底高度僅有2.8m以上，且角撐下部工程樁及鋼立柱間距較密，致使大型挖土機械無法進行施工。第二道支撐下部土方采用HS-60小型挖機進行掏土作業(yè)。挖掘過程中及時處理超灌工程樁，防止機械碰撞樁頭造成工程樁傾斜或破壞。

考慮第二步及第三步開挖土層均處于淤泥質粘土層。為防止開挖過深、坡度較陡導致動態(tài)坡體對工程樁、支撐立柱及降水井產(chǎn)生水平推力造成土體滑移破壞，決定在開挖過程中嚴格按照“時空效應”理論，分級、分層、分段開挖，嚴禁超挖。分層厚度不大于2.0m。

第三步土方開挖前，根據(jù)工高函（2015）189號，上海鐵路局工務處關于印發(fā)《杭州南站基坑工程施工對杭長高鐵、臨近建筑物影響安全評估審查會紀要》的通知，開挖地面以下5m～9.7m（坑底）范圍內，限速80Km/h。當?shù)装迨┕ず偷箵伟惭b完畢后，限速120km/h，經(jīng)過一段時間的監(jiān)測，基坑穩(wěn)定后，恢復常速。

將5軸南側底板設置一道施工縫，施工縫設置在3軸承臺上部1m位置處，南側第三步土方開挖后到該位置后，立刻進行3軸以南區(qū)域（第一塊底板）的底板鋼筋綁扎及混凝土施工；同時第三步土方繼續(xù)進行開挖，開挖到5軸后澆帶位置后，進行3～5軸區(qū)域的（第二塊底板）底板鋼筋綁扎及混凝土施工；中間區(qū)域的土方繼續(xù)進行開挖，開挖至8軸后澆帶位置后，進行5～8軸區(qū)域的（第三塊底板）底板鋼筋綁扎和混凝土澆筑工作；北側第三步土方持續(xù)進行開挖，開挖至10軸位置處（10軸承臺上部1m位置處設置一道東西向施工縫），開始進行8～10軸區(qū)域的（第四塊底板）底板鋼筋綁扎和混凝土澆筑工作；最后一塊土方開挖完畢后，進行10～12軸區(qū)域的（第五塊底板）底板鋼筋綁扎和混凝土澆筑工作。

4.4 棄土

棄土地點擬設置在臨時規(guī)劃用地內，運距約40KM。自場地東側圍墻開設運土臨時出入口，運土通道換填素土加固。棄土需用密目網(wǎng)覆蓋，避免大風天氣形成揚塵。

5 質量控制

臨近既有線施工尤其是土方開挖對于既有線路位移沉降觀測尤為重要，重點根據(jù)數(shù)據(jù)的顯示及變化判斷基坑、既有線路及建筑物的安全穩(wěn)定狀態(tài)。

5.1 監(jiān)測內容

既有線施工應加強信息化施工管理，施工期間應根據(jù)監(jiān)測資料及時控制和調整施工進度和施工方法，對施工全過程進行動態(tài)控制。具體監(jiān)測內容如下：

變形監(jiān)測：

（1）圍護體頂部水平位移監(jiān)測；

（2）圍護體頂部豎向位移監(jiān)測；

（3）圍護體深層水平位移監(jiān)測；

（4）立柱豎向位移監(jiān)測；

（5）周邊地表豎向位移監(jiān)測；

（6）支撐內力監(jiān)測；

（7）坑底隆起監(jiān)測；

（8）坑外地下水位監(jiān)測；

（9）臨近鐵路運營線（杭長線Ⅰ道和Ⅱ道）水平位移及豎向位移監(jiān)測；

（10）接觸網(wǎng)結構柱沉降監(jiān)測。

5.2 觀測點設置

（1）既有鐵路鋼軌位移觀測：在線路坡腳外地面上設置1個測站點，1個后視點，在線路鋼軌側面設置15個觀測點（編號D1～D15 ，間距10m），貼反光片；同時在范圍內接觸網(wǎng)桿上設置同樣觀測點；在路基同樣設置觀測點15個觀測點（編號LJ1～LJ15 ，間距10m），預埋鋼筋、上部彎折90°、鋼筋頭貼反光片；觀測點埋設在天窗點內完成，對于既有線觀測全部在防護柵欄外進行。

（2）1#變電所臨近東站房基坑，為防止基坑在施工期間和降水期間對1#變電所造成沉降位移影響，在1#變電所側墻設置雙層攪拌樁止水帷幕（見施工藍圖）。同時加強對1#變電所內避雷塔基礎、設備基礎等柱式結構進行監(jiān)測，在1#變電所院內墻邊設置沉降觀測點，1#變電所的西墻設置5個觀測點（編號BD1-BD5），北墻邊設置4個觀測點（編號BD5-BD8），觀測點間距10m。1#變電所觀測點的布置見附件DZPS-7圖示。觀測點埋深600mm，采用混凝土制作，見下圖觀測點做法：

（3）圍護體監(jiān)測：在線路外地面上設置1個測站點，1個后視點，設置觀測點。編號WY，主要觀測圍護樁頂部水平位移、豎向位移，圍護樁深層水平位移；編號WY，觀測圍護樁頂部水平位移、豎向位移；監(jiān)測點布置見“觀測點布置圖、圖號HYPS-6”

基坑監(jiān)測、線路觀測委托專業(yè)單位進行，監(jiān)測單位將每次數(shù)據(jù)及時整體，上報中鐵建工集團杭州南站項目經(jīng)理部、監(jiān)理單位，并由施工單位及時上報杭州工務段、接觸網(wǎng)觀測數(shù)據(jù)上報供電段，作為判定依據(jù)，如果線路監(jiān)測數(shù)據(jù)達到預警值時，加強設備檢查和及時整修，達到報警值對線路、接觸網(wǎng)等設備檢查確認，必要時采用整修補強等措施。

線路檢查、養(yǎng)護委托杭州工務段進行實施。施工期間對杭長高速鐵路實行24小時全自動監(jiān)測。觀測過程中發(fā)現(xiàn)變形頻率加快、立即停止施工，由工務段先進行養(yǎng)護，各單位聯(lián)合分析原因并制定處理措施。

（4）監(jiān)測頻率。

①既有線觀測（見表1）。

樁基施工期間觀測頻次每天1次，基坑開挖觀測頻次不少于每2小時1次，變形速率較快或有持續(xù)變形時，觀測頻次不少于每1小時一次。

當路基及接觸網(wǎng)立柱變形量大于4mm/天，或累計變化量大于參考值時，必須停止施工，與業(yè)主、監(jiān)理和設備部門共同分析原因，制定補強措施，加強軌面養(yǎng)護和對接觸網(wǎng)立柱進行加固，穩(wěn)定后方可繼續(xù)施工。施工結束后應繼續(xù)加強觀測，時間不少于3天，頻次不少于2次/天，變形觀測應做好觀測記錄并經(jīng)觀測人員簽認。

②基坑監(jiān)測頻率（見表2）。

注：本工程臨近杭長正線側按一級基坑考慮監(jiān)測頻率，實際監(jiān)測頻率依據(jù)現(xiàn)場實際情況進行加密和降低。

根據(jù)業(yè)主審查杭州南站東站房基坑土方開挖施工方案的意見，要求對杭長正線軌道側邊進行監(jiān)測，可以考慮利用天窗點對正線軌道側邊安裝反光片，并進行監(jiān)測工作?；颖O(jiān)測時，在土方開挖到5m以下時，要提高監(jiān)測頻率，按2次/1d考慮（見表3/4）。

根據(jù)“上海鐵路局工務處關于印發(fā)《杭州南站基坑工程施工對杭長高鐵、臨近建筑物影響安全評估審查會紀要》的通知”的要求，東站房基坑監(jiān)測控制標準：沉降速率24小時不大于2mm，當基坑沉降監(jiān)測超過控制標準，必須馬上停止施工，采取相關應急措施，確保高鐵運營安全。

③監(jiān)測報警值。

基坑變形和環(huán)境保護安全等級為一級，因此監(jiān)控施工過程中的基坑變形、環(huán)境變化情況工作應全面滿足安全等級控制保護要求，使施工單位能隨時了解變形情況，以便及時采取有關措施，調控施工步序與節(jié)奏，作到信息化施工，確保工程施工順利進行。

各項監(jiān)測的數(shù)值達到一定范圍要進行“預警”和“報警”。具體見表5。

6 結束語

杭州南站東站房屬于臨近既有線深基坑開挖，通過采用分區(qū)、分級、分層、先撐后挖，以監(jiān)測數(shù)據(jù)為指導，順利高效的完成了杭州南站土方開挖工程施工，不僅保證了工程質量和施工安全，而且施工效率快，大大節(jié)約了工期，為今后既有線路施工提供了寶貴的經(jīng)驗。監(jiān)測的數(shù)據(jù)及時反饋到設計院及既有線路各級單位，得到了業(yè)主及各級單位的好評。

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