京滬高鐵泰安站改造工程既有站房?jī)?nèi)深基坑圍護(hù)施工技術(shù)研究

摘要：泰安站改造工程為京滬高鐵首例高鐵站改造工程，在高鐵營(yíng)業(yè)線施工中沒(méi)有類(lèi)似經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)該工程的改造總結(jié)了鄰近高鐵營(yíng)業(yè)線及站房?jī)?nèi)深基坑施工經(jīng)驗(yàn)，為后期類(lèi)似改造施工提供技術(shù)資料及參考。

關(guān)鍵詞：高鐵；既有站房；深基坑；圍護(hù)結(jié)構(gòu)

隨著我國(guó)高速發(fā)展人們工作出差外出旅游的需求不斷增加，高速鐵路站房改造的工程和鄰近高鐵施工逐漸增多。既有站房和既有高鐵線沉降允許量小、必須實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及分析、施工現(xiàn)場(chǎng)局促等問(wèn)題必定會(huì)相繼出現(xiàn)。泰安站改造工程為京滬高鐵首例既有站房改造工程此項(xiàng)研究為類(lèi)似工程提供了新的經(jīng)驗(yàn)。

一、工程概況

接長(zhǎng)出站地道自原接口向東下穿泰安站站房，與原西外環(huán)路連接，距離高鐵線路22m，穿出站房范圍后，與中轉(zhuǎn)汽車(chē)站方向設(shè)置出站換乘通道一處直通室外地面，設(shè)樓梯、上行扶梯各一部。接長(zhǎng)出站地道長(zhǎng)48m，凈寬10m，高3.73m～4.55m；出站換乘通道長(zhǎng)28m，寬5m，高2.7m?；幼畲箝_(kāi)挖深度9.5m。

二、既有站房?jī)?nèi)深基坑圍護(hù)施工技術(shù)研究簡(jiǎn)介

（一）研究?jī)?nèi)容

①基坑圍護(hù)及邊坡防護(hù)形式。

②沉降監(jiān)測(cè)技術(shù)。

（二）站房?jī)?nèi)深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)

新建接長(zhǎng)出站地道工程在既有站房?jī)?nèi)，基坑兩側(cè)距離既有站房基礎(chǔ)較近，周邊環(huán)境復(fù)雜，施工場(chǎng)地局促，既有站房基礎(chǔ)埋深變化較大，基坑開(kāi)挖方式為明挖順作法，最大開(kāi)挖深度為9.5m，為確保站房和高鐵線路的安全，必須采取有效的基坑支護(hù)方案。根據(jù)基坑兩側(cè)不同的施工工況，形成了“單排鋼管樁+雙排鋼管樁+人工挖孔樁”組合防護(hù)體系，確保泰安站站房基礎(chǔ)穩(wěn)定，保證泰安站的正常運(yùn)營(yíng)。

三、施工方案

（一）鋼管樁+內(nèi)支撐形式

1、單排鋼管樁防護(hù)施工

在出站地道既有U型框架處采用Φ219單排鋼管樁防護(hù)，樁長(zhǎng)5.23～8.40m，伸入新建框架橋底板下2m，利用既有U型槽側(cè)墻作為上部擋墻，配合一道600×600砼支撐、一道Φ609鋼支撐。

2、雙排鋼管樁防護(hù)施工

在既有站房基礎(chǔ)位置，因與新建結(jié)構(gòu)側(cè)墻之間凈距僅有0.8m，采用雙排Φ219鋼管樁防護(hù)，樁長(zhǎng)9.01m，橫向支撐采用一道砼支撐+一道鋼支撐，施工時(shí)先打設(shè)雙排鋼管樁，澆筑第一道砼支撐，向下開(kāi)挖土體，架設(shè)第二道鋼支撐，繼續(xù)向下挖至坑底，施做通道框架。

（二）挖孔樁+內(nèi)支撐形式

1、人工挖孔樁（圓樁）

在站房基礎(chǔ)之間處，采用φ1m人工挖孔樁，支撐采用一道砼支撐+一道鋼支撐，施工時(shí)先挖孔樁施工，澆筑樁頂冠梁，澆筑第一道砼支撐，向下開(kāi)挖土體，架設(shè)第二道鋼支撐，繼續(xù)向下挖至坑底，施做通道框架。

附圖5：人工挖孔樁防護(hù)（圓樁）防護(hù)立面圖

2、人工挖孔樁（矩形樁）

在既有出站地道擋墻位置采用人工挖方樁的方式，在既有擋墻下部植筋與方樁鋼筋相連，使下部方樁與擋墻成為一體，再設(shè)置兩道鋼管樁橫撐進(jìn)行支護(hù)。

（三）沉降監(jiān)測(cè)

由于京滬高鐵已開(kāi)通運(yùn)營(yíng)，開(kāi)展施工條件下的沉降監(jiān)測(cè)受到一定的制約條件，采用傳統(tǒng)人工測(cè)量方法很難進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)。要保證結(jié)構(gòu)的安全性，除了嚴(yán)格控制施工措施外，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行遠(yuǎn)程、實(shí)時(shí)、在線、自動(dòng)地監(jiān)測(cè)，所以本次，采用以壓差式靜力水準(zhǔn)儀為核心的自動(dòng)化在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)高鐵路基和站房進(jìn)行沉降監(jiān)測(cè)。

整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由傳感器、數(shù)據(jù)采集裝置、數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)、中心信號(hào)接收及處理裝置、服務(wù)器及計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)組成。系統(tǒng)建立開(kāi)放的數(shù)據(jù)接口，通過(guò) GPRS 及寬帶走公用互聯(lián)網(wǎng)接入來(lái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)查看。

軟件基于 Python 語(yǔ)言平臺(tái)開(kāi)發(fā)，分為 web 版和電腦版，并針對(duì)高鐵監(jiān)測(cè)工程進(jìn)行了優(yōu)化。在 web 版上對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可實(shí)現(xiàn)分級(jí)別分權(quán)限管理，讓擁有權(quán)限的相關(guān)人員可以遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)查看監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)信息共享。軟件上可設(shè)置沉降上限報(bào)警命令。并實(shí)現(xiàn)與手機(jī)短消息平臺(tái)結(jié)合，當(dāng)發(fā)生沉降異常時(shí)，及時(shí)自動(dòng)發(fā)送短消息到監(jiān)測(cè)管理人員的手機(jī)上，以便盡快啟動(dòng)相應(yīng)的預(yù)案。

軟件主要功能包括在線監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)分析、曲線展示、曲線模擬、監(jiān)測(cè)管理、預(yù)報(bào)預(yù)警等強(qiáng)大功能。

1、監(jiān)測(cè)范圍

根據(jù)泰安站出站口接長(zhǎng)地道、新建西外環(huán)地下通道、兩側(cè)引道開(kāi)挖的長(zhǎng)度和深度及設(shè)計(jì)文件要求，確定監(jiān)測(cè)范圍主要包括高鐵路基（對(duì)應(yīng)里程 K465+429-K466+109）、既有出站口地道、泰安站站房、出站口接長(zhǎng)地道兩側(cè)雨棚柱四個(gè)區(qū)域。

2.監(jiān)測(cè)頻率及預(yù)警值

（1）京滬高鐵路基、雨棚柱及既有地下通道監(jiān)測(cè)頻率及預(yù)警值

根據(jù)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的特點(diǎn)，擬定在不同施工階段期間采用不同的采集頻率。施工前（即施工單位開(kāi)工之前），需要采集 10 次有效數(shù)據(jù)作為自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的初始值；施工關(guān)鍵期，監(jiān)測(cè)頻次為 3 分鐘一次；施工完成后延長(zhǎng)監(jiān)測(cè) 6個(gè)月的時(shí)段，監(jiān)測(cè)頻次為 10 分鐘一次。

為了鐵路運(yùn)行的安全，本工程的規(guī)范限值按照《高速鐵路無(wú)砟軌道線路維修規(guī)則》（TG/GW115-2012）來(lái)確定，將線路差異沉降量限值及累計(jì)沉降量偏安全的取為 1mm，并分為三級(jí)預(yù)警，并按照容許偏差值的 60%、75%、90%分別作為黃色、橙色、紅色預(yù)警限值。

（2）泰安站站房監(jiān)測(cè)頻率及預(yù)警值

對(duì)于采用靜力水準(zhǔn)儀進(jìn)行垂直位移監(jiān)測(cè)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)、進(jìn)行 24 小時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，采樣頻率 3 分鐘一次，同時(shí)采用人工監(jiān)測(cè)點(diǎn)定期進(jìn)行水準(zhǔn)復(fù)核。另外對(duì)改造地道兩側(cè)的站房柱進(jìn)行水平位移監(jiān)測(cè)，采樣頻率不低于 3 小時(shí)一次。

根據(jù)設(shè)計(jì)文件說(shuō)明，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)允許最大水平位移 10mm，地表最大允許沉降為 10mm。建立三級(jí)預(yù)警機(jī)制，按照最大允許值的 60%，75%，90%取值分別作為黃色、橙色、紅色預(yù)警限值。

本項(xiàng)目為京滬高鐵既有線第一個(gè)改造項(xiàng)目，采用“單排鋼管+雙排鋼管+人工挖孔樁”基坑防護(hù)組合體系有效地保證了泰安站站房的基礎(chǔ)穩(wěn)定，保證了泰安站的正常運(yùn)營(yíng)；采用壓差式靜力水準(zhǔn)儀為核心的自動(dòng)化在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)，解決了基坑臨近建筑物沉降數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)檢測(cè)、實(shí)時(shí)分析、異常實(shí)時(shí)通知的問(wèn)題，提高了基坑安全措施防護(hù)實(shí)施的有效反應(yīng)時(shí)間，保證了既有建筑物的牢固穩(wěn)定。在泰安站改造項(xiàng)目中取得了良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，安全、順利地完成了泰安站出站地道改造及相關(guān)工程，確保了高鐵泰安站的正常運(yùn)營(yíng)。

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作者簡(jiǎn)介：趙自學(xué)（1965年1月），男，漢族，山東德州人，高級(jí)工程師。

（作者單位：中鐵十局集團(tuán)第八工程有限公司）