下穿鐵路頂進(jìn)框架涵工作坑開(kāi)挖施工技術(shù)探究

余冬冬

（中鐵二十四局集團(tuán)浙江工程有限公司 浙江省杭州市 310002）

0 引言

本文以金華站貨場(chǎng)搬遷配套市政工程站西路下穿立交為研究對(duì)象，結(jié)合設(shè)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)情況，在最大限度確保行車及人身安全的前提下，在距既有鐵路中心30m范圍外進(jìn)行框架箱體預(yù)制，箱體頂程為44m?？蚣芟潴w預(yù)制工作坑開(kāi)挖面上口線路側(cè)距既有鐵路中心35m，開(kāi)挖縱深為6.2m，為深基坑。開(kāi)挖過(guò)程中基坑穩(wěn)定性及對(duì)既有鐵路的行車安全影響控制有限。通過(guò)此次施工對(duì)下穿鐵路立交施工過(guò)程中框架箱體預(yù)制工作坑施工進(jìn)行探究，提出施工過(guò)程中減少對(duì)既有鐵路的影響控制措施，為今后類似下穿鐵路立交施工提供經(jīng)驗(yàn)。

1 頂進(jìn)框架預(yù)制工作坑施工方案優(yōu)化

1.1 工程概況

本工程施工地段中心位于金千線K6+979處，既有金千線為單線，混凝土枕，直線，非電氣化區(qū)段。本立交方案采用（6+2×8+6）m四孔分離式框架橋及一孔4.0m排水框架涵，新建5孔框架結(jié)構(gòu)等高，箱身軸線長(zhǎng)18.0m，箱身總寬度40.0m?？蚣軜蛑袃芍锌變舾?.2m，兩邊孔凈高6.6m。

1.2 現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況

1.2.1 地形地貌

本工程基坑位于浙中丘陵盆地地區(qū)，地勢(shì)平坦、開(kāi)闊。交通便利。地層巖性，自地面向下：耕植土，0～0.3m，σ0=0kPa；粉質(zhì)黏土，可塑，0.3～4.3m，σ0=170kPa；粉質(zhì)砂土，軟塑～可塑，4.3～4.8m，σ0=90kPa；圓礫，4.8～7.9m，σ0=300kPa；強(qiáng)風(fēng)化巖，7.9～8.8m，σ0=300kPa；中風(fēng)化巖，8.8m 以下，σ0=600kPa。

1.2.2 地下水類型

本工程基坑開(kāi)挖范圍內(nèi)的地下水屬于第四系孔隙潛水及基巖裂隙潛水。第四系孔隙潛水賦存于粉砂及圓礫中，含水層厚度約3～6m，圓礫中孔隙較大，滲透性好，為強(qiáng)透水層，基巖裂隙潛水賦存于基巖風(fēng)化裂隙中，滲透性較差，為弱透水層。

1.3 方案優(yōu)化

1.3.1 原設(shè)計(jì)方案

原設(shè)計(jì)方案采用距既有鐵路中心15m位置為邊線開(kāi)挖工作坑，基坑靠既有線路側(cè)和后背側(cè)以直徑100cm鉆孔灌注樁的方式進(jìn)行圍護(hù)，線路側(cè)樁長(zhǎng)11m，后背側(cè)樁長(zhǎng)9m，待圍護(hù)體系形成后再進(jìn)行基坑開(kāi)挖。

1.3.2 優(yōu)化后方案

考慮工程地點(diǎn)地下水豐富、水位較高，對(duì)工作坑開(kāi)挖影響比較大，為此項(xiàng)目部對(duì)工作坑四周外側(cè)加設(shè)深井降水，待周圍地下水位下降到位后再進(jìn)行基坑開(kāi)挖。同時(shí)考慮到對(duì)既有鐵路的影響，通過(guò)增大框架箱體的頂進(jìn)行程，將工作坑位置在原設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上向遠(yuǎn)離鐵路方向多移出20m，從而減少對(duì)營(yíng)業(yè)線行車安全的影響。

1.4 施工流程圖

下穿鐵路立交頂進(jìn)框架施工工藝流程圖見(jiàn)圖1。

圖1

1.5 管井降水

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本工程頂進(jìn)工作坑由原地面高程33.1m開(kāi)挖至高程26.9m，開(kāi)挖深度6.2m，降水深度5m。工作坑所處位置最大含水層厚度，為6.5m，為創(chuàng)造施工條件，基坑中心水位應(yīng)降至26.4m以下。根據(jù)地質(zhì)資料得知，本工程基坑孔隙潛水主要以大氣降水豎向入滲補(bǔ)給及地表水體滲補(bǔ)為主，徑流較快，地下水排泄以徑流為主，蒸發(fā)為次。勘察期間實(shí)測(cè)工作坑所處位置地下靜止水位埋深0.7～1.7m，高程為31.4～32.4m之間，第四系孔隙潛水埋深在4.3～7.9m，高程為24.9～28.5m之間。基底位于粉砂層中，為強(qiáng)透水層，滲透系數(shù)為50m/d，該層底板標(biāo)高為26.9m。其上層為粉質(zhì)粘土粉土層，土質(zhì)較勻，滲透系數(shù)為0.05m/d。由此可知本工程主要透水層為粉砂層，而粉質(zhì)粘土層幾乎不透水，計(jì)算時(shí)把該層設(shè)為隔水層。由于基底位于含水層，因此基坑開(kāi)挖后，水主要靠基坑底部及外側(cè)潛水層補(bǔ)給。為防止基坑積水，擬在基坑內(nèi)外側(cè)分別設(shè)明溝和井點(diǎn)相結(jié)合的降水方式，箱涵頂進(jìn)期間采用真空深井與自吸式輕型井點(diǎn)相結(jié)合的降水措施。工作坑上口近似為長(zhǎng)58m，寬36m的矩形截面，管井采用直徑50cm的HDPE雙壁波紋管。井點(diǎn)按距基坑上口四周邊線1m呈封閉的環(huán)形布置，采用自吸潛水降水。

根據(jù)計(jì)算及同類土質(zhì)、累似工程降水經(jīng)驗(yàn)，深層管井有效降水井間距不大于15m，降水井按10m間距布置，沿基坑四周等間距布置20個(gè)，施工時(shí)可根據(jù)場(chǎng)地條件因地置宜作適當(dāng)移位，井位應(yīng)避開(kāi)地下管線并經(jīng)建設(shè)單位指定認(rèn)可后，方可施工。降水井深度12m，其中濾水管長(zhǎng)1m，沉砂管長(zhǎng)1m?？卓趹?yīng)高于地面50cm，井深應(yīng)從孔口起算（此部分用磚作井圈），降水井成井直徑為70cm，井應(yīng)保持垂直、不縮頸。濾水管布置在管井下部，濾水管之上為井壁管。

采用泥漿護(hù)壁旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)成孔，應(yīng)采用合適的施工工藝及泥漿濃度。鉆進(jìn)過(guò)程中不應(yīng)出現(xiàn)塌孔、卡鉆等現(xiàn)象。鉆進(jìn)成孔后，應(yīng)及時(shí)采用活塞及空壓機(jī)洗井，洗去孔壁泥皮及抽出含水層內(nèi)泥漿，直至地下水流通暢、井內(nèi)可抽出大量清水為止，含砂率宜小于萬(wàn)分之二。采用自吸式深井潛水泵進(jìn)行管井降水，水泵流量50t/h，揚(yáng)程28m，額定功率4.5kW。并保持20%的完好備用泵，井內(nèi)水泵損壞后，應(yīng)即時(shí)進(jìn)行更換、維修。水泵抽水后，降水人員采取兩班制24h連續(xù)值班。

1.6 工作坑開(kāi)挖

工作坑開(kāi)挖深度為6.2m，采用二級(jí)放坡的形式進(jìn)行開(kāi)挖施工，放坡坡度為1：1，開(kāi)挖至3.1m深時(shí)設(shè)置2m寬工作平臺(tái)，工作坑隨開(kāi)挖即鋪設(shè)φ6@30×30cm鋼筋網(wǎng)，噴射10cm厚的C20混凝土。工作坑設(shè)位移觀測(cè)點(diǎn)、沉降觀測(cè)點(diǎn)以監(jiān)測(cè)基坑安全。

工作坑內(nèi)采用分層逐級(jí)開(kāi)挖方案，采用機(jī)械配以人工分層進(jìn)行挖土。每層挖土方厚度為0.8m，機(jī)械挖至剩余厚度0.5m時(shí)采用人工挖土，基坑四周設(shè)置環(huán)形排水溝。距基坑兩側(cè)10m范圍嚴(yán)禁運(yùn)土車與重型機(jī)械行走，并禁止堆放材料。開(kāi)挖出的土方嚴(yán)格按照事先指定的地點(diǎn)堆放，堆放地點(diǎn)必須遠(yuǎn)離基坑上口邊緣10m以外，同時(shí)不得影響施工測(cè)量等工作。

1.7 監(jiān)測(cè)

深基坑開(kāi)挖工程中，對(duì)基坑的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)是保證其穩(wěn)定性的重要手段。監(jiān)測(cè)過(guò)程中必須按照要求保證監(jiān)測(cè)頻率，并做好記錄與數(shù)據(jù)計(jì)算，及時(shí)向現(xiàn)場(chǎng)施工負(fù)責(zé)人反饋監(jiān)測(cè)情況。由于鄰近營(yíng)業(yè)線考慮到基坑開(kāi)挖對(duì)既有鐵路的影響，本工程基坑設(shè)計(jì)安全等級(jí)為一級(jí)，因此除了對(duì)工作坑的監(jiān)測(cè)以外，還應(yīng)對(duì)既有鐵路進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。

1.7.1 監(jiān)測(cè)內(nèi)容

既有鐵路軌道變形、既有鐵路路基變形、基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)變形、周邊土體變形、臨近管線位移和沉降監(jiān)測(cè)以及地下水位監(jiān)測(cè)。

1.7.2 監(jiān)測(cè)措施

（1）為確保既有線施工安全，設(shè)置觀測(cè)樁，安排專業(yè)人員現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，掌握路基及軌道的變化情況，及時(shí)處理可能影響既有線安全的工程施工。

（2）與設(shè)備管理單位簽定安全協(xié)議，辦理有關(guān)手續(xù)后方可進(jìn)場(chǎng)。

（3）設(shè)置數(shù)量及方式：觀測(cè)點(diǎn)全部采用方格網(wǎng)布置，特殊地點(diǎn)除外。加固地段既有鐵路兩側(cè)路肩、坡腳外2m處設(shè)置觀測(cè)樁，沿鐵路方向平均每5m設(shè)置一處沉降和位移觀測(cè)點(diǎn)?；又ёo(hù)監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置基坑坡頂每20m設(shè)置一個(gè)觀測(cè)點(diǎn)。地下水位觀測(cè)孔沿基坑場(chǎng)邊布設(shè)，每20m設(shè)置1孔。周邊土體監(jiān)測(cè)點(diǎn)沿基坑四周每25m設(shè)置1監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

（4）基坑開(kāi)挖期間對(duì)列車實(shí)行慢行，期間軌道幾何狀態(tài)每2h檢查一次，有超限及時(shí)消滅，檢查、消滅要做記錄。路基或基坑邊坡開(kāi)挖后，應(yīng)結(jié)合位移、下沉的觀測(cè)結(jié)果，增加檢查遍數(shù)，以達(dá)到隨時(shí)掌握路基變化情況，控制軌道幾何狀態(tài)之目的。

（5）對(duì)軌道幾何狀態(tài)實(shí)施檢查的同時(shí)，要檢查軌道結(jié)構(gòu)狀態(tài)，對(duì)缺、損、松的零配件，要及時(shí)補(bǔ)齊、更換、擰緊，見(jiàn)圖2。

圖2

1.8 分析

由于工作坑的平面位置較原設(shè)計(jì)方案向遠(yuǎn)離既有鐵路方向多移出20m，以及管井降水體系的形成，經(jīng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，各觀測(cè)點(diǎn)的累計(jì)變化量均在要求范圍內(nèi)，此次方案優(yōu)化既保證了基坑的穩(wěn)定性，又有效的減小了對(duì)既有鐵路行車安全的影響。比原計(jì)劃工期縮短了60d，節(jié)約成本約140萬(wàn)。

2 結(jié)語(yǔ)

在下穿鐵路框架涵頂進(jìn)施工中，頂進(jìn)框架基坑施工過(guò)程中應(yīng)注意：

（1）基坑的平面位置選擇。

（2）基坑降水。

（3）基坑及既有鐵路監(jiān)測(cè)。

此方法經(jīng)實(shí)踐，在施工過(guò)程中能夠滿足安全、技術(shù)要求，可為今后的下穿既有鐵路立交施工提供一定的經(jīng)驗(yàn)參考。