連續(xù)梁橋鄰近既有線施工防護(hù)方案及控制措施

劉柏忠LIU Bai-zhong

（中鐵六局集團(tuán)有限公司，北京100086）

0 引言

隨著我國(guó)公路、鐵路、市政建設(shè)事業(yè)的大力推進(jìn)，連續(xù)梁橋數(shù)量越來(lái)越多，部分鐵路施工為既有線擴(kuò)能改造施工，增建雙線或新建鐵路時(shí)鄰近既有線施工，施工時(shí)為保證新建橋梁施工不影響既有線路的正常運(yùn)營(yíng)，保證行車的安全，一方面要防止施工時(shí)侵限對(duì)既有線行駛車輛的危害，另一方面要保證新建橋梁的橋墩基礎(chǔ)施工不影響既有線線路狀況，確保施工過(guò)程中既有鐵路的運(yùn)營(yíng)安全。本文通過(guò)具體工程實(shí)例，就懸澆連續(xù)梁鄰近既有線施工采取的防護(hù)方案及措施進(jìn)行探討。

1 工程概況

天津鐵路樞紐西南環(huán)線工程小孫莊特大橋位于天津市西青區(qū)境內(nèi)，為雙線鐵路特大橋，在跨越鴨淀水庫(kù)揚(yáng)水站地下管道及匯水池時(shí)采用40+64+40m 連續(xù)梁橋通過(guò)。

連續(xù)梁橋位里程為L(zhǎng)GDK16+855.44 ～LGDK17+001.04（120#～123#墩），處于直線段和2.8‰坡段，橋上線間距4.0m。

本橋與既有李港鐵路平行，位于既有鐵路左側(cè)約10m，基礎(chǔ)采用鉆孔樁，橋墩邊墩為圓端型，主墩121#、122# 承臺(tái)邊緣距離既有李港鐵路中心6m。主墩121#、122#墩身高均為3.5m，墩頂截面尺寸為7.6m*3.2m，墩身坡度50:1；邊墩120#、123#墩身高度分別為1.5m、1m，墩頂截面尺寸為7.4m*2.4m，墩身坡度45:1。（如圖1）

圖1 施工現(xiàn)場(chǎng)平面示意圖

主要施工方案：采用反循環(huán)鉆施工鉆孔樁，鋼板樁防護(hù)開(kāi)挖基坑，橋墩采用定制鋼模板，懸臂箱梁采用菱形掛籃懸臂澆筑法施工，0 號(hào)段采用鋼管柱、碗扣式腳手架支架現(xiàn)澆施工，邊跨現(xiàn)澆段箱梁采用滿堂支架法施工，合龍段箱梁采用吊架法施工。

2 鄰近既有線防護(hù)方案主要考慮的重點(diǎn)要素

鄰近既有線防護(hù)主要解決一是基坑施工時(shí)要確保路基穩(wěn)定，二是梁部施工時(shí)防止侵入既有鐵路限界，三是從行車控制角度防止既有線本身安全事故的發(fā)生。

2.1 基坑施工

防護(hù)方案的制定選擇主要從以下幾個(gè)方面考慮：基坑深度、距離，防護(hù)的工藝措施，主要是控制在施工過(guò)程當(dāng)中及基坑回填后的一段時(shí)間內(nèi)，鄰近的既有線路基不位移，下沉控制在一定的范圍內(nèi)。

2.2 梁部施工

由于離既有線距離近，梁部施工時(shí)要采取可靠的措施，防止在施工過(guò)程當(dāng)中侵入鐵路限界，防止高空墜物損壞鐵路設(shè)施，影響鐵路行車。

2.3 采取綜合控制措施

對(duì)既有線線路狀況進(jìn)行監(jiān)控，并從行車角度采取相應(yīng)的預(yù)防措施。

3 基坑防護(hù)方案

施工地點(diǎn)位于天津市西青區(qū)鴨淀水庫(kù)揚(yáng)水站與既有李港鐵路之間。因場(chǎng)地影響限制及基坑開(kāi)挖深度較深，決定采用鋼板樁支護(hù)。（表1）

表1 120#-123# 墩承臺(tái)尺寸及基坑深度表 （單位：m）

因該橋121#、122# 墩的承臺(tái)施工基坑較深，故以121#墩為檢算對(duì)象來(lái)確定基坑支護(hù)方案。

3.1 施工方案

3.1.1 鋼板樁選擇

因地下水位較高，采用止水鋼板樁施工，鋼板樁為小鎖口，止水能力強(qiáng)，寬度40cm，重77.7kg/m，根據(jù)本工程地質(zhì)情況，選定拉森Ⅳ型鋼板樁。

拉森Ⅳ鋼板樁尺寸及技術(shù)規(guī)格見(jiàn)圖2 及表2。

表2 鋼板樁型號(hào)與技術(shù)規(guī)格

圖2 拉森Ⅳ鋼板樁尺寸及技術(shù)規(guī)格

鋼板樁進(jìn)場(chǎng)前要檢查驗(yàn)收整理，發(fā)現(xiàn)缺陷隨時(shí)調(diào)整或更換，在運(yùn)輸和堆放時(shí)不得使其彎曲變形，避免重壓和碰撞，尤其對(duì)連鎖口要小心謹(jǐn)慎。

鋼板樁插打前要將樁尖處的凹槽底口認(rèn)真封閉，不得將泥土擠入，鎖口處涂黃油或機(jī)油，如有鎖口變形、銹蝕嚴(yán)重的鋼板樁，立即整修。轉(zhuǎn)角處要用90 度轉(zhuǎn)角樁。

3.1.2 鋼板樁及支撐布置

鋼板樁及圍檁施工布置：本基坑鋼板樁圍堰按承臺(tái)尺寸每側(cè)各預(yù)留1.0m 操作空間布置，支護(hù)設(shè)置內(nèi)支撐2 處，分別為內(nèi)支撐1 及內(nèi)支撐2。內(nèi)支撐1 采用雙層拼接400*400*15*15mmH 型鋼，沿基坑周邊鋼板樁內(nèi)側(cè)布置，基坑四個(gè)角分別設(shè)2 道角撐，角撐采用φ600 鋼管支撐。內(nèi)支撐-2 采用雙層拼接600*300*15*15mmH 型鋼支撐，沿基坑周邊鋼板樁內(nèi)側(cè)布置封閉，基坑四個(gè)角分別設(shè)2 道角撐，角撐采用φ600 鋼管支撐。如圖3、圖4 所示。

圖3 121# 墩——承臺(tái)基坑平面圖（單位：m）

圖4 121# 墩——橫橋向承臺(tái)基坑斷面圖（單位：m）

3.2 基坑支護(hù)方案的確定

小孫莊特大橋121#、122#墩基坑開(kāi)挖面尺寸最大，以其中基坑深度最深的121#墩基坑為例進(jìn)行計(jì)算。

3.2.1 設(shè)計(jì)資料

樁頂高程H1：2.2m，地下水位H2：0.30m，地面標(biāo)高H0：2.0m，開(kāi)挖底面標(biāo)高 H3：-3.63m，開(kāi)挖深度 H：5.63m，基坑開(kāi)挖長(zhǎng)a=16.6m，基坑開(kāi)挖寬b=12.6m。土的容重加權(quán)平均值 γ：18kN/m3，內(nèi)摩擦角平均值 Ф：20°，均布荷載 q：根據(jù)橋墩基坑開(kāi)挖與既有李港線相對(duì)關(guān)系，取經(jīng)計(jì)算的靠基坑邊緣處最大荷載為45kN/m2。

3.2.2 外力計(jì)算

作用于鋼板樁上的土壓力強(qiáng)度Ka：

Ka=tg2（45°-φ/2）=tg2（45-20/2）=0.49

Kp=tg2（45°+φ/2）=tg2（45+20/2）=2.04

鋼板樁外側(cè)均布荷載換算填土高度h：

h=q/γ=45/18=2.5m

樁頂以上土的壓力強(qiáng)度Pa1：

Pa1=γ×（h+0.1)Ka=18×（2.5+0.1）×0.49=22.93kN/m2

同上，經(jīng)過(guò)計(jì)算：

水位土壓力強(qiáng)度Pa2= 22.03kN/m2，

開(kāi)挖面土壓力強(qiáng)度Pa3=46.73kN/m2，

開(kāi)挖面水壓力（圍堰抽水后）Pa4=63.00kN/m2。

3.2.3 確定內(nèi)支撐層數(shù)及間距

按等彎距布置，確定各層支撐的Ⅳ型鋼板樁，能承受的最大彎距確定板樁頂懸臂端的最大允許跨度h：

各支撐按等彎矩布置，計(jì)算如下：

h1=1.11h=3.12m

h2=0.88h=2.47m

h3=0.77h=2.16m

因此，需2 層支撐。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，確定支撐位置，如圖5 所示。

圖5 支撐位置圖

h=0.83m，h1=2m，h2=3.0m。

3.2.4 計(jì)算鋼板樁入土深度，確定樁長(zhǎng)

采用盾恩近似法，土壓力分布如圖6 所示。

圖6 壓力分布圖

假設(shè)主動(dòng)土壓力在地面為三角形分布，開(kāi)挖面下為矩形分布，并假設(shè)CE 的荷載CMG'E 一半傳至C 點(diǎn)上，另一半由坑底土壓力DF'E 承受，由幾何關(guān)系可得：

γ（Kp-Ka）x2-KaγHx=KaγHL5

其中：L5 為第二道支撐距坑底距離，根據(jù)前面計(jì)算，已經(jīng)確定為3m。

簡(jiǎn)化為：x2-0.89x-3.1=0 解得x=2.26m

采用1.2 安全系數(shù)計(jì)算，則入土深度為2.71m。因此選用鋼板樁長(zhǎng)度為:5.83+2.71=8.54m，可選用長(zhǎng)度為9m 的鋼板樁。

該工點(diǎn)地下水位高，結(jié)合基底土質(zhì)情況，分析認(rèn)為可能會(huì)出現(xiàn)基底反滲現(xiàn)象。鄰近的既有鐵路路基土體要特別注意避免水土流失，如果基底出現(xiàn)涌水、流沙現(xiàn)象，就會(huì)造成既有線路基的下沉，出現(xiàn)行車安全隱患?？紤]到以上因素，在認(rèn)真研究地質(zhì)情況以后，決定采用樁長(zhǎng)為12m 的鋼板樁，打入下層的不透水層，強(qiáng)化止水作用。鋼板樁實(shí)際入土深度為12-5.83=6.17m，也更有利于穩(wěn)定。

3.2.5 其他檢算

此外，還需要對(duì)選擇的鋼板樁截面、圍檁受力、支撐桿受力等進(jìn)行檢算，經(jīng)檢算，其強(qiáng)度、穩(wěn)定性均滿足要求。

122 號(hào)墩基坑其受力狀況好于121 號(hào)墩，參照上述檢算進(jìn)行即可。實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)，因基坑尺寸變化不大，采用了與121 號(hào)墩相同的布置。

3.2.6 專家論證

按照建設(shè)部《危險(xiǎn)性較大工程安全專項(xiàng)施工方案編制及專家論證審查辦法》的要求，基坑支護(hù)工程開(kāi)挖深度超過(guò)5m（含5m）的基坑（槽）并采用支護(hù)結(jié)構(gòu)施工的工程；或基坑雖未超過(guò)5m，但地質(zhì)條件和周圍環(huán)境復(fù)雜、地下水位在坑底以上等工程，需要進(jìn)行專家論證。本支護(hù)方案按照相關(guān)要求組織了專家論證，加長(zhǎng)使用鋼板樁的做法得到專家的肯定，方案順利通過(guò)。

4 梁部施工控制

4.1 防墜落施工措施

①在掛籃吊架上滿鋪木板，木板與型鋼固定，木板厚度不小于為5cm。

②在掛籃上四周設(shè)密網(wǎng)鋼絲網(wǎng)封閉，防止鋼筋、石子、雜物掉落到橋下。

4.2 懸澆箱梁施工安全防護(hù)措施

①加強(qiáng)高空作業(yè)安全防護(hù)，作業(yè)人員必須帶安全帶，臨邊處均要按要求設(shè)置高度不小于1.2m 的圍護(hù)欄桿，并掛安全防護(hù)網(wǎng)。

②加強(qiáng)職工安全教育培訓(xùn)，禁止向橋下拋灑物品，不用的機(jī)具、材料等廢棄物及時(shí)清運(yùn)下橋。

③對(duì)施工使用的塔吊、卷?yè)P(yáng)機(jī)等設(shè)備，及時(shí)檢查、維修保養(yǎng)。所有電器線路要規(guī)范鋪設(shè)，定時(shí)檢查，安全用電。

④每節(jié)段施工前后，要檢查掛籃位置、前后吊帶、掛架、錨桿等關(guān)鍵受力部位的安全情況，填寫(xiě)檢查報(bào)告，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理。

4.3 掛籃移動(dòng)及拆除控制措施

采用全液壓同步頂推方法，移籃平穩(wěn)、速度快，掛籃整體降幅小，保證了鄰近既有鐵路線的安全。掛籃移動(dòng)過(guò)程中采用4 臺(tái)、最大伸長(zhǎng)量800mm 的液壓千斤頂，臨時(shí)固接在滑道上，同步頂進(jìn)，避免了掛籃劇烈擺動(dòng)，安全可靠。

懸澆梁梁體合攏后，掛籃退回0#塊位置，利用吊車拆除。拆除時(shí)，申請(qǐng)?zhí)齑包c(diǎn)在鐵路封閉時(shí)間段內(nèi)拆除作業(yè)。

5 綜合防護(hù)

5.1 加強(qiáng)與鐵路運(yùn)營(yíng)部門工作協(xié)調(diào)

①與鐵路局工務(wù)、車務(wù)、電務(wù)、供電、通信等部門簽訂“既有線線施工安全協(xié)議”，明確施工時(shí)間、地點(diǎn)、懸臂梁澆筑要點(diǎn)、安全防護(hù)問(wèn)題，在保證安全行車的前提下，研究解決運(yùn)營(yíng)與施工的矛盾。

②施工前辦理封鎖要點(diǎn)及列車慢行計(jì)劃手續(xù)，等鐵路運(yùn)輸部門批準(zhǔn)后，方可施工?，F(xiàn)場(chǎng)派駐站聯(lián)絡(luò)員，配備對(duì)講機(jī)等聯(lián)絡(luò)通訊工具，保持與車站與現(xiàn)場(chǎng)人員聯(lián)絡(luò)。

③在施工地段設(shè)線路巡道員3 人，日夜三班不間斷巡道，認(rèn)真檢查施工地段線路狀況，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理。

5.2 現(xiàn)場(chǎng)施工安全組織及安全保證措施

①在小孫莊特大橋121#、122# 墩承臺(tái)墩身施工期間，項(xiàng)目部每天要進(jìn)行一次現(xiàn)場(chǎng)檢查，保證施工安全及工程質(zhì)量。

②加強(qiáng)既有李港鐵路沉降觀測(cè)?；觾蓚?cè)順線路方向100m 范圍內(nèi)，每隔10m 設(shè)一處觀測(cè)點(diǎn)，觀測(cè)點(diǎn)設(shè)在鋼軌頂面上，在枕木上用油漆標(biāo)記。每天觀測(cè)觀測(cè)2 次，必要時(shí)增加觀測(cè)次數(shù)。

③現(xiàn)場(chǎng)設(shè)專職安全員，認(rèn)真落實(shí)安全生產(chǎn)責(zé)任制，把各項(xiàng)安全職責(zé)及安全措施落實(shí)到人到位，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，及時(shí)改正。

④堅(jiān)持安全培訓(xùn)教育，現(xiàn)場(chǎng)安全員或技術(shù)人員針對(duì)施工作業(yè)項(xiàng)目，開(kāi)展具體安全現(xiàn)場(chǎng)教育培訓(xùn)。

⑤施工前組織相關(guān)人員對(duì)所采用掛籃、機(jī)具、模板、防護(hù)等方案進(jìn)行詳細(xì)檢查，確保安全第一。

⑥及時(shí)與鐵路運(yùn)營(yíng)部門聯(lián)系，及時(shí)掌握列車運(yùn)行時(shí)刻，列車通過(guò)時(shí)停止一切施工作業(yè)，確保鐵路列車安全運(yùn)營(yíng)。

6 結(jié)束語(yǔ)

本工程最終能夠順利實(shí)施，與合理地制定施工方案并認(rèn)真地執(zhí)行是分不開(kāi)的，對(duì)此有兩點(diǎn)體會(huì)。

6.1 方案制定安全第一

基坑支護(hù)是一種施工中的臨時(shí)結(jié)構(gòu)，目前投入的比重越來(lái)越大，逐漸成為項(xiàng)目費(fèi)用中一個(gè)不可忽視部分。施工單位在臨時(shí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中充分考慮各種因素，對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行各種方案優(yōu)化比選，是降低工程成本的有效途徑之一。但是不能盲目地單純考慮經(jīng)濟(jì)效益。本方案在確定樁長(zhǎng)時(shí)，在滿足受力要求、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的情況下，充分考慮了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行了加長(zhǎng)，主要是從保證鄰近的既有鐵路安全的角度考慮的。因此，在投入與安全相互矛盾時(shí)，必須考慮安全第一，在確保安全的前提下，優(yōu)化臨時(shí)結(jié)構(gòu)布置，這樣確定的方案才是合理的方案，這一點(diǎn)對(duì)于施工企業(yè)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展都具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

6.2 加強(qiáng)施工現(xiàn)場(chǎng)綜合治理，方能確保施工順利進(jìn)行

本工程施工過(guò)程中嚴(yán)格執(zhí)行方案，并與鐵路運(yùn)營(yíng)部門密切合作，深基坑施工時(shí)路基未發(fā)生可觀測(cè)到的位移、沉降在允許范圍之內(nèi)，未發(fā)生鐵路侵限等任何安全事故。本懸灌連續(xù)梁的安全順利竣工，除了可行的施工方案、有力的安全防護(hù)措施之外，更需要有勇于擔(dān)當(dāng)、有強(qiáng)烈責(zé)任心的現(xiàn)場(chǎng)管理及施工作業(yè)人員，才能保證臨近鐵路既有線施工安全順利完成。