铁路桥梁深基坑安全技术与管理

摘要：安康城区长春路铁路交叉节点工程36+85+36连续梁，采用先平行于既有铁路襄渝铁路满支架现浇85m连续梁，再双幅同步转体的施工方法，其中主墩Z1承台基坑围护桩桩边距离既有铁路中心线最近为9m，距离铁路隔离网最近为2.5m，为确保既有铁路结构和运营安全，采取了围护桩支护、挂网喷浆、内支撑等支护技术，对支护结构和既有铁路路基进行了监控量测、防排水和一系列安全管理措施，确保桥梁施工和既有铁路的安全。

关键词：深基坑；紧邻既有铁路；支护技术；安全管理

1工程概况

安康城区长春路铁路交叉节点工程是安康市长春片区棚户区改造开发建设PPP项目关键节点控制性工程，位于陕西省安康市高新区，新建道路长春路道路里程K3+200与既有铁路襄渝铁路线铁路里程K315+900附近相交叉，主桥采用2*85预应力砼T构箱梁，双幅同步转体后与引桥相接，引桥为2*36m现浇预应力砼箱梁，满堂支架施工。深基坑施工过程中主要的风险一是基坑开挖施工可能导致襄渝铁路路基边坡失稳或不均匀沉降，影响铁路结构安全；二是围护桩施工过程中旋挖钻机、吊机等大型设备倾覆，导致铁路电网和设备事故，影响铁路线的运营安全；三是周边塑料薄膜、刀旗、灯光信号等侵入限界或人员违规进入铁路限界，逼停列车，影响铁路运营安全等。Z1墩和Y3墩为跨线主墩，承台设计为八边形，深基坑平面尺寸均为28.25*25.25m，Z1墩基坑深度为11m，Y3墩基坑深度为5m，距离襄渝铁路最近的是Z1墩承台基坑，其围护桩桩边距离襄渝铁路中心线最近为9m，距铁路隔离网最近仅为2.5m，基坑与襄渝铁路的位置关系如图1。

2围护桩施工

根据现场勘测，结合桥墩位置的地质条件，确定采用围护桩支护、挂网喷浆、加内支撑等支护技术，围护桩沿主墩基坑四周矩形布设，围护桩采用准1.25m钻孔桩进行施工，桩间距1.5m，桩长17.5m，Z1、Y3墩围护桩各68根，共计136根，围护桩施工顺序应该按照与营业线的距离由近到远，同时跳桩施工的原则进行。2.1场地平整压实。承台场地平整按照承台外轮廓外放3m进行，对平整后钻机场地进行压实，保证承载力满足钻机施工要求，防止钻机倾覆。当钻机高度大于施工点与铁路线之间的安全距离时，应设置缆风绳及地锚，每台钻机设置2个尺寸为1m*1m*1m的混凝土地锚，地锚水平间距15m，埋设深度1m，采用C20混凝土预制，将钻机朝营业线方向反拉，确保钻机不向营业线方向倾覆。地锚、缆风绳设置在背向营业线方向，每台钻机设置两个地锚，三角形布置，缆风绳采用准16mm的钢丝绳，一端系于钻机约2/3高度处，另一端系于地锚，缆风绳与地面夹角为45°，每端安装U型卡数量不少于3个，规范设置并紧固，保证一机一防护。2.2旋挖钻防倾覆缆风绳受力验算。采用三一280型旋挖钻成孔，钻杆重量为16t，高度为18m，设置两道缆风绳以防止钻杆倾覆。①缆风绳拉力计算：T=（kp+Q）c/（asinα），T=（2×5+160）×1/（17×sin45°）=14.1kNK-动载系数，取2，p-动载重量，取5kN（500kg），Q-钻杆自重，取160kN（16t），C-倾斜距，取1m（倾斜度5°），a-钻杆连接点到锚碇的直线距离，取17m（钻杆高18m，连接位置位于距地面高12m处），α-缆风绳与地面水平线的夹角，取45°。缆风绳选择：F=（TK1）/δ=（14.1×3.5）/0.85=58kN，T—缆风绳张力，14.1kN，K1-安全系数，取3.5，δ-不均匀系数，取0.85，F-钢丝绳张力，查规范用表选用钢丝绳极限抗拉强度为1400N/mm2，6×19直径16mm钢丝绳[F]=61.3kN>58kN满足条件。②锚碇计算：K2T1≤G+g+f，K2—安全系数，取2，T1—锚碇受拉力T后的垂直分力，T1=T×sin45°=10kN，T-缆风绳拉力，14.1kN，α-缆风绳与地面的夹角，取45°，G-锚碇重力，g-土重力，f-土摩擦力，土的重力g=Hblγ=1×0.8×0.8×17=10.88kN，H-锚碇埋深，取1m，b-锚碇宽度，取0.8m，l-锚碇长度，取0.8m，γ-土的重度，取17kN/m3，土的摩擦力f=μT2=0.5×10=5kN，μ-摩擦系数，取0.5m，T2-锚碇受拉力T后的水平分力，T2=T×cos45°=10kN，锚碇重力G≥K2T1-g-f=2×10-10.88-5=4.12kN，选用混凝土块做锚碇，混凝土重度λ取22KN/m3，混凝土块方量A=G/λ=4.12/22=0.19m3，锚碇厚度h=A/bl=0.19/（0.8×0.8）=0.3m，因此选用1m*1m*1m的混凝土锚碇可满足受力要求。③结论：采用6×19直径16mm钢丝绳，连接于钻杆距地面12m处，缆风绳与地面夹角45°通过U-7型U型卡与地锚连接；混凝土锚碇尺寸为1m*1m*1m，缆风绳与混凝土锚碇通过预埋于混凝土锚碇上的2根长0.3m的“L”型螺栓连接，锚碇埋于地面深度不小于1m，满足旋挖钻机抗倾覆验算要求。

3基坑开挖

①基坑施工前，应当做好基坑周边的管线调查，明确既有铁路线的电气线路走向和现场施工临时用电的布置，做好交底和标识。②为加强围桩的整体性需要设置顶部冠梁将排桩连为一体，在桩顶设置一圈1.25m*1m的冠梁，同时有利于防止外部地表水倒灌进入基坑。③防护桩间采用10cm厚C25喷射混凝土进行支护，两桩之间挂设ф10钢筋网，网格尺寸为10cm*10cm。④围护桩成桩养护28天后再进行基坑开挖，坑内土方开挖应分层分区进行，严禁一次性开挖到底或超挖，挖到设计标高时应及时铺设垫层。⑤开挖过程中应及时设置支撑杆件，支撑杆件采用覬609*16mm，对撑应根据现场开挖情况及时设置钢格构柱。⑥基坑顶周围严禁堆载和车辆近距离行驶，弃方及时转运。

4基坑防排水措施

①地质条件：Z1、Y3墩自上而下分别为素填土、粘土、粉质粘土、卵石、中砂、卵石、粉质粘土、卵石，工点内地下水主要为第四系孔隙潜水，受区域地质、地形及地貌等条件的控制，赋水性受岩性控制。孔隙潜水主要赋存于第四系上更新统砂类土、碎石类土中。地下水主要受大气降水和地表流水补给，埋深变化同时受地形起伏、大气降水和地下径流的影响，水位升降幅度1-3m。勘察期间测得钻孔内水位埋深11.0-19.0m。附近无流水侵蚀，主要是雨水从既有铁路边坡汇水。②基坑施工过程中，同时采用M10浆砌片石路基护面对桥下铁路路基进行防护，铺砌范围为道路中心线两侧各30m的铁路路基，修筑铺砌时，应将桥体范围内的水自然排出，防止地下水下渗，威胁路基及桥周土体，构件之间应以1：1.5的水泥浆勾缝，施工完毕应及时对周边植被和地貌进行恢复。③基坑底部设置集水坑，及时抽排坑内积水。

5基坑及既有线路基边坡变形监测

①基坑稳定监测。主墩基坑作业期间对围护桩进行监控量测，采用全站仪测定护桩的平面坐标和测点的水平位移监测，采用水准仪监测护桩的沉降情况。基坑开挖之前，首先对观测点的原始数据测量记录，施工过程中每天对防护桩观测点测量一至两次，将实测数据与原始数据进行对比，以确定桩的水平位移及沉降。②既有线路变形监测。1）在既有线路基旁布设沉降监测桩；2）线路几何尺寸变形的监测，将会委托工务段部门进行监测。③基坑防护桩横向位移变形监测。④现场巡视，监测基坑边坡土体，检查基坑壁是否有裂缝，观察基坑边坡是否有滑坡的迹象等，基坑有无涌土、流砂、管涌，周边道路（地面）有无裂缝、沉陷，场地地表水排放状况是否正常；注意基坑四周的堆载和动载。

6紧邻铁路基坑施工安全管理重点

①提前办理作业许可，尽早办理可能影响既有道路正常运营的施工方案，报铁路局部门审查批准后再施工。施工过程中，请铁路局部门派员进行现场指导配合，现场防护员落实各项施工安全措施。②加强机械设备的进场验收和日常维护保养，施工前对设备进行检修和保养，储备常见故障零件和耗材，合理安排生产作业，开展培训和演练，确保作业计划及时完成，降低对既有铁路运营的影响。③加强参建人员安全防护意识和技能，请铁路局相关单位和部门的专家进行既有铁路线安全防护技术培训，考试合格后持证上岗。④合理设置安全警示标识标牌和刀旗等宣传标牌，妥善处理养护用的土工布、塑料薄膜、防尘网等材料和用品，防止吹散进入铁路线。一方面注意距离和颜色，防止影响列车安全行驶信号，另一方面是做好加固措施，确保铁路周边设置的标牌、材料、栏杆等牢固，尽量避免设置横幅，防止土工布、刀旗等轻质物体侵入限界或人员违规进入限界，逼停列车或影响铁路运营安全。

参考文献：

[1]中华人民共和国铁道部.TB10303-2009，铁路桥涵工程施工安全技术规范[S].北京：中国铁道出版社，2009.

[2]张彦光.紧邻既有铁路桥梁深基坑施工案例[J].石家庄铁路职业技术学院学报，2016，15（01）：42-46.

[3]杨磊.简述城际铁路深基坑施工安全的监理管理措施[J].居业，2019（02）：165，167.

作者:刘建冬 单位:中交第三航务工程局有限公司宁波分公司