廣州獵德大道下穿廣深鐵路工程設計與施工技術(shù)

劉寶權(quán)

(中鐵工程設計咨詢集團有限公司城交院，北京 100055)

1 工程概況

為緩解廣州市區(qū)的交通壓力，同時為廣州亞運會的勝利召開提供可靠的交通保障，廣州修建第二條南北大通道獵德大道，該下穿鐵路工程是其中一部分，在天壽路、廣園東路節(jié)點，以地道橋形式下穿廣深鐵路，如圖1所示。

圖1 廣州獵德大道D線、E線平面布置

1.1 地質(zhì)情況

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查和鉆探揭露，結(jié)合室內(nèi)土工測試成果，擬建場地巖土層按其成因、物質(zhì)成分、力學強度自上而下可分為人工填土層(、第四系沖積土層、第四系殘積土層及震旦系基巖(Z);無特殊不良地質(zhì)。

1.2 工程的特點

(1)該工程位于廣州東站的出站咽喉區(qū)(里程K9+471.5)。

(2)穿越股道、道岔多。

(3)采用邊開挖、邊支護、邊量測的暗挖的施工方法，但又區(qū)別于暗挖:無覆土，不能形成閉合的初期支護體系;該方案又不同于明挖基坑:常規(guī)的樁墻支護體系［2］由于要確保鐵路線路正常運營而無法實現(xiàn)。

(4)該橋體部分位于曲線部位。

(5)不中斷行車、無覆土，使列車活載、沖擊力部分通過路基作用在支護體系上，對支護體系的形成以及基坑的安全帶來不利。

(6)工期緊，工程影響重大。

2 方案優(yōu)化與實施

2.1 原方案概述

該工程原方案為頂進地道橋方案，即利用頂進設備將預制好的地道橋逐漸頂入路基，以構(gòu)成立體交叉通道。該方案中對鐵路運輸干擾時間短，不中斷行車，方案成熟，風險小。

D線1-14.0 m，正常段采用C40鋼筋混凝土，結(jié)構(gòu)頂板厚0.9 m，底板厚1.1 m，邊墻厚0.8 m，凈高5.9 m。曲線加寬段結(jié)構(gòu)頂板厚1.0 m，底板厚1.3 m，凈高5.7 m;直線段軸線與廣深Ⅰ線法線方向的夾角為21.51°，橋長為52.664 m，其中D線小里程端的4.679 m位于R=40 m的圓曲線上;其后20 m為緩和曲線。頂進方案如下:對直線+緩和曲線段分3節(jié)，采用從北側(cè)分節(jié)中繼間法頂進的施工方法;鐵路北側(cè)既有東莞莊跨線橋右幅橋4號橋墩基礎距鐵路路肩有20 m左右的長度，通過分節(jié)可以滿足頂進的凈空要求，但須對4號墩進行加固。

E線1-11.0 m框架，采用C40鋼筋混凝土，結(jié)構(gòu)頂板厚0.8 m，底板厚1.0 m，邊墻厚0.8 m，凈高6.0 m;軸線與線路法線方向的夾角為9.6°，橋長為42.00 m，其中大里程端3.847 m位于線路中心線R=22.5 m的圓曲線上，經(jīng)研究確定從南側(cè)分節(jié)頂進，但須完成拆遷。

2.2 方案調(diào)整及實施

E線工作坑東側(cè)的樓房地下車庫出入口在頂進滑板范圍，須進行拆遷，但遲遲不能完成;南側(cè)220 kV高壓管線對頂進后背施作存在一定的影響，實現(xiàn)高壓走廊的遷改后，在實施本工程更為合理;D線從北側(cè)實施場地較小，需要做平移后背，并須對廣園路4號墩進行加固;上述干擾使工期風險出現(xiàn)預警，改變線路平縱斷面設計已經(jīng)來不及，相鄰工程已部分完成主體結(jié)構(gòu)，不加大埋深則暗挖工法無法實現(xiàn)。經(jīng)研究論證，采取以下措施:維持線路平縱斷面不變，主體結(jié)構(gòu)不變，采用扣軌縱橫梁體系進行鐵路線路加固，采用臺階法開挖，邊開挖邊完成錨噴支護體系，最后完成主體結(jié)構(gòu)混凝土的澆筑工作，即“扣軌縱橫梁+暗挖”方案。

主體結(jié)構(gòu)斷面尺寸等的設計內(nèi)容與頂進地道橋工法相同，在此不再陳述。方案主要調(diào)整內(nèi)容如下所述。

2.2.1 線路加固措施調(diào)整

(1)由于采用“扣軌縱橫梁+暗挖”方案，按列車荷載、沖擊力全部由線路加固體系承擔進行計算，即為樁基礎鐵路鋼便橋，縱橫梁體系要轉(zhuǎn)換為縱梁受力為主，需要滿足跨度上的要求。因此經(jīng)計算，在線路兩側(cè)設置2道縱梁，每道縱梁由3根I50b型鋼組成，縱梁的跨度不得大于7.5 m。

(2)橫梁的布置，正常單線段的橫梁采用I50b型鋼，間距0.9 m，橫梁跨度不得大于5.0 m，在交分道岔特殊段:D線出口附近客走Ⅰ、客走Ⅱ線附近范圍;E線進口處客走Ⅱ、機待線范圍，采用I50b型鋼，間距0.3 m，橫梁跨度不得大于10.0 m。

(3)根據(jù)計算確定樁徑及配筋，承擔梁體系施加的荷載，增加樁的數(shù)量;由于在鐵路路基上施工，為確保行車安全，一律采用鋼護筒成樁。

2.2.2 補充基坑支護及開挖方案

(1)基坑支護結(jié)構(gòu)方案(圖2)

圖2 基坑支護結(jié)構(gòu)斷面(單位:cm)

D、E線基坑支護采用土釘+錨索+型鋼噴射混凝土墻方案;主要承擔路基土壓力、施加在路基上的部分列車活載(設計中按照20 kPa)，按照明挖基坑的支護形式進行設計計算;應用理正軟件進行模擬檢算，主要計算簡圖及結(jié)果見圖3、圖4和表1。

根據(jù)本工程所處的環(huán)境、工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、基坑深度，經(jīng)計算分析、工程類比［5］綜合確定，具體支護方案如下所述。

圖3 支護結(jié)構(gòu)計算包絡圖

圖4 錨索設計計算簡圖(單位:m)

表1 錨索設計計算結(jié)果

初期支護:I22a型鋼，間距500 mm、直徑22 mm、間距150 mm的縱向連接鋼筋，噴射混凝土厚度250 mm;

鋼筋錨桿(土釘)直徑25 mm、間距800 mm×800 mm、長12 m、梅花形布置，鉆孔直徑為130 mm，采用純水泥漿注漿，水平方向夾角15°。

錨索共設3道，間距3 m×3 m，按變更圖紙要求施加預應力，水平方向夾角35°。

頂、底板上方設置鋼支撐(φ400 mm，壁厚20 mm，間距5 m)、鋼腰梁;頂撐盡量布置在線路兩鋼軌下方，并注意與縱橫梁的懸吊連接(每根不少于2處)。

為緩解列車荷載對初期支護形成的影響，在基坑兩側(cè)樁外側(cè)施作2排φ108 mm的管棚，具體布置詳見圖5，相當于暗挖工法中的超前支護，作為安全儲備，從監(jiān)測的結(jié)果分析，已起到作用。

圖5 管棚布置示意(單位:cm)

(2)開挖方案調(diào)整

為保持掌子面及基坑穩(wěn)定，采用臺階法施工，邊開挖、邊支護、邊量測，使基坑處于安全的狀態(tài)。

圖6 暗挖施工現(xiàn)場

(3)加強基坑內(nèi)的監(jiān)測:主要補充初支邊墻收斂量測、錨索的內(nèi)力量測;

(4)橋兩側(cè)范圍內(nèi)注漿加固:由于本工程鐵路線路等級高、道岔區(qū)整體(道岔組、道岔群)的沉降要求、保證軌道電路不出現(xiàn)問題等原因，在橋兩側(cè)范圍內(nèi)進行注漿加固，實施袖筏管注漿，以滿足其變形控制要求。

(5)施工工序調(diào)整

第一步:南端往北分部開挖，施作鋼支撐、錨桿、錨索、噴射混凝土，及時施作主體底板結(jié)構(gòu);第二步:北端從北往南開挖，并及時施作主體底板結(jié)構(gòu);第三步:完成中間部位開挖、初支;第四步:施作邊墻、頂板主體結(jié)構(gòu)(由于監(jiān)測結(jié)果表明:初支變形不大(5 mm以內(nèi))，故在貫通后實施上部主體結(jié)構(gòu))。

2.3 方案比較

與頂進地道橋方案相比，本方案增加了基坑支護的設計、監(jiān)測內(nèi)容，調(diào)整了線路加固部分，但節(jié)省了頂進后背、滑板以及頂進費用，故兩者投資基本相當。本方案尚存在如下不足之處。

(1)工程風險大，設計、施工復雜。

(2)施工步驟多:分布開挖、噴錨支護。

(3)施工難度大:保證初期支護的整體質(zhì)量;頂板的施工空間非常狹小，給主體結(jié)構(gòu)的澆筑混凝土帶來困難。

(4)要求高:確保初期支護、主體結(jié)構(gòu)的混凝土質(zhì)量，監(jiān)控量測要指導施工，岔區(qū)的保護措施要求高。

(5)對鐵路的影響時間長。該工程在廣州東站進出站咽喉區(qū)，直通過站的列車少，進出站列車速度不快，盡管該工程限行時間較長(約半年，鐵路限速45 km/h)，但限速本身對運營的影響小。

3 結(jié)論

該工程于2010年8月28日主體結(jié)構(gòu)竣工，全面實現(xiàn)了亞運會前通車的目標。事實證明將兩個成熟的工法有機的結(jié)合起來，形成的“扣軌縱橫梁體系+暗挖”方案是可行的。

該工程在不中斷行車的基礎上，在列車活載的作用下，在線路加固體系的保護下，形成穩(wěn)定的初期支護體系，確保基坑的安全穩(wěn)定，保證主體結(jié)構(gòu)的實施是本工程的關(guān)鍵;其間完善線路加固的措施、加大監(jiān)控量測，動態(tài)指導施工，適時施作主體結(jié)構(gòu)，是本工程的保證。

總之在頂進地道橋工法無法實現(xiàn)時，采用該方案，不失為一個解決問題的好辦法，可為類似工程借鑒。

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