廣州獵德大道下穿廣深鐵路工程設(shè)計(jì)與施工技術(shù)

劉寶權(quán)

(中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢(xún)集團(tuán)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(shí)為廣州亞運(yùn)會(huì)的勝利召開(kāi)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(diǎn)，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(chǎng)調(diào)查和鉆探揭露，結(jié)合室內(nèi)土工測(cè)試成果，擬建場(chǎng)地巖土層按其成因、物質(zhì)成分、力學(xué)強(qiáng)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(wú)特殊不良地質(zhì)。

1.2 工程的特點(diǎn)

(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(kāi)挖、邊支護(hù)、邊量測(cè)的暗挖的施工方法，但又區(qū)別于暗挖:無(wú)覆土，不能形成閉合的初期支護(hù)體系;該方案又不同于明挖基坑:常規(guī)的樁墻支護(hù)體系［2］由于要確保鐵路線路正常運(yùn)營(yíng)而無(wú)法實(shí)現(xiàn)。

(4)該橋體部分位于曲線部位。

(5)不中斷行車(chē)、無(wú)覆土，使列車(chē)活載、沖擊力部分通過(guò)路基作用在支護(hù)體系上，對(duì)支護(hù)體系的形成以及基坑的安全帶來(lái)不利。

(6)工期緊，工程影響重大。

2 方案優(yōu)化與實(shí)施

2.1 原方案概述

該工程原方案為頂進(jìn)地道橋方案，即利用頂進(jìn)設(shè)備將預(yù)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(duì)鐵路運(yùn)輸干擾時(shí)間短，不中斷行車(chē)，方案成熟，風(fēng)險(xiǎn)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(zhǎng)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(jìn)方案如下:對(duì)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(jìn)的施工方法;鐵路北側(cè)既有東莞莊跨線橋右幅橋4號(hào)橋墩基礎(chǔ)距鐵路路肩有20 m左右的長(zhǎng)度，通過(guò)分節(jié)可以滿足頂進(jìn)的凈空要求，但須對(duì)4號(hào)墩進(jìn)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(zhǎng)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(jìn)，但須完成拆遷。

2.2 方案調(diào)整及實(shí)施

E線工作坑?xùn)|側(cè)的樓房地下車(chē)庫(kù)出入口在頂進(jìn)滑板范圍，須進(jìn)行拆遷，但遲遲不能完成;南側(cè)220 kV高壓管線對(duì)頂進(jìn)后背施作存在一定的影響，實(shí)現(xiàn)高壓走廊的遷改后，在實(shí)施本工程更為合理;D線從北側(cè)實(shí)施場(chǎng)地較小，需要做平移后背，并須對(duì)廣園路4號(hào)墩進(jìn)行加固;上述干擾使工期風(fēng)險(xiǎn)出現(xiàn)預(yù)警，改變線路平縱斷面設(shè)計(jì)已經(jīng)來(lái)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(wú)法實(shí)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(jìn)行鐵路線路加固，采用臺(tái)階法開(kāi)挖，邊開(kāi)挖邊完成錨噴支護(hù)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(shè)計(jì)內(nèi)容與頂進(jìn)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(chē)荷載、沖擊力全部由線路加固體系承擔(dān)進(jìn)行計(jì)算，即為樁基礎(chǔ)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(jì)算，在線路兩側(cè)設(shè)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(jìn)口處客走Ⅱ、機(jī)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(jì)算確定樁徑及配筋，承擔(dān)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(chē)安全，一律采用鋼護(hù)筒成樁。

2.2.2 補(bǔ)充基坑支護(hù)及開(kāi)挖方案

(1)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)方案(圖2)

圖2 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)斷面(單位:cm)

D、E線基坑支護(hù)采用土釘+錨索+型鋼噴射混凝土墻方案;主要承擔(dān)路基土壓力、施加在路基上的部分列車(chē)活載(設(shè)計(jì)中按照20 kPa)，按照明挖基坑的支護(hù)形式進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算;應(yīng)用理正軟件進(jìn)行模擬檢算，主要計(jì)算簡(jiǎn)圖及結(jié)果見(jiàn)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(jì)算分析、工程類(lèi)比［5］綜合確定，具體支護(hù)方案如下所述。

圖3 支護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算包絡(luò)圖

圖4 錨索設(shè)計(jì)計(jì)算簡(jiǎn)圖(單位:m)

表1 錨索設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果

初期支護(hù):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(zhǎng)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(shè)3道，間距3 m×3 m，按變更圖紙要求施加預(yù)應(yīng)力，水平方向夾角35°。

頂、底板上方設(shè)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(chē)荷載對(duì)初期支護(hù)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(jiàn)圖5，相當(dāng)于暗挖工法中的超前支護(hù)，作為安全儲(chǔ)備，從監(jiān)測(cè)的結(jié)果分析，已起到作用。

圖5 管棚布置示意(單位:cm)

(2)開(kāi)挖方案調(diào)整

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

圖6 暗挖施工現(xiàn)場(chǎng)

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

(4)橋兩側(cè)范圍內(nèi)注漿加固:由于本工程鐵路線路等級(jí)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(wèn)題等原因，在橋兩側(cè)范圍內(nèi)進(jìn)行注漿加固，實(shí)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(kāi)挖，施作鋼支撐、錨桿、錨索、噴射混凝土，及時(shí)施作主體底板結(jié)構(gòu);第二步:北端從北往南開(kāi)挖，并及時(shí)施作主體底板結(jié)構(gòu);第三步:完成中間部位開(kāi)挖、初支;第四步:施作邊墻、頂板主體結(jié)構(gòu)(由于監(jiān)測(cè)結(jié)果表明:初支變形不大(5 mm以?xún)?nèi))，故在貫通后實(shí)施上部主體結(jié)構(gòu))。

2.3 方案比較

與頂進(jìn)地道橋方案相比，本方案增加了基坑支護(hù)的設(shè)計(jì)、監(jiān)測(cè)內(nèi)容，調(diào)整了線路加固部分，但節(jié)省了頂進(jìn)后背、滑板以及頂進(jìn)費(fèi)用，故兩者投資基本相當(dāng)。本方案尚存在如下不足之處。

(1)工程風(fēng)險(xiǎn)大，設(shè)計(jì)、施工復(fù)雜。

(2)施工步驟多:分布開(kāi)挖、噴錨支護(hù)。

(3)施工難度大:保證初期支護(hù)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(lái)困難。

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

(5)對(duì)鐵路的影響時(shí)間長(zhǎng)。該工程在廣州東站進(jìn)出站咽喉區(qū)，直通過(guò)站的列車(chē)少，進(jìn)出站列車(chē)速度不快，盡管該工程限行時(shí)間較長(zhǎng)(約半年，鐵路限速45 km/h)，但限速本身對(duì)運(yùn)營(yíng)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(shí)現(xiàn)了亞運(yùn)會(huì)前通車(chē)的目標(biāo)。事實(shí)證明將兩個(gè)成熟的工法有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，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(chē)的基礎(chǔ)上，在列車(chē)活載的作用下，在線路加固體系的保護(hù)下，形成穩(wěn)定的初期支護(hù)體系，確保基坑的安全穩(wěn)定，保證主體結(jié)構(gòu)的實(shí)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(cè)，動(dòng)態(tài)指導(dǎo)施工，適時(shí)施作主體結(jié)構(gòu)，是本工程的保證。

總之在頂進(jìn)地道橋工法無(wú)法實(shí)現(xiàn)時(shí)，采用該方案，不失為一個(gè)解決問(wèn)題的好辦法，可為類(lèi)似工程借鑒。

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