下穿鐵路頂進框架涵工作坑開挖施工技術探究

余冬冬

（中鐵二十四局集團浙江工程有限公司 浙江省杭州市 310002）

0 引言

本文以金華站貨場搬遷配套市政工程站西路下穿立交為研究對象，結合設計及現場情況，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范圍外進行框架箱體預制，箱體頂程為44m。框架箱體預制工作坑開挖面上口線路側距既有鐵路中心35m，開挖縱深為6.2m，為深基坑。開挖過程中基坑穩定性及對既有鐵路的行車安全影響控制有限。通過此次施工對下穿鐵路立交施工過程中框架箱體預制工作坑施工進行探究，提出施工過程中減少對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驗。

1 頂進框架預制工作坑施工方案優化

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孔框架結構等高，箱身軸線長18.0m，箱身總寬度40.0m。框架橋中兩中孔凈高6.2m，兩邊孔凈高6.6m。

1.2 現場地質情況

1.2.1 地形地貌

本工程基坑位于浙中丘陵盆地地區，地勢平坦、開闊。交通便利。地層巖性，自地面向下：耕植土，0～0.3m，σ0=0kPa；粉質黏土，可塑，0.3～4.3m，σ0=170kPa；粉質砂土，軟塑～可塑，4.3～4.8m，σ0=90kPa；圓礫，4.8～7.9m，σ0=300kPa；強風化巖，7.9～8.8m，σ0=300kPa；中風化巖，8.8m 以下，σ0=600kPa。

1.2.2 地下水類型

本工程基坑開挖范圍內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，為強透水層，基巖裂隙潛水賦存于基巖風化裂隙中，滲透性較差，為弱透水層。

1.3 方案優化

1.3.1 原設計方案

原設計方案采用距既有鐵路中心15m位置為邊線開挖工作坑，基坑靠既有線路側和后背側以直徑100cm鉆孔灌注樁的方式進行圍護，線路側樁長11m，后背側樁長9m，待圍護體系形成后再進行基坑開挖。

1.3.2 優化后方案

考慮工程地點地下水豐富、水位較高，對工作坑開挖影響比較大，為此項目部對工作坑四周外側加設深井降水，待周圍地下水位下降到位后再進行基坑開挖。同時考慮到對既有鐵路的影響，通過增大框架箱體的頂進行程，將工作坑位置在原設計的基礎上向遠離鐵路方向多移出20m，從而減少對營業線行車安全的影響。

1.4 施工流程圖

下穿鐵路立交頂進框架施工工藝流程圖見圖1。

圖1

1.5 管井降水

根據設計要求，本工程頂進工作坑由原地面高程33.1m開挖至高程26.9m，開挖深度6.2m，降水深度5m。工作坑所處位置最大含水層厚度，為6.5m，為創造施工條件，基坑中心水位應降至26.4m以下。根據地質資料得知，本工程基坑孔隙潛水主要以大氣降水豎向入滲補給及地表水體滲補為主，徑流較快，地下水排泄以徑流為主，蒸發為次。勘察期間實測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，為強透水層，滲透系數為50m/d，該層底板標高為26.9m。其上層為粉質粘土粉土層，土質較勻，滲透系數為0.05m/d。由此可知本工程主要透水層為粉砂層，而粉質粘土層幾乎不透水，計算時把該層設為隔水層。由于基底位于含水層，因此基坑開挖后，水主要靠基坑底部及外側潛水層補給。為防止基坑積水，擬在基坑內外側分別設明溝和井點相結合的降水方式，箱涵頂進期間采用真空深井與自吸式輕型井點相結合的降水措施。工作坑上口近似為長58m，寬36m的矩形截面，管井采用直徑50cm的HDPE雙壁波紋管。井點按距基坑上口四周邊線1m呈封閉的環形布置，采用自吸潛水降水。

根據計算及同類土質、累似工程降水經驗，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，施工時可根據場地條件因地置宜作適當移位，井位應避開地下管線并經建設單位指定認可后，方可施工。降水井深度12m，其中濾水管長1m，沉砂管長1m。孔口應高于地面50cm，井深應從孔口起算（此部分用磚作井圈），降水井成井直徑為70cm，井應保持垂直、不縮頸。濾水管布置在管井下部，濾水管之上為井壁管。

采用泥漿護壁旋轉鉆進成孔，應采用合適的施工工藝及泥漿濃度。鉆進過程中不應出現塌孔、卡鉆等現象。鉆進成孔后，應及時采用活塞及空壓機洗井，洗去孔壁泥皮及抽出含水層內泥漿，直至地下水流通暢、井內可抽出大量清水為止，含砂率宜小于萬分之二。采用自吸式深井潛水泵進行管井降水，水泵流量50t/h，揚程28m，額定功率4.5kW。并保持20%的完好備用泵，井內水泵損壞后，應即時進行更換、維修。水泵抽水后，降水人員采取兩班制24h連續值班。

1.6 工作坑開挖

工作坑開挖深度為6.2m，采用二級放坡的形式進行開挖施工，放坡坡度為1：1，開挖至3.1m深時設置2m寬工作平臺，工作坑隨開挖即鋪設φ6@30×30cm鋼筋網，噴射10cm厚的C20混凝土。工作坑設位移觀測點、沉降觀測點以監測基坑安全。

工作坑內采用分層逐級開挖方案，采用機械配以人工分層進行挖土。每層挖土方厚度為0.8m，機械挖至剩余厚度0.5m時采用人工挖土，基坑四周設置環形排水溝。距基坑兩側10m范圍嚴禁運土車與重型機械行走，并禁止堆放材料。開挖出的土方嚴格按照事先指定的地點堆放，堆放地點必須遠離基坑上口邊緣10m以外，同時不得影響施工測量等工作。

1.7 監測

深基坑開挖工程中，對基坑的動態監測是保證其穩定性的重要手段。監測過程中必須按照要求保證監測頻率，并做好記錄與數據計算，及時向現場施工負責人反饋監測情況。由于鄰近營業線考慮到基坑開挖對既有鐵路的影響，本工程基坑設計安全等級為一級，因此除了對工作坑的監測以外，還應對既有鐵路進行動態監測。

1.7.1 監測內容

既有鐵路軌道變形、既有鐵路路基變形、基坑支護結構變形、周邊土體變形、臨近管線位移和沉降監測以及地下水位監測。

1.7.2 監測措施

（1）為確保既有線施工安全，設置觀測樁，安排專業人員現場監測，掌握路基及軌道的變化情況，及時處理可能影響既有線安全的工程施工。

（2）與設備管理單位簽定安全協議，辦理有關手續后方可進場。

（3）設置數量及方式：觀測點全部采用方格網布置，特殊地點除外。加固地段既有鐵路兩側路肩、坡腳外2m處設置觀測樁，沿鐵路方向平均每5m設置一處沉降和位移觀測點。基坑支護監測點設置基坑坡頂每20m設置一個觀測點。地下水位觀測孔沿基坑場邊布設，每20m設置1孔。周邊土體監測點沿基坑四周每25m設置1監測點。

（4）基坑開挖期間對列車實行慢行，期間軌道幾何狀態每2h檢查一次，有超限及時消滅，檢查、消滅要做記錄。路基或基坑邊坡開挖后，應結合位移、下沉的觀測結果，增加檢查遍數，以達到隨時掌握路基變化情況，控制軌道幾何狀態之目的。

（5）對軌道幾何狀態實施檢查的同時，要檢查軌道結構狀態，對缺、損、松的零配件，要及時補齊、更換、擰緊，見圖2。

圖2

1.8 分析

由于工作坑的平面位置較原設計方案向遠離既有鐵路方向多移出20m，以及管井降水體系的形成，經監測數據顯示，各觀測點的累計變化量均在要求范圍內，此次方案優化既保證了基坑的穩定性，又有效的減小了對既有鐵路行車安全的影響。比原計劃工期縮短了60d，節約成本約140萬。

2 結語

在下穿鐵路框架涵頂進施工中，頂進框架基坑施工過程中應注意：

（1）基坑的平面位置選擇。

（2）基坑降水。

（3）基坑及既有鐵路監測。

此方法經實踐，在施工過程中能夠滿足安全、技術要求，可為今后的下穿既有鐵路立交施工提供一定的經驗參考。