市政道路明挖下穿鐵路橋梁施工技術安全影響的初步探討

摘 要：本研究針對鐵路橋梁受市政道路基坑下穿施工技術進行了分析研究，與鐵路沉降觀測技術規程相結合，對橋梁安全控制指標進行綜合擬定，分別探討了基坑支護體系影響基坑兩側橋梁樁基承臺及豎直位移方面的程度。結果顯示市政道路基坑變形及穩定性與一級基坑設計要求相符，對既有鐵路橋梁在基坑開挖施工中受到較小程度的基礎沉降影響，鐵路橋梁沉降及控制變形的相關指標要求可得到滿足。

關鍵詞：下穿鐵路橋梁;市政道路施工;施工安全

1 工程基本情況

某工程位于城市主干道，按照50千米/小時的時速進行設計，全長8.2千米，車道3.6米寬，雙向八車道，標準橫斷面51米寬，下穿市域鐵路橋梁結構，進入鐵路規劃控制區的道路涵洞主體結構，基坑圍護結構與鐵路線承臺結構之間只有0.9米的凈距離。道路涵洞下穿市域鐵路的橫斷面為：布置中孔行車主輔道橫斷面都是0.4米（包括內襯、防撞設施及裝飾面層）+ 0.3米+ 3.6×2 車道+0.3米+0.4米（內襯、防撞設施）=9米，敞開段布置在邊孔非車道橫斷面。因道路下穿鐵路段主要是淤泥地層，土質較高的含水量和壓縮性、不具有較高強度、較小的滲透系數，流變性明顯，大部分結構性的靈敏度較高。開挖基坑導致圍護結構、基坑底部及基坑外土體等產生一定程度的變形，影響基坑附近環境。[1]所以要分析橋梁結構對市域鐵路下穿施工中影響其安全的程度，為鐵路線路結構及其運營安全提供保證。

2 工程地質情況

本工程施工建設場地沿線主要分布為軟土地質，具有壓縮性較高、抗剪強度低、承載力低、較高的含水量、較高的靈敏度及較大的孔隙比等特點。道路框架涵洞下穿鐵路處于淤泥層，填筑路基過程中易導致沉降過大及沉降不均勻等問題，應采取軟基處理方法。[2]

3 工程設計

上跨道路處采用60米連續梁主跨的橋梁孔跨，單箱單室預應力混凝土結構的連續梁，對其應用分段支架法進行現澆施工，橋墩為矩形實體，主跨承臺為順橋向8.5米×橫橋向12.5米，2.5米厚，樁基礎1.25米共10根按照梅花式進行布置。下穿鐵路部位的處立交橋采用四孔分離式框架涵洞，各孔寬度都是8.4米，涵洞與鐵路中心線為90度交角，主車道箱為7.3米高，輔道箱為7.5米高，沿線路方向箱身一節為15米長。因建設地區地質為深厚層淤泥，本工程基坑應用1米的雙排鉆孔灌注樁，30米樁長，樁之間相距1.2米，排樁之間相距2.5米，兩排樁都存在冠梁寬1.4米，高0.8米。兩排冠梁之間設置的一道連梁寬1.0米，高0.8米，間隔2.4米。采取0.6米旋噴樁對雙排樁之間的土進行滿堂加固，土體加固1個月后抗壓強度應大于1兆帕，加固12米深。將旋噴樁裙邊與抽條設置在坑底用于加固，加固最小12米厚。復合地基承載力在加固后應大于120千帕。框架結構基底在鐵路橋下設置800毫米的承載樁，橫向樁之間有2.4米距離，公路線路縱向之間存在5—7米距離，承載樁同時用于抗浮樁。將一道鋼筋混凝土設在基坑用于支撐，將一道6.1厘米×1.6厘米的鋼管設置在基坑內坑底以上5.0米用于支撐，施工基坑支護后排樁時，在市域鐵路影響范圍內采用全樁長鋼護筒，使基坑支護結構減小因變形導致鐵路橋梁產生傾斜、沉降。[3]

4 控制標準

開挖任何基坑都將導致基坑附近地層產生沉降變形不均勻的問題，對附近的建筑結構有一定影響，尤其是對市政工程影響較大甚至會破壞市政管網。與橋梁變形在鐵路線路維修管理標準及鐵路沉降觀測技術規程中的限值相結合，并參考橋梁結構變形在相關規范中的具體要求，對監控量測技術措施綜合考慮并分析，市政道路施工可采用橋墩傾斜率及墩頂位移值作為控制鐵路橋梁安全的指標。

5對橋梁施工技術安全的影響

5.1驗算基坑變形及穩定性

根據《建筑基坑支護技術規程》及相關施工經驗對基坑安全等級進行確定，存在重要保護建筑物及不小于10米深的基坑為一級支護基坑;不大于5米深的基坑并不存在特別要求為三級基坑;不屬于以上兩種情況為二級基坑。對市政道路從鐵路橋梁基坑下穿的本工程采用深基坑支擋結構分析計算軟件驗算基坑穩定性及其變形，開挖基坑7.9米深，基坑確定為一級安全等級，基坑穩定性及其變形等指標與一級基坑設計要求相符。[4]

5.2分析三維數值

開挖基坑時，周邊土層受到土層變形和釋放地層應力的影響，所以，分析影響附近建筑物環境的程度是開挖基坑的關鍵。開挖基坑應設計方案及采取的支護措施，制定詳細的工序和科學合理的措施，為開挖基坑及順利實施基礎施工提供保證。此外，開挖基坑中應對附近建筑物加強觀測其產生的沉降變形，對建筑物受開挖基坑的影響綜合考慮，避免由于開挖基坑造成附近建筑物產生變形過大或沉降不均勻問題，造成建筑物出現開裂甚至發生倒塌等嚴重后果。針對本研究的工程施工中，若產生過大沉降，相鄰兩橋墩之間將產生過大的沉降差，可能對鐵路行車舒適度、耐久性產生不利影響，甚至引發安全事故[5]。所以，開挖基坑控制影響周邊建筑物主要是避免附近建筑物產生過大變形而引發安全隱患。采用有限元軟件分析三維計算，結合理論分析及積累的施工經驗，模型為180米長，50米寬，100米高，應用內力收斂條件，采用0.001收斂精度，應用實體單元對巖土體、承臺及橋墩進行模擬，應用梁單元的橋樁、冠梁，結合剛度等效原理基坑圍護樁結構采用板單元，結合剛度等效原理對鋼支撐應用板單元進行模擬。完成市政道路開挖基坑后分別在鐵路橋梁及開挖市政道路路基坑面導致地層最大隆起量100.5毫米，沉降量4.82毫米。開挖基坑影響鐵路，主要是在結構上產生沉降變形，其中橋墩沉降值達到最大4.82毫米，其它3處橋墩產生比較接近的沉降變形，只有較小的水平高差。承臺頂面在完成開挖基坑后，其豎向最大位移為4.2毫米，承臺頂面最大水平位移為2.8毫米。承臺之間最大沉降的差異為2.6毫米，與控制要求相符。在施工現場中，應加強必要的監測及相應管控。[6]

6結語

綜上所述，結合基坑穩定性驗算，其變形及穩定性與一級基坑設計要求相符。如果非機動車道路面標高不能降到現狀地面，應將永久反壓平臺設置在橋墩另一側用于對側土壓力的平衡。混凝土或漿砌片石護面設置在反壓平臺表面，用于使耐久性提高。本工程建設區域軟土層深厚，偏壓堆載時間較長導致橋墩產生非彈性位移的橫向變形，進而影響鐵路運營安全。

參考文獻：

[1] 馬士讓.城市道路下穿高速鐵路橋梁設計施工關鍵技術研究[J]，北方交通，2018.16

[2] 萬巧，吳彪，王杰.某城市道路下穿既有鐵路橋梁施工安全影響分析[J]，交通科技，2018.7

[3] 鄭軼雄.明挖通道下穿既有高速橋梁的安全施工措施[J]，山西建筑，2017.11

[4] 關莎莎.新建道路開挖對鄰近高鐵橋梁施工及運營的影響分析[J]，中外建筑，2019.3

[5] 盧再光，王為林.地鐵隧道下穿鐵路橋梁施工技術的探析[J]，建材與裝飾，2018.10

[6] 趙克生.淺埋暗挖法地鐵區間隧道零距離下穿既有線施工技術[J]，鐵道標準設計，2017.6

作者簡介：李翼（1987-），男，漢族，江蘇省徐州人，大學本科學歷，研究方向：市政道路與橋梁。