既有線涵洞接長開挖支護結構設計與施工

劉 偉

1.中國港灣西部非洲區域公司，科特迪瓦 999063 KTDW

2.中交一航局第五工程有限公司，河北 秦皇島 066000

1 工程概況

項目為30t煤運重載鐵路蒙華線，位于鄂爾多斯烏審旗，線路全長45.79km，施工線路內需修建涵洞74座，其中新建涵洞42座，既有線接長涵洞32座。接長涵洞中沒有明確給出開挖支護結構的涵洞25座，其余采用鉆孔防護樁支護結構。

2 既有線接長涵洞施工安全風險

根據《普速鐵路工務安全規則》（TG/GW 101—2014）、《鐵路營業線施工安全管理辦法》（TG/GW 106—2012）接長涵洞段落施工為Ⅲ級、A類施工，即影響范圍較小，安全風險較高。根據設計圖紙要求，接長涵洞施工前，必須拆除既有涵洞的翼墻及其基礎、護錐等結構。因此，必須首先對既有鐵路涵洞進行安全支護，否則在失去擋土結構后，極易引發既有鐵路路基邊坡滑動，造成重大安全事故。

3 設計比選方案

（1）采用拉森IV型鋼板樁進行支護，鋼板樁設2道圍檁，圍檁橫撐型鋼采用HW150mm×150mm×7mm×10mm。（2）采用36BH型鋼進行防護，防護結構設2道圍檁，圍檁橫撐型鋼采用HW150mm×150mm×7mm×10mm，型鋼中間填充木板擋土。

4 結構設計計算

4.1 拉森鋼板樁支護方案

根據《建筑基坑支護技術規程》（JGJ 120—2012），基本信息參數具體如表1所示。設計工況：根據鋼板樁開挖和支撐情況劃分為5級工況進行計算，工況信息如表2所示。經計算五種工況條件均能滿足規范要求。

表1 拉森鋼板樁支護結構基本信息參數表

表2 拉森鋼板樁支護方案工況信息表

4.2 H型鋼支護方案

根據《建筑基坑支護技術規程》（JGJ 120—2012），基本信息參數如表3所示。基本信息參數：根據鋼板樁開挖和支撐情況劃分為5級工況進行計算，工況信息如表4所示。經計算五種工況條件均能滿足規范要求。

表3 H型鋼支護結構基本信息參數表

表4 H型鋼支護方案工況信息表

4.3 鋼板樁試打

（1）施工機械：SH350型打樁機。（2）施工人員：管理人員1人，工人2人。（3）施工材料：10m拉森鋼板樁10根，10mH型鋼板樁。（4）試打位置：恩陶K151+687（1～4m）涵洞，涵洞頂標高1334.12m，地質條件由上至下為填筑土（細砂）（1334.12～1323.44m）、中砂（1323.44～1321.54m）。（5）試打施工：①進行拉森鋼板樁試打施工，試打結果基本滿足要求，但是因為支護結構存在弧度，拉森鋼板樁很難精確咬合連接，雖然起到了支護作用卻很難保證擋土，存在缺陷；②進行H型鋼板樁試打施工，試打結果滿足要求，并且H型鋼板樁在施打過程中間距容易控制，擋土問題可以通過后期開挖過程中插設擋土木板解決。通過試打施工，最終確定了接長涵洞的開挖支護結構采用H型鋼。

5 正式施工

5.1 施工工藝流程

具體施工流程為施工準備→填筑施工平臺→標定樁位→振動沉樁→分級開挖基坑→分級安裝橫撐圍檁及擋土板[1]。

5.2 測量放樣

利用GPS將H型鋼板樁樁位軸線放樣在邊坡上，灑白灰線進行標識，然后在白灰線上按間距400mm確定H型鋼板樁位置，并定白灰點。

5.3 H型鋼板樁運輸堆放

根據不同的涵洞高度確定H型鋼板樁的尺寸，組織8～12m H型鋼板樁700根進場。施工前，按事先確定好的施工順序將成品樁運輸至指定位置，堆放在樁機回轉半徑之內，約10m范圍內。

5.4 填筑施工平臺

使用ZL50裝載機進行平臺填筑施工，平臺高度與既有涵洞帽石齊平。

5.5 沉樁施工

施工機械采用SH350型打樁機，配備現場管理人員1人，操作工人2人。施工準備完成后，打樁機進入施工現場，按照預先定好的樁位將H型鋼板樁振動沉入，保證H型鋼板樁垂直度控制在2%范圍內[2]。平均每根樁施工時間為2min。

5.6 存在問題及解決措施

由于既有鐵路填料和地質的變化，部分鋼板樁施打區域存在紅砂巖。根據取樣檢測，紅砂巖抗壓強度為15MPa，使用SH350型打樁機施打鋼板樁時樁體不能有效貫入紅砂巖內，因此在施工過程中，部分樁體錨固深度不足，不能有效起到支護作用。根據現場實際情況，采取平移部分樁位以避開紅砂巖地質，交叉打設鋼板樁的方式解決樁體不能有效貫入紅砂巖內的問題。部分不能打設鋼板樁的區域采取分級開挖，分級噴射混凝土護面，開挖完成以后堆砌砂袋并噴射混凝土進行固結，設置型鋼橫撐，間距0.5m。橫撐與已打設完成的鋼板樁焊接連接[3]。部分既有涵洞上部存在接觸網回流線。

6 結束語

綜上所述，在臨近既有線施工前，應首先進行支護結構施工，使鋼板樁能夠承受原有路基的土壓力，以保證原有路基的穩定性。在使用破碎錘對既有涵洞的翼墻及基礎進行拆除的施工過程中，會對原有路基產生擾動，此時鋼板樁的受力由被動土壓力改為主動土壓力，施工結果表明H型鋼結構起到了良好的支護作用，未出現任何坍塌、滑坡等情況，這種施工方式能夠有效保證原有路基的整體穩定性，確保了既有線涵洞接長施工的順利進行，可以為類似既有線接長支護施工提供參考。