明挖隧道長距離下穿繁忙鐵路站場的分區施工方案

盧裕杰 賈萱 秦丁伊

中鐵第五勘察設計院集團有限公司， 北京 102600

城市道路、公路下穿既有鐵路時，為了保證鐵路安全，需對股道進行加固。如在湘潭市白河大道［1］、韓城市G327 過境公路［2］、南寧市貴廣解放路［3］、南京市黃家圩路［4］、佛山市河東中心路［5］等項目中，均采用了鋼便梁 + 支撐樁體系，保證下穿鐵路順利實施。

安康北環線位于安康中心城北側付家河與關廟漢江大橋之間，是城市總體規劃中環城干道的重要組成部分，設計時速60 km。道路與既有安康東站平面交叉，以隧道形式下穿車站。安康東站為混合式三級五場車站，年吞吐能力超過60 萬噸，在西部大開發和帶動陜南經濟發展中發揮著重要作用。

下穿工程采用D 型鋼便梁對鐵路股道進行加固，由于縱梁高于鐵路軌面149 ～ 749 mm［6］，被加固的股道無法進行列車技術檢查，需要暫停運營。安康東站極其繁忙，需合理規劃施工步驟，做到分區施工，以確保下穿工程的可實施性和滿足站場最低運營要求。

1 工程概況

安康北環線隧道工程采用明挖法依次下穿安康東站貨場線、Ⅴ場1 ～ 10 道、車輛走行線、貨車疏解上行線共13股鐵路，下穿段全長170 m。其中，Ⅴ場及車輛走行線平行布置，線間距分別為5.0、5.5、6.5 m。隧道中線與貨場線、Ⅴ場及貨車疏解上行線的夾角分別為78°、64°和71°，如圖1所示。

圖1 隧道與鐵路平面關系及施工分區

隧道采用分離式矩形框架結構，凈寬13.0 m，凈高6.5 ～ 9.5 m，左右幅凈距約7.2 m，隧道頂至軌頂的距離為1.02 ～ 1.84 m。開挖深度范圍內地層為第四系全新統人工堆積層雜填土及粉質黏土，Ⅱ級普通土；基底以下為第四系上更新統沖積層卵石土，Ⅲ級硬土；基巖為志留系下統石牛欄組云母片巖，Ⅳ級軟石。地下水位于基底以下。

為了保證下穿施工時鐵路股道安全，結合隧道分幅布置的特點，采用了D 型鋼便梁加固。主跨采用D24 型鋼便梁加固隧道上方的股道，副跨采用D16 型鋼便梁加固基坑放坡影響范圍內的股道。鋼便梁支承于?1.5 m 或?1.8 m 的鉆孔灌注樁上，主跨、副跨樁長分別為23、16 m，樁底深入卵石層，見圖2。

圖2 隧道及鐵路加固橫斷面

2 施工方案

為了降低下穿施工對站場的影響，要盡可能減少同一時間段內加固的股道數量，并在隧道施工完成后盡快回填，拆除鋼便梁，盡早恢復鐵路運營。因此，提出了分區加固、放坡開挖、垂直回填的綜合施工方案。

分區加固：為保證站場作業的最低要求，運營的股道數量不得低于總股道的60%，需要對股道加固統籌安排，分段施工，分區加固。

放坡開挖：由于站場內股道密集，無法打設圍護樁進行基坑垂直開挖，因此需在股道加固范圍內采用放坡開挖。

垂直回填：在隧道結構達到設計強度后，在當前施工分區后方端頭設置擋墻，基坑回填后盡早恢復鐵路運營，為下一個施工分區提供作業空間。

3 施工關鍵技術

3.1 施工組織

由于Ⅴ場和車輛走行線較密集，線間距小，因此對隧道下穿該區段進行分析。依據分區加固設計思路，將下穿段分成4個施工分區，參見圖1。

1區采用鋼便梁加固1 ～ 4道，此時5 ～ 10道及走行線正常運營。加固完成后，開挖1、2道下方的基坑，現澆1、2 道下方隧道。待結構到達設計強度后，回填基坑，恢復鐵路運營。

在2 區內，新加固5、6 道，此時1、2、7 ～ 10 道及走行線正常運營。加固完成后開挖3、4 道下方基坑，現澆3、4道下方隧道。

以此類推，直至完成全部下穿工程。分區施工順序見表1。以2區為例，沿隧道縱向的施工情況見圖3。

表1 分區施工順序

圖3 第2施工分區沿隧道縱向的施工情況

3.2 放坡開挖

當基坑采用放坡形式開挖時，先根據地層巖性、地下水位、開挖深度等因素確定坡率。基坑大小也決定了鐵路站場受影響的范圍。隧道位于粉質黏土層，地下水位于基底以下，最大開挖深度約12.93 m。參照GB 50330 —2013《建筑邊坡工程技術規范》，坡率不應大于1∶1。

為研究坡頂變形與坡率關系，確定最大坡率，采用MIDAS/GTS 建立數值模型，對不同坡率條件下邊坡變形量進行分析，見圖4。

圖4 數值模型

考慮邊界效應影響，模型的長、寬、高分別為200、100、60 m，長度方向為安康東站鐵路股道的走行方向。采用四面體實體單元模擬地層和隧道結構，地層采用Mohr-Coulomb 本構模型，隧道結構采用彈性模型，加固系統和鐵路軌道采用梁單元模擬。單元共計108 738個，節點20 137個。

依據地勘報告［7］確定土層計算參數，見表2。

表2 計算參數

不同坡率時坡頂的最大水平位移見圖5?？芍浩马斪畲笏轿灰齐S坡率減少而降低；坡率為1∶1時，坡頂最大水平位移為7.34 mm，滿足規范要求。

圖5 不同坡率時坡頂的最大水平位移

基坑方案為：坡率1∶1，每6 m 設置一級2 m 寬平臺；邊坡臨空面采用錨噴支護，C25 混凝土，厚10 cm；鋼筋網為?8@25 cm × 25 cm；砂漿錨桿為?22@1.5 m ×1.5 m，梅花形布置，長6 m。為了減少基坑影響范圍，坑底設置坡腳擋墻收坡，擋墻高度、墻角寬度和墻頂寬度分別為4.0、2.0和1.2 m，如圖6所示。

圖6 基坑開挖橫斷面（半幅）

采用TB/ T 3466—2016《鐵路列車荷載圖式》中的客貨共線鐵路普通荷載作用于股道上按照表1的施工順序計算可得不同施工分區基坑開挖時，站場內未加固股道的水平、豎向位移，見表3。水平位移以1 道指向10道為正，反之為負；豎向位移以隆起為正，沉降為負；有的股道處于加固狀態，未采集數據。

根據TB 10314—2021《鄰近鐵路營業線施工安全監測技術規程》，普速鐵路軌道水平、豎向位移的控制值分別為 ±7 mm、-8 ～ 3 mm。由表3可知：基坑開挖過程中股道最大水平位移為-1.94 mm，最大豎向位移為-7.77 mm，滿足規范要求。

3.3 加筋土擋墻及級配碎石注漿回填

當隧道結構達到設計強度時，其基坑段落應盡快回填，以降低對站場的影響。因為回填擋墻為臨時結構，在滿足性能要求的同時還應施工簡便、快捷。加筋土擋墻是一種由填土、筋帶和面板組成的擋土墻，經數值模擬及模型試驗研究［8-10］，能夠滿足上述要求。擋墻采用C25 預制混凝土面板，厚度0.18 m；鋼塑土工加筋帶長9 m，在基坑10 m 深度范圍以內為4 根/m，10 m深度范圍以外為6根/m，如圖7所示。

圖7 加筋土擋墻剖面

回填材料選用級配碎石，最大粒徑不超過45 mm，粒徑小于0.02 mm 的碎石質量百分率不大于3%，不均勻系數Cu≥ 15、曲率系數Cc為1 ～ 3。

因為回填區域在鐵路下方，受凈高限制，無法使用大型壓實機具。為保證回填密實度和防止漿液殘余水沉積在隧道底部不易排出，通過現場試驗，確定水與水泥的重量比為1∶1，注漿壓力不大于0.5 MPa。

采用壓實系數、地基系數作為回填控制指標?；脖韺訅簩嵪禂?.95，地基系數150 MPa/m；基床底層壓實系數0.93，地基系數130 MPa/m。驗收合格后，拆除擋墻，恢復鐵路運營。

通過數值分析得到基坑回填后拆除鋼便梁階段，股道的最大水平、豎向位移，見表4。可知，股道的最大水平位移為1.65 mm，最大豎向位移為-7.42 mm，滿足規范要求。

表4 基坑回填后拆除鋼便梁階段股道的最大水平、豎向位移

4 現場實施情況

通過監測結果可知，在基坑開挖和回填階段，股道最大豎向變形分別為-7.39、-7.01 mm，先后出現在Ⅴ場5 道和4 道。監測結果與數值模擬結果一致，變形值均滿足規范要求。

按照分區加固、放坡開挖、垂直回填的施工方案，做好施工組織。安康北環線不僅成功、安全地下穿了安康東站，而且保證了安康東站的正常運營。

5 結論

1）分區加固減少了站場內受影響的股道數量，滿足站場的最低運營要求，確保了下穿方案的可行性。

2）1∶1 坡率放坡開挖，輔以坡腳擋墻等措施，減少了基坑開挖的影響范圍。

3）在施工分區端頭設置加筋土擋墻，使基坑垂直回填后可以盡早恢復鐵路運營。選用級配碎石并注漿，保障了回填密實度，解決了鐵路下方由于高度受限無法使用大型壓實機具的問題。

4）通過數值模擬及現場監測，隧道下穿過程中鐵路股道變形滿足規范要求，站場的基本作業得到保障，分區加固、放坡開挖、垂直回填的施工方案可行。