临近既有铁路基坑开挖支护技术研究

秦开颜 戴嘉平

(镇江市交通投资建设发展公司，江苏镇江 212000)

0 引言

京沪高速铁路是中国《中长期铁路规划网》中“四纵四横”客运专线的南北向主骨架，全长1 318 km、设计时速350 km，是中国第一条具有世界先进水平的高速铁路[1-3]。京沪高速铁路全线实现道口的全立交和线路的全封闭，全线优先采用以桥代路方式，最大限度节约东部地区十分宝贵的土地资源。高铁建设过程中，保证跨线桥施工时既有铁路的安全是重中之重。因此，有必要开展临近既有铁路承台基坑开挖围护技术研究，确定安全经济的围护体系，通过数值模拟手段对方案进行优化，结合现场监测手段对施工进行控制，确保既有铁路的安全[4-7]。

本文结合京沪高铁跨既有沪宁铁路某桥墩基础承台施工工程介绍基坑围护方案，并采用平面数值分析方法对施工过程进行模拟，结合现场监测数据对围护方案进行论证。

1 工程概况

京沪高铁以及沪宁城际铁路运行路线局部与既有线京沪铁路(沪宁段)交汇，交汇处采用桥梁形式跨越。京沪高铁桥型布置为(60+100+60)m连续梁，与既有线斜交角21°;沪宁城际上行线与下行线桥型布置均为(57+100+63)m连续梁，与既有线斜交角分别为16°，21°。主墩基础均为钻孔灌注桩基础，双层承台，变截面圆端型桥墩，箱梁均为单箱单室预应力混凝土连续梁。其中承台最近角距离既有线外轨为4.10 m，基础埋深达3.621 m。

2 基坑支护方案

既有线的行车安全对承台开挖过程中的支护要求非常高，部分常用的基坑支护方法不再适用，如SMW工法，由于水泥土搅拌桩的施工对既有线的路基扰动较大，可能引起既有线路基的上拱变形，危及既有线上的行车安全;沉井施工较为方便快捷，但其下沉过程中对周围土体的扰动较大，施工引起周围土体的变形较大且不受控，故临近既有线施工并不可取。最终确定采用钢板桩围堰支护方案。

承台位置填高后，采用拉森Ⅳ型钢板桩防护，靠近铁路侧钢板桩紧贴承台边线插打，仅留下竹胶板模板的位置;远离铁路侧钢板桩距离承台边缘线1.2 m，桩顶高+3.352 m，桩顶高出地面0.5 m以防水，顶层围檩全部采用H400×400型钢，底层围檩靠铁路侧采用H400×400型钢，其余位置采用2Ⅰ56a型钢围檩，内支撑采用H400×400型钢，斜向支撑采用Ⅰ56a型钢，顶层标高为+2.852 m，底层标高为+0.852 m。钢板桩桩长12 m，桩底标高为 －8.648 m。

根据基坑开挖深度及施工工序设置内围檩及支撑，设置方法为:随基坑开挖深度依次安装顶层及底层内围檩及其相应的内支撑，开挖深度到位后浇筑封底混凝土前，将斜向支撑安装到位(体系转换)，施工完封底混凝土并达到设计强度后，拆除底层内支撑(临时支撑)，绑扎承台钢筋，浇筑底层承台混凝土，回填密实，绑扎顶层承台钢筋及墩身预埋钢筋，拆除顶层内支撑，浇筑顶层承台混凝土，达到强度后逐步拆除围檩及回填密实。

3 数值模拟

3.1 计算模型

承台基坑开挖对既有线沪宁铁路的影响主要是通过铁轨的位移变化来反映，因此数值模拟中采用多工序连续计算方法来模拟基坑开挖的实际施工情况。为充分模拟基坑开挖对沪宁铁路纵向变形的影响，考虑基坑距既有铁路中心不同距离分别建模计算，共选取6 种距离，L=4.58 m，6 m，8 m，12 m，16 m 和 20 m 进行分析。为减小数值模型中边界约束条件对计算结果产生的不利影响，计算模型的边界范围在各个方向上均大于3倍的开挖范围。具体计算时模型长度方向(X方向)左侧边界距基坑30 m，右侧边界距沪宁铁路路基20 m;深度方向(Y方向)底部边界距坑底20 m。

3.2 计算工况

由于基坑开挖过程中采用分步开挖方法，因此为合理的模拟基坑开挖过程中铁路路基地面沉降、钢板桩及H型钢的变形、内力随基坑开挖的发展，数值模拟中所采用的计算工况如下:工况1:土体初始应力状态计算，不计初始位移;工况2:列车荷载施加，不计产生位移;工况3:列车荷载卸除，不计产生位移;工况4:坑沿荷载施加及钢板桩施工，不计产生位移;工况5:第一步开挖至高程+2.852 m;工况6:设置第一道支撑，进行第二步开挖至+0.852 m高程;工况7:设置第二道支撑，进行第三步开挖至－1.147 m高程(坑底);工况8:设置斜支撑，封底混凝土施工及卸除第二道支撑;工况9:列车荷载施加(模拟列车经过，分两种情况:1)铁轨A有列车经过;2)铁轨A，B同时有列车经过，最不利工况)。

3.3 计算结果

基坑开挖引起沪宁铁路发生一定的侧向变形和沉降。沿铁路横向将铁轨分成10等分，每个铁轨布置11个数据采集点，位置如图1所示。针对基坑开挖过程中上述6种主要工况，分别计算铁轨A，B各采集点的侧向变形和沉降。各工况下铁轨表面水平位移分布及竖向位移分布如图2，图3所示。

图1 沪宁铁路表面变形数据采集点位置示意图

4 现场监测数据

承台施工前，距既有铁路线路外轨2 m的路基上埋设观测桩，埋入深度1 m～1.5 m。开挖前测好原始标高，承台开挖期间，每2 h采集数据一次，在基坑成型的初期、雨后、抽排水量较大的基坑，加大观测频率为每1 h采集数据一次，承台浇筑期间每天观测三次。预警值如下:在既有线不限速的情况下，路基沉降量大于2 mm/d或累计沉降量大于10 mm时必须停止施工;在既有线限速的情况下，路基沉降量大于8 mm/d或累计沉降量大于20 mm时必须停止施工。施工期间，路基的累积沉降量均小于8 mm，满足既有线上列车的行车安全要求。

5 结语

1)采用钢板桩加内支撑对临近既有铁路进行支护，对既有铁路路基影响小，施工快捷方便，能够有效控制基坑开挖变形对既有线的影响。2)为确保铁路交通安全，应避免列车在开挖基坑附近会车，并对列车经过基坑附近时的运行速度进行限制。

[1]铁建设[2007]47号，新建时速300～350公里客运专线铁路设计暂行规定[S].

[2]铁建设[2005]754号，客运专线无砟轨道铁路设计指南[S].

[3]铁建设[2006]158号，客运专线铁路无砟轨道铺设条件评估技术指南[S].

[4]张运杰.浅谈铁路深基坑支护设计和施工[J].工程科技，2010(5):67-71.

[5]罗 锟，雷晓燕.沪宁城际铁路基坑开挖对既有线动态影响分析[J].铁路工程学报，2010(9):5-8.

[6]马文东.临近既有铁路基坑支护方案的研究[J].山西建筑，2012，38(7):79-80.

[7]高成林.某高速铁路车站基坑开挖施工技术方案[J].铁道交通，2011(3):92-93.