（中國(guó)鐵建投資集團(tuán)有限公司，北京 100855）

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，存量鐵路、公路密度不斷提升，交叉下穿工程日益增多。既有鐵路下穿工程項(xiàng)目，需要在既有鐵路正常運(yùn)營(yíng)的情況下，采取措施完成新建工程的安全施工和運(yùn)營(yíng)。此類工程具有其特有的風(fēng)險(xiǎn)因素，在工程實(shí)踐中的控制措施也有其特殊性，往往是全線控制性工程。

1 箱涵頂進(jìn)施工方法簡(jiǎn)介

目前既有鐵路下穿工程施工主要采用箱涵頂進(jìn)法[1]。箱涵頂進(jìn)施工是在基坑滑板上預(yù)制箱涵，后置千斤頂頂推箱涵前進(jìn)，從而穿越既有線路。箱涵頂進(jìn)施工示意如圖1。

圖1 箱涵頂進(jìn)施工示意圖

2 主要風(fēng)險(xiǎn)源分析

受設(shè)計(jì)施工方案、水文地質(zhì)以及人為因素等多種因素影響，既有鐵路下穿工程安全風(fēng)險(xiǎn)源多種多樣，主要風(fēng)險(xiǎn)源均與路基變形和箱橋排水有關(guān)系，可細(xì)分為以下4 種。

2.1 箱涵頂進(jìn)

既有鐵路下穿工程施工過(guò)程中，頂推基坑開(kāi)挖和箱涵頂進(jìn)兩個(gè)階段都會(huì)對(duì)既有線路基造成擾動(dòng)?；娱_(kāi)挖會(huì)引起周圍土體水分喪失而固結(jié)，同時(shí)暴露土體失去基坑開(kāi)挖側(cè)的土壓力，既有線路基土體將在主動(dòng)土壓力作用下向開(kāi)挖側(cè)產(chǎn)生移動(dòng)，從而引起路基沉降與變形。箱涵頂進(jìn)過(guò)程中，雖然一般均會(huì)對(duì)既有鐵路線路進(jìn)行加固，例如進(jìn)行路基注漿、支撐樁及鋼架進(jìn)行路線架空等防護(hù)措施，但切削土體挖除勢(shì)必會(huì)擾動(dòng)掌子面前端土體的壓力平衡，進(jìn)而引起路基變形。

2.2 列車動(dòng)載

在既有鐵路線下施工時(shí)，列車動(dòng)荷載將直接擾動(dòng)下方土體。列車通過(guò)時(shí)會(huì)使軌道產(chǎn)生振動(dòng)，振動(dòng)荷載會(huì)進(jìn)一步傳導(dǎo)到路基上，引起路基土地振動(dòng)，且振動(dòng)荷載會(huì)隨著列車通過(guò)速度正比遞增，而且列車通行車次較多時(shí)，前后列車帶來(lái)的振動(dòng)能量將進(jìn)行疊加，進(jìn)而引起更大的路基擾動(dòng)。振動(dòng)荷載會(huì)增大土體的孔隙水壓力，產(chǎn)生塑性變形，塑性變形的積累會(huì)引起地基土體沉降。上海一號(hào)線在土體主次固結(jié)沉降完成后的4 年內(nèi)，在列車動(dòng)荷載作用下，地基又產(chǎn)生了14cm沉降[2]。

2.3 施工降水

箱涵頂推下穿既有鐵路，首先要開(kāi)挖基坑?；娱_(kāi)挖時(shí)，為維持基坑周圍土體的穩(wěn)定以及干作業(yè)要求，首先就要實(shí)施降水。由于需要下穿既有線路，通常要加大基坑開(kāi)挖深度，進(jìn)一步增加降水深度。降水施工會(huì)破壞原有地基的水土平衡，一方面降水時(shí)產(chǎn)生的曲線漏斗會(huì)導(dǎo)致孔隙水壓力減小，當(dāng)水位降深較大時(shí)，土體中砂石顆粒的壓縮量會(huì)顯著增大，另一方面隨著降水時(shí)間的延長(zhǎng)，黏性土固結(jié)也會(huì)持續(xù)增大。降水結(jié)束后，路基土體會(huì)產(chǎn)生回彈，從而對(duì)線路產(chǎn)生二次影響。同時(shí)，施工過(guò)程中會(huì)因降雨、施工用水等因素造成基坑積水，積水也會(huì)給工程帶來(lái)危害。

2.4 箱橋積水

路線交叉路段風(fēng)險(xiǎn)既存在于施工階段，也存在于運(yùn)營(yíng)階段，其中箱橋積水是最主要的運(yùn)營(yíng)安全風(fēng)險(xiǎn)源之一。例如，某公鐵交叉路段，公路變坡點(diǎn)間距長(zhǎng)達(dá)4km，路面與地面的最大高差達(dá)7m，匯水面積達(dá)3 萬(wàn)平方米，如突發(fā)暴雨將對(duì)交通安全造成重大威脅，即使少量積水，也會(huì)由于摩阻力的瞬間減小而導(dǎo)致高速行駛中的車輛失控，所以在運(yùn)營(yíng)期必須高度重視箱橋積水的排除。

3 路基變形控制和箱橋排水措施

基于以上風(fēng)險(xiǎn)源的存在，必須采取相應(yīng)的防控措施加以控制，以保障工程施工的質(zhì)量和安全。

3.1 基坑開(kāi)挖控制

基坑開(kāi)挖尺寸主要根據(jù)箱涵大小并考慮滑板尺寸和預(yù)留工作空間來(lái)確定，在可以確保安全的條件下，應(yīng)制定合理的施工方案，盡可能減少土方挖填。當(dāng)施工場(chǎng)地狹小時(shí)，可以施做鋼板樁圍護(hù)，必要時(shí)配合進(jìn)行坑內(nèi)支撐。后背墻施工應(yīng)與基坑開(kāi)挖同步進(jìn)行，為減少挖填量和后方土體的密實(shí)性，可在基坑開(kāi)挖前首先施工鋼板樁并兼做后背墻。

基坑開(kāi)挖過(guò)程中，當(dāng)開(kāi)挖深度較淺時(shí)，路基沉降控制相對(duì)容易；當(dāng)開(kāi)挖深度較大后，對(duì)既有鐵路軌道的影響會(huì)呈波浪形起伏，此時(shí)，需安排人員全天候監(jiān)測(cè)鐵路軌道的變形情況，沉降量偏大時(shí)應(yīng)立即采取措施糾正，確保既有鐵路的安全運(yùn)營(yíng)。當(dāng)開(kāi)挖深度快達(dá)到設(shè)計(jì)深度時(shí)，要避免擾動(dòng)坑底土壤，一般預(yù)留20～30cm 土留待施工滑板前人工挖除。

施工降排水是基坑開(kāi)挖過(guò)程中的重要一環(huán)，需要考慮排水溝和集水井等排水設(shè)施的尺寸，既可以保證基坑開(kāi)挖干作業(yè)的要求，也有利于箱涵頂進(jìn)工作的安全?；娱_(kāi)挖時(shí)，應(yīng)提前擬定開(kāi)挖順序和層次，以順利排水。

3.2 箱涵頂進(jìn)控制

箱涵頂進(jìn)過(guò)程中，當(dāng)將主體結(jié)構(gòu)頂推至橫梁下時(shí)，在頂板上安裝鋼墊板和滑輪并支撐住鋼橫梁底面，空隙打入木楔，間距4m 設(shè)置一排。當(dāng)箱涵主體結(jié)構(gòu)到達(dá)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)跟前時(shí)，先拆除圍護(hù)結(jié)構(gòu)，再繼續(xù)頂進(jìn)。為保證安全，應(yīng)在兩排滑輪之間安放枕木，以分擔(dān)滑輪承受的部分荷載，提高安全系數(shù)。箱涵頂推操作流程如圖2。

圖2 箱涵頂進(jìn)基本操作流程

箱涵頂進(jìn)施工應(yīng)布置觀察站，同步監(jiān)測(cè)施工區(qū)域周邊的變形情況。具體布置方法如下：觀測(cè)站的位置應(yīng)與施工區(qū)域保持安全距離，在箱涵頂板角部、后背墻及既有線路相應(yīng)位置，設(shè)置標(biāo)尺以便于觀測(cè)。千斤頂頂進(jìn)應(yīng)利用列車通過(guò)的時(shí)間間隙進(jìn)行，整個(gè)過(guò)程要在指揮人員的統(tǒng)一指揮下進(jìn)行。頂進(jìn)挖土應(yīng)堅(jiān)持列車通過(guò)時(shí)不挖、千斤頂頂進(jìn)時(shí)不挖、監(jiān)測(cè)異常時(shí)不挖的“三不挖原則”。

3.3 列車通行速度控制

列車通行速度對(duì)下穿頂推工程的路基變形具有重大影響，速度越快，變性越大，因此需要和鐵路運(yùn)營(yíng)單位交涉對(duì)接列車通行速度。施工單位應(yīng)提前向運(yùn)營(yíng)單位報(bào)送施工方案，重點(diǎn)是工程對(duì)列車運(yùn)營(yíng)速度的要求。此過(guò)程一般由鐵路管理單位進(jìn)行審批，列車調(diào)度員根據(jù)審批文件向有關(guān)單位發(fā)送限速通行指令。

3.4 基坑降水控制

基坑開(kāi)挖前一般先施做管井，提前將地下水降至安全水位，如基坑開(kāi)挖深度較大且地下水水量較大，單獨(dú)利用管井降水效果不佳時(shí)，可考慮施工輕型井點(diǎn)配合管井一同降水。如圖3。

圖3 基坑降水示意圖

3.5 線路路基加固控制

3.5.1 鐵路線路加固

既有鐵路下穿工程一般采用鋼便梁搭配鋼筋混凝土樁柱組合架空既有線路。線路架空法一般采用鋼筋混凝土樁柱作為架空結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，然后將鋼便梁架設(shè)在樁基上以支撐既有線路。由于鋼筋混凝土樁基難以拆除，可考慮采用SMW 工法樁等易于回收處理的樁基代替。同時(shí)，應(yīng)在既有鐵路軌道兩側(cè)用倒鏈將其固定，以防止頂推過(guò)程中的軌道偏移。

3.5.2 路基土體加固

為維持路基穩(wěn)定性，保證箱涵順利通過(guò)既有線路，需要對(duì)路基周邊土體進(jìn)行加固。路基加固一般采用注漿加固方式，注漿材料一般為砂漿，注漿壓力視具體地質(zhì)情況設(shè)定，箱涵頂進(jìn)前對(duì)路基進(jìn)行一次注漿，箱橋就位后對(duì)其二次注漿。注漿過(guò)程應(yīng)注意連續(xù)進(jìn)行，且應(yīng)隔孔注漿，加固區(qū)域要覆蓋整個(gè)下穿斷面且有富余。路基及邊坡加固還可結(jié)合拼接式螺旋鋼樁[3]和模袋混凝土等工藝進(jìn)行綜合處理。

3.6 箱橋排水控制

交叉路段路面排水應(yīng)摒棄之前“只排不蓄”的方式[4]，可考慮采用“集水井+滲井”組合方式排水。當(dāng)積水量較小時(shí)，利用滲井自然排水，當(dāng)積水量較大時(shí)，利用集水井內(nèi)水泵進(jìn)行排水。

3.6.1 集水井的應(yīng)用

在交叉路段最低標(biāo)高處施做雨水井，在交叉路段以外施做集水井，雨水井內(nèi)水流通過(guò)波紋管匯集到集水井。集水井除了集水、蓄水之外，還可以作為蒸發(fā)池。集水井大小應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)刈畲髥挝幻娣e降雨量、匯水面積和容量系數(shù)確定，原則是確保雨水能迅速排入集水井，集水井內(nèi)水泵可以及時(shí)將過(guò)量雨水排入外部水系。為充分利用集水井的調(diào)蓄功能，集水井內(nèi)可布置多級(jí)水泵。雨季來(lái)臨，集水井首先利用自身容量匯集雨水，當(dāng)水位達(dá)到第一預(yù)警值時(shí)，對(duì)應(yīng)第一級(jí)水泵啟動(dòng)排水；當(dāng)雨水量過(guò)大、一級(jí)水泵難以滿足排水需求時(shí)，設(shè)置第二級(jí)水位預(yù)警值，水位到達(dá)第二級(jí)預(yù)警值時(shí)啟動(dòng)第二級(jí)水泵，一級(jí)水泵關(guān)閉；若仍然無(wú)法及時(shí)排水、水位升至第三級(jí)預(yù)警值時(shí)，可設(shè)置第一級(jí)和第二級(jí)水泵同時(shí)啟動(dòng)。如圖4 所示。

圖4 交叉路段路面排水示意圖

3.6.2 滲井的應(yīng)用

滲井可以通過(guò)施做穿過(guò)不透水土層的井管將集水井中剩余的少量積水引入地下較深的含水層。下部含水層要有一定厚度，可以容納足量水流，最為關(guān)鍵的是下部含水層的水頭高度要低于集水井內(nèi)水頭高度。由于土體側(cè)向滲透性大于豎向滲透性[5]，所以滲井開(kāi)挖時(shí)盡量增加直徑以增大側(cè)面積。滲井內(nèi)應(yīng)填充中粗砂，含泥量一般不超過(guò)5%，且粒徑不宜過(guò)大，避免水土流固耦合作用的阻塞。滲井主要用于降雨量較小時(shí)，排水量需求小，不需動(dòng)用水泵即可自然滲水，維護(hù)簡(jiǎn)單、成本較低。

4 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)既有鐵路下穿工程箱涵頂進(jìn)施工路基變形以及運(yùn)營(yíng)期箱橋路面積水兩方面風(fēng)險(xiǎn)，提出了較為具體的控制措施，對(duì)于建設(shè)期在基坑開(kāi)挖、箱橋頂進(jìn)、列車通行速度控制、基坑降水、線路加固和路基土體加固等方面制定了具體的施工控制措施，對(duì)于運(yùn)營(yíng)期交叉路段路面排水方案進(jìn)行了研究，對(duì)工程實(shí)踐具有一定的借鑒意義。