復雜地質條件下鐵路路基人工挖孔樁施工技術

王樹峰，龔 政，閆學沖，譚鑫亮，劉鑫章

（中建三局集團有限公司工程總承包公司，湖北 十堰 442000）

隨著城市化進程的加快，越來越多的市政道路需要穿越鐵路，在市政道路施工時由于鐵路運輸保通需要而對鐵路進行架空保護，但多數位于城區的鐵路周邊環境復雜，施工難度很大。為了盡量減少對鐵路運行的影響，符合鐵路部門相關文件要求，鐵路架空保護支護樁常常采用人工挖孔施工。

1 工程概況

十堰市林蔭大道3 號線下穿東風鐵路通道工程位于十堰市武當路美地天城小區旁，是林蔭大道3 號線道路工程的控制性工程，其貫通可有效打通武當路到重慶路的交通壁壘，對完善十堰市城區路網建設具有十分重要的意義。

根據地勘情況，下穿鐵路通道附近地勘孔鉆至61m 深，未遇中風化及高強度巖層，主要由兩層組成：第一層為雜填土，層厚約8.5～15.5m，主要是開山碎巖塊、巖屑、巖粉及粘性土等；第二層為強風化絹云母石英片巖層，主要礦物成分為石英、鈉長石和絹云母，巖體組織結構基本破壞，完整性差，巖體破碎，巖芯主要為針狀巖渣，屬極軟巖，巖體基本質量等級為V 級，局部夾中分化薄層。未見明顯地下水和暗河。工程地質剖面如圖1 所示。

圖1 工程地質剖面圖

由于設計支護樁位于鐵路軌道旁，受鐵路安全限界的要求，其地勘孔未與支護樁設計位置重合，全部在設計位置2m 以外，根據十堰復雜多變的地質情況以及歷史經驗，以上地勘結果僅作為參考。

另外通過現場查看，在鐵路路基下方有一橫穿鐵路路基的現狀混凝土涵洞，經測量復核發現，該涵洞位于通道底板以下，但平面位置與支護樁3-1、3-2 略有沖突，將對該兩根樁的施工產生一定影響。

如圖2 所示，下穿通道主體結構縱向全長21.6m，橫向由2 個獨立的、平行的鋼筋混凝土閉合式框架結構組成，兩箱凈距為0.04m，每個箱涵寬14.75m，頂底板厚1.0m，側墻厚0.9m，框架凈高10m，通道頂部覆土約1～2m，鐵路位于覆土層上。

圖2 通道標準斷面圖

由于設計采用通道下穿鐵路的方式，其通道主體結構采用原位現澆，在施工時需首先對鐵路進行架空保護。架空保護采用位于鐵路附近的10根支護樁作支撐，8 道鐵路保護專用D 便梁位于支護樁頂，以承托列車和軌道的荷載，這樣就直接將其荷載傳遞至通道底板以下的地基，為通道現澆施工創造了工作條件。其支護樁采用鋼筋混凝土實心方樁，設計尺寸為1.5m×1.5m，樁長為18～28m，共5 排合計10 根，即每排兩根，同時為增大樁底的承載力，在樁基底部設計了擴大頭，最大直徑2.8m，深度2.65m。布置如圖3 所示。

圖3 通道支護設計立面圖和平面圖

2 主要施工工藝

2.1 普通人工挖土

對于表層雜填土，多是鐵路路基建設時期的回填土，土質較均一，開挖較容易，采用常規的普通人工挖土施工工藝即可滿足要求。

具體工藝流程如圖4 所示。

圖4 施工流程圖

首先在樁位中心點處放出位置，確定首節樁孔截面的尺寸，撒石灰線作為樁孔開挖尺寸線。樁孔開挖采用從上至下分節挖土法，先挖出樁孔的中心部分，再擴散到周邊普通土層，每節挖土1m，人工手持鐵鍬逐層挖掘。鐵鍬鏟土裝入吊桶，用卷揚機提升機提升至地面，至地面后用裝載機鏟運至附近的堆土位置做后期填土用。

待樁孔每開挖到1m 后，清理孔壁，校核垂直度以及樁孔尺寸，根據設計圖紙以及技術交底要求進行護壁鋼筋綁扎，主筋采用螺紋C20mm，箍筋采用?8mm。第一節護壁高出地面30cm，防止水和雜物掉入孔內傷人。護壁模板采用木模，護壁混凝土采用C25，厚度20cm，振搗密實。待達到混凝土設計強度后，拆除模板，進行下一節開挖，循環作業。

該方法為常規施工工藝，適用于無地下水的雜填土層，操作簡單，無需特殊工具，且效率高。

2.2 超前支護護壁

在施工支護樁2-1、2-2 時，當挖至約7m 處出現流動性極強的淤泥（流泥），詢問得知修建該鐵路前此處有一河流，據此推斷該流泥與該河道多年沉積淤泥有關，通過挖孔發現該處流泥穩定性極差，護壁極易垮塌，按普通人工挖土施工方法已不可行。

針對該情況，項目研究確定了“超前支護，短掘進，強護壁”的施工方法。具體工藝流程為：采用袋裝粘土封堵→護壁斜插鋼筋→護壁調整施工→澆筑混凝土→拆模下挖。

當遇到流泥時，首先擴大孔徑并采取袋裝粘土對流泥進行封堵，同步沿護壁內側斜向插入直徑16mm、長2.5m 的鋼筋以固定粘土袋和附近土層，其次將護壁節段調整至0.4m，厚度調整至0.5m，進一步降低了側壁垮塌的風險，最后澆筑混凝土，待達到設計強度后拆模，進行下一節段施工，循環作業，直至不出現流泥。流泥處理示意圖如圖5 所示。

圖5 流泥處理示意圖

本方法利用了隧道施工時超前支護的工藝原理，成功解決了流泥易造成護壁垮塌的問題，具有施工簡單、效率較高、代價較小的特點。

2.3 普通風鎬鑿除

雜填土和流泥挖除都可采用常規的鐵鍬或洛陽鏟等簡單工具進行施工，當遇到強風化絹云母石英片巖層后，采用這些簡單工具施工已比較困難，進而采用另外一種比較常規的風鎬鑿除工藝進行施工，其工藝流程與普通人工挖土類似。

具體工藝流程為：風鎬鑿除→石方清運→清理孔壁、校核垂直度和尺寸→綁扎護壁構造鋼筋→安裝護壁模板→澆筑護壁混凝土→拆模下挖。

采用風鎬鑿除的施工方法，可有效解決強風化巖層石頭偏硬的問題，效率較高，這也是人工挖孔比較常規的一種方法。

2.4 水磨鉆破除既有箱涵

在人工挖孔樁中間2 根樁3-1、3-2 掘進至約20m 時，遇到既有混凝土箱涵的側壁，通過現場破壁試驗，該箱涵采用片石混凝土結構，強度較高，采用風鎬破除效率較低，不能滿足工期要求，按常規方法，一般采用爆破施工，但此處爆破施工存在3 個問題：①爆破手續復雜，流程長，同樣不能滿足工期要求；②該樁緊鄰鐵路軌道，采用爆破易產生震動，對鐵路運行安全產生影響，極難通過鐵路部門的安全許可；③該樁僅與現狀箱涵的部分側壁沖突，采用爆破施工極易造成該箱涵側壁的整體破壞，不僅會影響鐵路路基的安全，還會增加后續的箱涵處理流程，給該位置人工挖孔樁護壁施工也帶來一定難度。

基于以上問題，項目綜合比較后采用水磨鉆的施工工藝。具體工藝流程為：水磨鉆鑿除箱涵→廢棄物清運→成孔驗收→綁扎護壁構造鋼筋→安裝護壁模板→澆筑護壁混凝土→拆模下挖。

水磨鉆施工采用小型電動機，沿挖孔樁外徑成環狀布置，由外側向內側推進施工，將既有箱涵一步步鑿除，然后清運廢棄物，再綁扎護壁鋼筋，進行護壁澆筑，待強度達到后拆模，進行下一節段施工，循環作業，直至穿過既有箱涵。

水磨鉆施工是人工挖孔遇堅硬巖石不能采用爆破施工時的一種常用替代方法，相對爆破施工效率要低，但優勢是可克服爆破施工帶來的一些不利因素，在工程量不大的情況下可優先考慮此方法。

2.5 半支撐倒邊擴孔

當標準段挖孔結束后，需施工樁底擴大頭，根據設計，擴大頭全部位于強風化巖層中，無護壁，若采用整體斷面垂直下挖的方式，在上部已施工護壁的豎向荷載作用下，容易壓垮底部擴大頭的側壁，同時上方護壁也存在下滑的可能，帶來安全隱患，而且本項目在擴大頭開始施工時也出現了側壁強風化巖屑自然脫落的現象。為避免潛在的安全風險，在底部擴大頭開挖時，項目上采取半支撐倒邊擴孔施工工藝。具體工藝流程為：上方標準段完成→一半擴大頭施工→臨時支撐→另外一半擴大頭施工→混凝土澆筑。流程示意圖如圖6 所示。

圖6 半支撐倒邊施工流程圖

1）先開挖一邊的擴大頭，利用擴大頭保留部分對上部護壁形成支撐，防止上方護壁整體下滑。

2）對開挖好的擴大頭上方護壁進行臨時支撐：沿護壁環向每隔30cm 安裝支撐槽鋼，利用槽鋼給護壁的豎向潛在向下滑移提供反力，然后開挖第一步的擴大頭保留部分。

本項目擴大頭尺寸設計較大，側壁巖石風化程度較高，采用該方法有效地避免了上方護壁下滑的安全風險，為擴大頭施工提供了安全保障。

3 結語

1）臨近鐵路的人工挖孔施工風險較高，尤其是在地勘資料不能完全反映樁位地質的情況下，需根據現場實際情況逐一出具施工對策，綜合多種方法保障人工挖孔安全正常進行。

2）人工挖孔樁施工應隨時注意孔內不良地質，如流泥等，遇到此類情況時及時處理。

3）涉鐵施工是一項敏感工程，施工前需與鐵路部門做好溝通，在施工工藝的選擇上需充分考慮對鐵路的影響，如避免爆破等，防止外在環境對施工的干擾。