連續梁橋鄰近既有線施工防護方案及控制措施

劉柏忠LIU Bai-zhong

（中鐵六局集團有限公司，北京100086）

0 引言

隨著我國公路、鐵路、市政建設事業的大力推進，連續梁橋數量越來越多，部分鐵路施工為既有線擴能改造施工，增建雙線或新建鐵路時鄰近既有線施工，施工時為保證新建橋梁施工不影響既有線路的正常運營，保證行車的安全，一方面要防止施工時侵限對既有線行駛車輛的危害，另一方面要保證新建橋梁的橋墩基礎施工不影響既有線線路狀況，確保施工過程中既有鐵路的運營安全。本文通過具體工程實例，就懸澆連續梁鄰近既有線施工采取的防護方案及措施進行探討。

1 工程概況

天津鐵路樞紐西南環線工程小孫莊特大橋位于天津市西青區境內，為雙線鐵路特大橋，在跨越鴨淀水庫揚水站地下管道及匯水池時采用40+64+40m 連續梁橋通過。

連續梁橋位里程為LGDK16+855.44 ～LGDK17+001.04（120#～123#墩），處于直線段和2.8‰坡段，橋上線間距4.0m。

本橋與既有李港鐵路平行，位于既有鐵路左側約10m，基礎采用鉆孔樁，橋墩邊墩為圓端型，主墩121#、122# 承臺邊緣距離既有李港鐵路中心6m。主墩121#、122#墩身高均為3.5m，墩頂截面尺寸為7.6m*3.2m，墩身坡度50:1；邊墩120#、123#墩身高度分別為1.5m、1m，墩頂截面尺寸為7.4m*2.4m，墩身坡度45:1。（如圖1）

圖1 施工現場平面示意圖

主要施工方案：采用反循環鉆施工鉆孔樁，鋼板樁防護開挖基坑，橋墩采用定制鋼模板，懸臂箱梁采用菱形掛籃懸臂澆筑法施工，0 號段采用鋼管柱、碗扣式腳手架支架現澆施工，邊跨現澆段箱梁采用滿堂支架法施工，合龍段箱梁采用吊架法施工。

2 鄰近既有線防護方案主要考慮的重點要素

鄰近既有線防護主要解決一是基坑施工時要確保路基穩定，二是梁部施工時防止侵入既有鐵路限界，三是從行車控制角度防止既有線本身安全事故的發生。

2.1 基坑施工

防護方案的制定選擇主要從以下幾個方面考慮：基坑深度、距離，防護的工藝措施，主要是控制在施工過程當中及基坑回填后的一段時間內，鄰近的既有線路基不位移，下沉控制在一定的范圍內。

2.2 梁部施工

由于離既有線距離近，梁部施工時要采取可靠的措施，防止在施工過程當中侵入鐵路限界，防止高空墜物損壞鐵路設施，影響鐵路行車。

2.3 采取綜合控制措施

對既有線線路狀況進行監控，并從行車角度采取相應的預防措施。

3 基坑防護方案

施工地點位于天津市西青區鴨淀水庫揚水站與既有李港鐵路之間。因場地影響限制及基坑開挖深度較深，決定采用鋼板樁支護。（表1）

表1 120#-123# 墩承臺尺寸及基坑深度表 （單位：m）

因該橋121#、122# 墩的承臺施工基坑較深，故以121#墩為檢算對象來確定基坑支護方案。

3.1 施工方案

3.1.1 鋼板樁選擇

因地下水位較高，采用止水鋼板樁施工，鋼板樁為小鎖口，止水能力強，寬度40cm，重77.7kg/m，根據本工程地質情況，選定拉森Ⅳ型鋼板樁。

拉森Ⅳ鋼板樁尺寸及技術規格見圖2 及表2。

表2 鋼板樁型號與技術規格

圖2 拉森Ⅳ鋼板樁尺寸及技術規格

鋼板樁進場前要檢查驗收整理，發現缺陷隨時調整或更換，在運輸和堆放時不得使其彎曲變形，避免重壓和碰撞，尤其對連鎖口要小心謹慎。

鋼板樁插打前要將樁尖處的凹槽底口認真封閉，不得將泥土擠入，鎖口處涂黃油或機油，如有鎖口變形、銹蝕嚴重的鋼板樁，立即整修。轉角處要用90 度轉角樁。

3.1.2 鋼板樁及支撐布置

鋼板樁及圍檁施工布置：本基坑鋼板樁圍堰按承臺尺寸每側各預留1.0m 操作空間布置，支護設置內支撐2 處，分別為內支撐1 及內支撐2。內支撐1 采用雙層拼接400*400*15*15mmH 型鋼，沿基坑周邊鋼板樁內側布置，基坑四個角分別設2 道角撐，角撐采用φ600 鋼管支撐。內支撐-2 采用雙層拼接600*300*15*15mmH 型鋼支撐，沿基坑周邊鋼板樁內側布置封閉，基坑四個角分別設2 道角撐，角撐采用φ600 鋼管支撐。如圖3、圖4 所示。

圖3 121# 墩——承臺基坑平面圖（單位：m）

圖4 121# 墩——橫橋向承臺基坑斷面圖（單位：m）

3.2 基坑支護方案的確定

小孫莊特大橋121#、122#墩基坑開挖面尺寸最大，以其中基坑深度最深的121#墩基坑為例進行計算。

3.2.1 設計資料

樁頂高程H1：2.2m，地下水位H2：0.30m，地面標高H0：2.0m，開挖底面標高 H3：-3.63m，開挖深度 H：5.63m，基坑開挖長a=16.6m，基坑開挖寬b=12.6m。土的容重加權平均值 γ：18kN/m3，內摩擦角平均值 Ф：20°，均布荷載 q：根據橋墩基坑開挖與既有李港線相對關系，取經計算的靠基坑邊緣處最大荷載為45kN/m2。

3.2.2 外力計算

作用于鋼板樁上的土壓力強度Ka：

Ka=tg2（45°-φ/2）=tg2（45-20/2）=0.49

Kp=tg2（45°+φ/2）=tg2（45+20/2）=2.04

鋼板樁外側均布荷載換算填土高度h：

h=q/γ=45/18=2.5m

樁頂以上土的壓力強度Pa1：

Pa1=γ×（h+0.1)Ka=18×（2.5+0.1）×0.49=22.93kN/m2

同上，經過計算：

水位土壓力強度Pa2= 22.03kN/m2，

開挖面土壓力強度Pa3=46.73kN/m2，

開挖面水壓力（圍堰抽水后）Pa4=63.00kN/m2。

3.2.3 確定內支撐層數及間距

按等彎距布置，確定各層支撐的Ⅳ型鋼板樁，能承受的最大彎距確定板樁頂懸臂端的最大允許跨度h：

各支撐按等彎矩布置，計算如下：

h1=1.11h=3.12m

h2=0.88h=2.47m

h3=0.77h=2.16m

因此，需2 層支撐。

根據現場情況，確定支撐位置，如圖5 所示。

圖5 支撐位置圖

h=0.83m，h1=2m，h2=3.0m。

3.2.4 計算鋼板樁入土深度，確定樁長

采用盾恩近似法，土壓力分布如圖6 所示。

圖6 壓力分布圖

假設主動土壓力在地面為三角形分布，開挖面下為矩形分布，并假設CE 的荷載CMG'E 一半傳至C 點上，另一半由坑底土壓力DF'E 承受，由幾何關系可得：

γ（Kp-Ka）x2-KaγHx=KaγHL5

其中：L5 為第二道支撐距坑底距離，根據前面計算，已經確定為3m。

簡化為：x2-0.89x-3.1=0 解得x=2.26m

采用1.2 安全系數計算，則入土深度為2.71m。因此選用鋼板樁長度為:5.83+2.71=8.54m，可選用長度為9m 的鋼板樁。

該工點地下水位高，結合基底土質情況，分析認為可能會出現基底反滲現象。鄰近的既有鐵路路基土體要特別注意避免水土流失，如果基底出現涌水、流沙現象，就會造成既有線路基的下沉，出現行車安全隱患。考慮到以上因素，在認真研究地質情況以后，決定采用樁長為12m 的鋼板樁，打入下層的不透水層，強化止水作用。鋼板樁實際入土深度為12-5.83=6.17m，也更有利于穩定。

3.2.5 其他檢算

此外，還需要對選擇的鋼板樁截面、圍檁受力、支撐桿受力等進行檢算，經檢算，其強度、穩定性均滿足要求。

122 號墩基坑其受力狀況好于121 號墩，參照上述檢算進行即可。實際現場施工時，因基坑尺寸變化不大，采用了與121 號墩相同的布置。

3.2.6 專家論證

按照建設部《危險性較大工程安全專項施工方案編制及專家論證審查辦法》的要求，基坑支護工程開挖深度超過5m（含5m）的基坑（槽）并采用支護結構施工的工程；或基坑雖未超過5m，但地質條件和周圍環境復雜、地下水位在坑底以上等工程，需要進行專家論證。本支護方案按照相關要求組織了專家論證，加長使用鋼板樁的做法得到專家的肯定，方案順利通過。

4 梁部施工控制

4.1 防墜落施工措施

①在掛籃吊架上滿鋪木板，木板與型鋼固定，木板厚度不小于為5cm。

②在掛籃上四周設密網鋼絲網封閉，防止鋼筋、石子、雜物掉落到橋下。

4.2 懸澆箱梁施工安全防護措施

①加強高空作業安全防護，作業人員必須帶安全帶，臨邊處均要按要求設置高度不小于1.2m 的圍護欄桿，并掛安全防護網。

②加強職工安全教育培訓，禁止向橋下拋灑物品，不用的機具、材料等廢棄物及時清運下橋。

③對施工使用的塔吊、卷揚機等設備，及時檢查、維修保養。所有電器線路要規范鋪設，定時檢查，安全用電。

④每節段施工前后，要檢查掛籃位置、前后吊帶、掛架、錨桿等關鍵受力部位的安全情況，填寫檢查報告，發現問題及時處理。

4.3 掛籃移動及拆除控制措施

采用全液壓同步頂推方法，移籃平穩、速度快，掛籃整體降幅小，保證了鄰近既有鐵路線的安全。掛籃移動過程中采用4 臺、最大伸長量800mm 的液壓千斤頂，臨時固接在滑道上，同步頂進，避免了掛籃劇烈擺動，安全可靠。

懸澆梁梁體合攏后，掛籃退回0#塊位置，利用吊車拆除。拆除時，申請天窗點在鐵路封閉時間段內拆除作業。

5 綜合防護

5.1 加強與鐵路運營部門工作協調

①與鐵路局工務、車務、電務、供電、通信等部門簽訂“既有線線施工安全協議”，明確施工時間、地點、懸臂梁澆筑要點、安全防護問題，在保證安全行車的前提下，研究解決運營與施工的矛盾。

②施工前辦理封鎖要點及列車慢行計劃手續，等鐵路運輸部門批準后，方可施工。現場派駐站聯絡員，配備對講機等聯絡通訊工具，保持與車站與現場人員聯絡。

③在施工地段設線路巡道員3 人，日夜三班不間斷巡道，認真檢查施工地段線路狀況，發現問題及時處理。

5.2 現場施工安全組織及安全保證措施

①在小孫莊特大橋121#、122# 墩承臺墩身施工期間，項目部每天要進行一次現場檢查，保證施工安全及工程質量。

②加強既有李港鐵路沉降觀測。基坑兩側順線路方向100m 范圍內，每隔10m 設一處觀測點，觀測點設在鋼軌頂面上，在枕木上用油漆標記。每天觀測觀測2 次，必要時增加觀測次數。

③現場設專職安全員，認真落實安全生產責任制，把各項安全職責及安全措施落實到人到位，發現問題，及時改正。

④堅持安全培訓教育，現場安全員或技術人員針對施工作業項目，開展具體安全現場教育培訓。

⑤施工前組織相關人員對所采用掛籃、機具、模板、防護等方案進行詳細檢查，確保安全第一。

⑥及時與鐵路運營部門聯系，及時掌握列車運行時刻，列車通過時停止一切施工作業，確保鐵路列車安全運營。

6 結束語

本工程最終能夠順利實施，與合理地制定施工方案并認真地執行是分不開的，對此有兩點體會。

6.1 方案制定安全第一

基坑支護是一種施工中的臨時結構，目前投入的比重越來越大，逐漸成為項目費用中一個不可忽視部分。施工單位在臨時結構設計中充分考慮各種因素，對設計進行各種方案優化比選，是降低工程成本的有效途徑之一。但是不能盲目地單純考慮經濟效益。本方案在確定樁長時，在滿足受力要求、結構穩定的情況下，充分考慮了現場實際情況進行了加長，主要是從保證鄰近的既有鐵路安全的角度考慮的。因此，在投入與安全相互矛盾時，必須考慮安全第一，在確保安全的前提下，優化臨時結構布置，這樣確定的方案才是合理的方案，這一點對于施工企業和社會經濟發展都具有十分重要的現實意義。

6.2 加強施工現場綜合治理，方能確保施工順利進行

本工程施工過程中嚴格執行方案，并與鐵路運營部門密切合作，深基坑施工時路基未發生可觀測到的位移、沉降在允許范圍之內，未發生鐵路侵限等任何安全事故。本懸灌連續梁的安全順利竣工，除了可行的施工方案、有力的安全防護措施之外，更需要有勇于擔當、有強烈責任心的現場管理及施工作業人員，才能保證臨近鐵路既有線施工安全順利完成。