鐵路線下框架橋底部地下管廊施工方法分析

張 漢 (安徽鐵建工程有限公司，安徽 蚌埠 233040)

1 引言

城市道路與鐵路平面上相互交叉時，往往采用地道橋下穿方式通過鐵路交口。城市道路下穿既有鐵路，通常采用框架橋頂進(jìn)方式實(shí)施[1-6]，該施工方法對既有鐵路營業(yè)線干擾小，下穿框架橋的占地面積較小，對提高城市土地的利用率有利，也符合城市景觀要求。

另外，隨著城市的發(fā)展，越來越重視對城市管廊的建設(shè)。城市管廊具有綜合性、長效性、可維護(hù)性、安全性、環(huán)保性、低成本等優(yōu)點(diǎn)，可有效解決地上、地下管線重復(fù)建設(shè)的突出問題，是“智慧城市”建設(shè)的重要內(nèi)容之一[7-10]。

由于涉鐵工程的特殊性，鐵路營業(yè)線下方城市道路框架橋施工時，可將地下管廊與框架橋同步設(shè)計、同步施工，實(shí)現(xiàn)對鐵路的最小化干擾。受鐵路加固中D型便梁尺寸的限制，框架橋兩側(cè)的空間往往有限，如受到高鐵樁基礎(chǔ)或便梁樁基礎(chǔ)的限制，如何合理對地下管廊與框架橋的方位進(jìn)行布置存在困難。

地下管廊的設(shè)置不能影響既有鐵路通行，也不能影響框架橋的穩(wěn)定性，且自身的地基變形需滿足要求。在確保安全前提下，地下管廊如何與框架橋頂進(jìn)實(shí)現(xiàn)同期施工，也存在技術(shù)挑戰(zhàn)。

為此，本文探討了一種鐵路線下框架橋底部的地下管廊施工方法，為地下管廊與框架橋頂進(jìn)的同期施工提供參考。

2 框架橋底部地下管廊施工工藝

為了配合地下管廊施工，框架橋的底板中心線上設(shè)置一排注漿孔，注漿孔的兩側(cè)對稱設(shè)置樁位孔，每側(cè)樁位孔的數(shù)量為2～4個。注漿孔與樁位孔均提前預(yù)制在框架橋底板上，如圖1、圖2所示。

圖1 底板預(yù)設(shè)孔洞的框架橋示意圖

圖2 框架橋底板樁位孔與注漿孔位置示意圖

所提鐵路線下方位于框架橋底部的地下管廊施工工藝包括下列步驟。

①施工工作坑防護(hù)樁、后背樁，開挖工作坑，制作滑板，在滑板上預(yù)制框架橋，施工隔離樁；在既有鐵路路基擬施工框架橋的位置兩側(cè)施工樁基礎(chǔ)與條形基礎(chǔ)，搭建D型便梁，使施工影響范圍內(nèi)既有鐵路線的荷載由D型承擔(dān)。該施工步驟內(nèi)容與傳統(tǒng)框架橋的施工方法相同。

②逐段開挖每次頂程范圍內(nèi)土體，并在框架橋兩排樁位孔外側(cè)的底部土體中施工，形成兩排水泥土攪拌樁，再基于動力設(shè)備把框架橋頂進(jìn)，行進(jìn)長度為一個頂程。再進(jìn)行下一次開挖、施工水泥土攪拌樁與頂進(jìn)，如此循環(huán)，直至把框架橋頂進(jìn)就位，如圖3所示。

圖3 框架橋頂進(jìn)就位示意圖

框架橋每次頂進(jìn)前在底部土體中施工形成的兩排水泥土攪拌樁，最終形成兩堵防滲墻，阻止地下水向后續(xù)地下管廊的施工空間滲透。水泥土攪拌樁的參數(shù)可根據(jù)工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件、地下管廊埋深等具體情況綜合確定。

③在框架橋外部防水措施完成后，按要求對框架橋四周的空間進(jìn)行分層回填，最終使回填修復(fù)后的鐵路路基滿足使用要求。拆除D型便梁，恢復(fù)原有鐵路線，實(shí)現(xiàn)鐵路線的正常速度運(yùn)行，如圖4所示。

圖4 拆除便梁鐵路線恢復(fù)正常示意圖

地下管廊設(shè)置于框架橋的下方，在框架橋頂進(jìn)就位、原有鐵路線恢復(fù)正常運(yùn)行后，再施工地下管廊，故地下管廊的施工對恢復(fù)鐵路線的工期無影響，對既有鐵路線的影響基本可以忽略不計。

④在兩排水泥土攪拌樁的內(nèi)側(cè)施工水平向鋼管，使鋼管位于鄰近的水泥土攪拌樁與樁位孔之間，如圖5所示。

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圖5 水平向鋼管施工就位示意圖

多根鋼管在同一豎向斷面上沿水平向分布，鋼管的直徑、間距根據(jù)土層地質(zhì)條件、施工機(jī)械的便利性、后續(xù)土體開挖深度等條件綜合確定。如無地下水影響、土體強(qiáng)度相對較高時，鋼管的豎向間距可取大值（大于3倍管徑）；若地下水位較高、土體強(qiáng)度較大，鋼管的豎向間距應(yīng)取小值（不大于2倍管徑）。

當(dāng)鐵路股道不超過3股時，在路基的一側(cè)用水平螺旋鉆進(jìn)法進(jìn)行鉆孔鉆透至另一側(cè)，再把鋼管壓入鉆孔中，鋼管為通長布置，該情況下每側(cè)鋼樁的數(shù)量可取2根，鋼樁盡量靠近鋼管的兩端；當(dāng)鐵路股道超過3股時，在路基的兩側(cè)用水平螺旋鉆進(jìn)法進(jìn)行鉆孔，鉆孔的水平長度應(yīng)超過鐵路路基寬度的一半，兩側(cè)鋼管的搭接長度不小于1.0m，該情況下每側(cè)鋼樁的數(shù)量至少為3根，在鐵路路基中部兩側(cè)鋼管搭接處需設(shè)置一根鋼樁。

當(dāng)鐵路股道不超過3股時，跨度相對較小，鋼管長度能夠整體穿越；當(dāng)鐵路股道超過3股時，跨度相對較大，鋼管整體穿越難度較大，故可兩端向中間鉆孔，兩側(cè)鋼管在中部位置相互交叉與搭接。

⑤基于框架橋的樁位孔向框架橋底部土體中打入鋼樁，鋼樁的樁頂嵌于框架橋的底板中，如圖6所示。

圖6 豎向鋼樁施工就位示意圖

鋼樁的底部嵌入深度較大、強(qiáng)度較高的土層中，鋼樁的頂部嵌入框架橋底板中。鋼樁的作用是對沿豎向斷面分布的一排水平向分布的鋼管，形成支擋作用，鋼管與鋼樁共同形成強(qiáng)度較大的支護(hù)體系，能承受較大的側(cè)壓力，有效維護(hù)后續(xù)土體開挖形成的空間，為地下管廊的施工提供了穩(wěn)定的空間，安全性、可靠性高。

⑥開挖框架橋底部位于兩排鋼樁之間的土體至設(shè)計標(biāo)高，如圖7所示。

圖7 地下管廊位置處土體開挖示意圖

由于施工空間有限，且開挖過程中不可觸碰、損傷框架橋的底板，故無法采用大型機(jī)械開挖。通常采用小型工具，人工逐步開挖。

⑦在上一步開挖土體的底部鋪設(shè)水泥找平層，如圖8所示。找平層一方面保證了后續(xù)各節(jié)地下管廊底板的平整度；另一方面為地下管廊的施工提供了相對較硬的施工平臺。

圖8 施工地下管廊底部的找平層示意圖

⑧把各節(jié)地下管廊相繼頂入、組裝施工在找平層上，如圖9所示。各節(jié)地下管廊的相互連接（接頭處理）應(yīng)符合相關(guān)規(guī)范要求。

圖9 地下管廊施工就位示意圖

⑨各節(jié)地下管廊組裝完成后，基于框架橋底部的注漿孔向地下管廊的外圍注入漿體，硬化形成注漿體，使地下管廊與四周土體之間充滿注漿體，由此完成地下管廊的施工，如圖10所示。

圖10 基于注漿孔向地下管廊四周注漿示意圖

基于注漿孔向地下管廊的外圍注入漿體時，注漿壓力應(yīng)根據(jù)土壓、水壓、框架橋強(qiáng)度、地下管廊強(qiáng)度與漿液特性綜合判斷決定，且經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)確認(rèn)注漿效果后方可實(shí)施。

注漿壓力不宜過小，過小導(dǎo)致地下管廊與土體之間的縫隙難以填充密實(shí)；注漿壓力不宜過大，過大會導(dǎo)致地下管廊與框架橋受到較大的壓力，導(dǎo)致各節(jié)地下管廊相互錯位、框架橋發(fā)生隆起等病害。因此，注漿壓力應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)及施工經(jīng)驗(yàn)反復(fù)確定。

3 施工工藝優(yōu)點(diǎn)

所提施工工藝中，存在以下設(shè)計計算關(guān)鍵點(diǎn)。

3.1 地基承載力強(qiáng)度復(fù)核

框架橋底部位于兩排鋼樁之間的土體開挖至設(shè)計標(biāo)高時(圖7)，地下管廊位置處的土體已挖空，此時框架橋自重、上部土重與鐵路荷載的綜合效應(yīng)作用在底板上，而底板僅部分面積與土體接觸，需驗(yàn)算此時地基承載力是否滿足要求。地下管廊位置兩側(cè)的水泥土攪拌樁對承載力的貢獻(xiàn)，也可考慮酌情折減。

3.2 地基變形計算

如圖7所示工況中，框架橋自重、上部土重與鐵路荷載的綜合效應(yīng)作用在底板上產(chǎn)生的變形是否滿足規(guī)范要求，應(yīng)進(jìn)行復(fù)核。若變形過大，在框架橋逐個頂程的頂進(jìn)中，應(yīng)同步開展地基處理，或在頂進(jìn)施工前，應(yīng)對地板下方土體進(jìn)行注漿加固處理。

3.3 地下管廊坑壁的穩(wěn)定性復(fù)核

如圖7所示工況中，地下管廊坑壁處于垂直狀態(tài)，土壓力由水泥土攪拌樁、鋼管與鋼樁共同承擔(dān)，應(yīng)復(fù)核此時的穩(wěn)定性，確保坑壁在上部豎向荷載作用下不發(fā)生滑移、傾覆破壞。

所提施工工藝具有如下優(yōu)點(diǎn)：

①受到高鐵樁基礎(chǔ)或便梁樁基礎(chǔ)的限制時，框架橋兩側(cè)的空間有限，通過將地下管廊設(shè)置于框架橋的下方，不影響既有鐵路通行，進(jìn)一步提高安全性，表現(xiàn)在地下管廊外周具有較高的支護(hù)穩(wěn)定性，可操作性強(qiáng)；

②地下管廊設(shè)置于框架橋的下方，在框架橋頂進(jìn)就位、原有鐵路線恢復(fù)正常運(yùn)行后，再施工地下管廊，故地下管廊的施工對恢復(fù)鐵路線的工期無影響，對既有鐵路線的影響基本可以忽略不計；

③由水泥土攪拌墻、鋼管、鋼樁形成的支護(hù)體系具有較大的強(qiáng)度，能有效維護(hù)后續(xù)土體開挖形成的空間，為地下管廊的施工提供了穩(wěn)定的空間，安全性、可靠性高；

④地下管廊頂進(jìn)施工就位后，基于注漿孔向地下管廊的外圍注入漿體，使地下管廊與四周土體之間充滿注漿體，既有利于地下管廊的外部防水，又對地下管廊的結(jié)構(gòu)形成了有效保護(hù)，提高了施工質(zhì)量；

⑤地下管廊是在框架橋、鋼樁的保護(hù)下逐段開挖與頂入施工，與傳統(tǒng)放坡開挖相比，土方開挖量大大降低，后續(xù)回填量也非常小，故總體上造價更低，具有經(jīng)濟(jì)性與合理性。

4 結(jié)語

框架橋與地下管廊在同一位置下穿既有鐵路營業(yè)線時，把地下管廊置于框架橋下方是一種合理的布置方案。本文提出一種鐵路線下方位于框架橋底部的地下管廊施工方法，主要包括以下施工步驟：把框架橋頂進(jìn)就位；回填鐵路路基恢復(fù)原有鐵路線；框架橋底部施工水平向鋼管；框架橋底部土體中打入鋼樁；開挖框架橋底部土體至設(shè)計標(biāo)高；鋪設(shè)水泥找平層；組裝施工各節(jié)地下管廊；向地下管廊的外圍注入漿體。所提地下管廊的施工對恢復(fù)鐵路線的工期無影響，對既有鐵路線的影響可以忽略不計。由水泥土攪拌墻、鋼管、鋼樁形成的支護(hù)體系具有較大的強(qiáng)度，為地下管廊的施工提供了安全、穩(wěn)定的空間。基于注漿孔向地下管廊的外圍注入漿體，使地下管廊與四周土體之間充滿注漿體，保障了施工質(zhì)量。