基坑工程對下穿運營鐵路立交的影響與保護

徐 鑫

（蘇州交投規劃設計建設管理有限公司，江蘇 蘇州 215000）

0 引言

隨著城市建設發展進程逐步加快，市政道路快速化改造的范圍在逐步擴大，改造的難度、投入及風險程度亦逐年提升。主要體現在市政道路改造中限制因素增多，時常需要邊通車邊施工；工程體量不斷提高，周邊環境條件愈加復雜，影響范圍相應加大。對于下穿鐵路立交道路的提升改造，就需要同時考慮道路建設本身因素和下穿鐵路兩方面的安全影響，此時方案的選擇及保護措施的實施就尤為重要。現結合工程實例對基坑工程下穿運營鐵路立交施工中的相關問題進行分析探討。

1 工程概況

1.1 工程簡介及鐵路線位資料

蘇州城北路是溝通工業園區、相城區、姑蘇區、高新區的東西向主干道，項目建成后將有效緩解北環快速路的交通壓力及主城區東西向交通的擁堵矛盾。其中下穿京滬鐵路、滬寧高鐵立交節點段為本工程控制性節點工程，采用增建2 孔立交鐵路箱涵及U 槽，由南向北依次下穿京滬鐵路及滬寧高鐵橋孔。基坑寬度最寬處為26 m 左右，其中下穿京滬鐵路箱涵采用箱涵頂進法施工，下穿滬寧高鐵U 槽基坑采用明挖法施工。其平面關系見圖1，鐵路信息見表1。

表1 下穿京滬鐵路、滬寧高鐵信息表

圖1 下穿鐵路箱涵、U 槽與鐵路平面關系圖

1.2 工程地質

根據現場地質勘察報告，在工程建設紅線范圍內，除表層1～3 m 范圍為雜填土，向下20 m 范圍內較多為黏土、粉質黏土類，場地地層層序見圖2。

圖2 下穿鐵路立交沿線地質剖面圖

1.3 水文地質

（1）地表水：蘇州市地處長江流域太湖水系區，區內地表水系及其發育主要由太湖、陽澄湖湖群及大小規模不等的河港溝塘組成。常年水位（黃海標高）在1.1～1.3 m，其年變幅在1.0 m 左右。

（2）地下水：根據區域水文地質資料，蘇州市歷史最高潛水位為2.63 m（本文水位均為1956 黃海高程），最低水位為-0.21 m，潛水位年變幅一般為1～2 m[1-2]；歷史最高微承壓水位為1.74 m，近3～5 a 最高微承壓水位為1.60 m，年變幅0.80 m 左右[2]；區內承壓水主要賦存于深部的砂性土層中，埋深大于25 m。

2 基坑工程與下穿運營鐵路立交的影響及建議措施

根據城市發展總體要求，城市道路規劃應考慮相交、平行、臨近工程實施的同期性。如為后期改造工程，應在設計階段即考慮對現狀周邊建構筑物等的影響及保護措施方案，同時，在實施階段提出相應配合施工的保護措施。

2.1 空間關系

本工程為下穿現狀京滬鐵路立交（見圖3）增建2 孔（6 m+6 m）立交箱涵；向北采用U 槽順接下穿滬寧高鐵（見圖4），供非機動車和行人通行，原非機動車道和行人通道改造為公交專用道。

圖3 既有下穿京滬鐵路立交橋

圖4 既有下穿滬寧高鐵現狀

2.2 下穿鐵路立交的建議保護措施

經調查，京滬鐵路為國家Ⅰ級干線鐵路，本工程箱涵穿越點位于京滬線蘇州西站-滸墅關站區間，下行線里程K1360+49.6 和K1360+128.4 處；下穿滬寧高鐵處為黃花涇河特大橋，位于京滬鐵路北側，U槽南京、上海側分別從現狀黃花涇河特大橋24# 與23# 橋墩間、22# 與21# 橋墩間穿過。在設計階段多次與鐵路相關部門進行對接，形成如下結論：

（1）京滬鐵路分為上下2 股道，有砟道床、無縫線路、軌道電路。本區段線間距為13.5 m。據調查目前該區段每日行駛上行122 對，下行123 對列車，旅客列車速度目標值200 km/h，貨物列牽引質量5 500 t；滬寧高鐵有無砟軌道、無縫鋼軌，最高運營速度控制在300 km/h 以內，日發送旅客均達40 萬人次，運輸十分繁忙。

（2）京滬鐵路、滬寧高鐵的運營壓力及安全等級皆為鐵路部門重點關注點，在運營期間對城北路下穿京滬鐵路、滬寧高鐵節點施工的安全措施及防護措施要求亦是較為嚴格，對項目各參建單位的建設造成很大壓力。

（3）京滬鐵路下方箱身均采用架設在混凝土條形支墩上D24 型施工便梁防護鐵路頂進法施工。施工期間，對京滬上下行申請慢行措施手續，限速45 km/h。

綜合項目各參建單位及鐵路相關單位意見，在項目施工期間采取常規安全防護措施的基礎上，同步考慮對京滬鐵路采取慢行措施及基坑施工監測措施，確保基坑開挖及箱涵頂進施工期間的基坑及鐵路運營安全。

3 基坑工程對下穿運營鐵路立交的保護措施

3.1 基坑安全等級及監測等級

根據設計文件、周邊環境和《建筑基坑工程監測技術規范》（GB 50497—2009）[3]，將本次基坑工程安全等級定為一級，監測測量等級定為變形一等[4]。

3.2 控制指標的確定

參考相關規范、鐵路相關單位意見，并經專家論證會的討論，確定道路改造基坑工程及鐵路路基變形監測報警值，見表2。

表2 各監測項目報警值

3.3 基坑工程分坑設計

增建箱涵框架中心線與京滬下行線法線交角為4.692°，箱身結構按斜交設置。為滿足箱身上布置鐵路及箱涵頂進施工要求，基坑考慮設置為下穿京滬鐵路段基坑、箱涵頂進基坑及下穿滬寧高鐵段基坑。

根據現場基坑位置、深度、穿越結構物、臨邊建筑物等條件，把本項目基坑分為以下幾種工況，相應參數見表3。

表3 下穿鐵路節點基坑各工況參數

3.4 圍護結構及支撐體系

本工程滬寧高鐵立交結構及京滬鐵路路基在運營期對變形較為敏感，考慮到此相交節點施工風險大、事故后果嚴重，應適當加強圍護結構設計。結合具體工程地質條件、基坑與鐵路之間最小距離、周邊交通環境及鄰水臨邊情況等因素，對下穿京滬鐵路及滬寧高鐵立交基坑圍護結構及支撐條件的設計包括以下3 種。

3.4.1 箱涵頂進基坑

箱涵頂進基坑設置在京滬鐵路南側。為提高頂進施工的安全性并滿足蘇滸路半幅道路通行需求，北京側頂進基坑（見圖5）靠近滬寧高鐵側箱端設置單排φ1 m 鉆孔樁防護鐵路路基，基坑冠梁頂采用1∶1.5 放坡，坡面掛網噴厚8 cm 細石混凝土[5]，坡頂采用雙排φ0.7 m 深攪樁+雙排φ0.6 m 高壓旋噴樁作止水帷幕；臨近現狀蘇滸路橋臺側一側采用Ⅳ型拉森鋼板樁（樁長17.5 m）加強防護，另側同。

圖5 北京側箱涵頂進基坑平面布置圖（單位：mm）

3.4.2 下穿京滬鐵路基坑

北京側下穿京滬鐵路基坑采用1∶1 放坡開挖，坡面掛網噴厚8 cm 細石混凝土[5]；為提高鐵路路基安全性，沿箱涵邊線（平行鐵路運行方向）外側設置雙排φ0.6 m 高壓旋噴樁，樁長18.5 m；箱涵四周邊線內側設置雙排φ0.6 m 高壓旋噴樁，樁長為13 m；另側同。

北京側下穿京滬鐵路基坑平面圖見圖6。

圖6 北京側下穿京滬鐵路基坑平面圖（單位：mm）

3.4.3 下穿滬寧高鐵基坑

下穿滬寧高鐵左右幅U 槽鉆孔支護樁中心距滬寧高鐵橋墩鉆孔樁中心最小距離分別為7.88 m 和7.90 m。為確保滬寧高鐵立交墩柱結構安全，南京側下穿滬寧高鐵基坑（見圖7）采用φ1 m 鉆孔灌注樁支護，鉆孔樁外側加設Ⅳ型長12 m 拉森鋼板樁，基坑形成封閉圍護結構；鉆孔樁與拉森鋼板樁之間及鉆孔樁之間采用壓密注漿，樁頂設冠梁，冠梁寬1.0 m，鉆孔樁外設置2 m 平臺并采用1∶1 放坡，坡面噴厚8 cm 細石混凝土[5]，掛φ8@200×200 mm 鋼筋網；另側同。

圖7 南京側下穿滬寧高鐵基坑平面布置圖（單位：mm）

3.5 監測方案設計

除常規圍護結構水平位移、地表沉降、坑底隆起、支撐軸力等變形監測外，對周邊管線、地表及建構筑物沉降亦考慮在內，并且應重點考慮鐵路路基坡腳豎向位移監測。鐵路路基坡腳監測測點間距控制在15～17 m，監測點沿基坑兩側對稱布置（見圖8），監測范圍應超出基坑外邊線3 倍基坑開挖深度以上。監測頻率：基坑開挖及鐵路慢行期間不間斷監測[6]，項目監測頻率見表4。

圖8 京滬鐵路路基坡腳監測點平面布置圖

表4 監測頻率一覽表

3.6 施工流程及注意事項

施工單位進場后，應及時與鐵路相關單位溝通，并在設計方案的基礎上，編制節點施工方案、應急救援搶險預案及交通導改方案，在方案中應針對可能出現的風險進行預判，明確規避風險方案及搶險措施，同時著重建立建設、設計、施工、監理單位及鐵路巡查和監管相關單位之間的聯動機制。

施工前，應根據設計圖紙，認真核對坐標、高程和里程等數據，若發現與圖紙不符，應及時與設計方聯系，以便妥善處理。在現狀光、電纜拆復建前，做好徑路定測，在確保鐵路設施安全的條件下進行施工。施工期間須設立路基觀測點，對其位移變形進行全過程監測。施工時需加強基坑排水措施，做好降水工作，頂進時精心施工，嚴格控制，盡量減少箱身就位時的豎向和水平向誤差。箱身預制時，注意做好欄板、電氣化立柱和止水帶等預埋件的預埋工作。為確保鐵路路基安全，U 槽施工時施工便梁不得拆除。

施工過程中，應重點關注監測數據變化及數值預警信息。監測數據有突變時，監測頻率每天增加1～2 次；遇惡劣天氣、突發事件或監測數據有突變時，監測頻率加密或連續觀測。

4 施工過程及監測結果分析

本工程于2019 年5 月份進場，經過前期各項準備工作，8 月份完成頂進工作坑樁基工程、箱涵預制工作，歷時3 個月至11 月份完成下穿京滬鐵路箱涵頂進工作。期間，自2019 年7 月22 日限速慢行，封鎖次數約48 次，其中軌道車配合16 次，至11 月15日慢行結束，歷時117 d；10 月份下穿南京側U 槽交叉開始施工，至2020 年6 月份完成下穿滬寧高鐵U槽施工。施工歷時共計13 個月（含春節放假、鐵路慢行申報及疫情影響等因素造成停工2 個月）。

施工期間，下穿京滬鐵路、滬寧高鐵路基坡腳豎向位移未達到預警值，鐵路運行正常，路基坡腳位移變形均控制在1 mm 左右，其隨時間變化關系見圖9。

圖9 鐵路路基坡腳豎向位移隨時間變化關系圖

由圖9 可知，路基坡腳各監測點豎向變形趨勢及變形量級一致；豎向位移值PD16＞PD15、PD13＞PD14、PD9＞PD10、PD12＞PD11，說明箱涵頂進基坑圍護結構有效地減少了對周邊的擾動；變形均在基坑開挖后、底板澆筑前達到峰值，累計最大值為-1.56 mm，小于報警值-2 mm，說明基坑施工未對鐵路路基坡腳造成明顯影響。

5 結語

（1）梳理了鐵路線位資料，以及下穿鐵路立交的影響，明確了鐵路立交保護的重要性。

（2）在設計階段，從基坑工程及鐵路兩方面提出了基坑圍護結構方案和鐵路慢行措施。

（3）從基坑分坑設計、圍護形式、支撐體系等方面重點分析了基坑圍護結構方案。

（4）通過對施工過程及監測數據的分析，認為設計的圍護結構保護方案及鐵路慢行等現場保護措施可將鐵路立交范圍的變形控制在允許范圍內，對類似工程具有一定的指導意義。