鄰近鐵路營業線的基坑支護方案研究

【中圖分類號】 TU753

【文獻標志碼】 A

0 引言

高速鐵路是一種新型的交通方式，發展勢頭洶涌，到2023年末，全國鐵路營業里程達到15.9萬 km ，比“十二五”末的12.10萬 km 增長 23.9% 。其中，高鐵營業里程達到4.5萬 km ，比“十二五”末的2.27萬 km 翻了近一番，“四縱四橫”高鐵網提前建成，“八縱八橫”高鐵網加密成型，中國鐵路“十三五”圓滿收官，踏上“十四五”新征程。按照發展目標，到2035年，將擁有發達的快速網、完善的干線網、廣泛的基礎網，基本建成交通強國。

在這種發展趨勢下，高鐵沿線經濟帶效應會越來越明顯，鄰近高鐵的地下空間開發也會越來越多，為了爭取空間的高效利用，基坑與既有高鐵線路的距離也越來越近。而高速鐵路對路基的穩定性和軌道的平順性要求高，控制基坑開挖對既有高鐵路基的影響成為一個具有挑戰性的技術難題，眾多學者進行了研究，研究表明鄰近鐵路營業線基坑開挖會導致鐵路路基變形[1]，通常情況下，鄰近鐵路營業線的基坑支護措施強、造價高，導致基坑支護成本占比過大，甚至影響到項目決策，如能控制基坑支護成本，有利于推進此類項目的落地。

本文以天景華苑項目基坑開挖對楚大線（楚雄至大理）的影響為背景，分析鄰近鐵路營業線基坑開挖對高鐵路基變形影響，并進行方案的對比分析，為此類工程提供經驗。

1 工程概況

楚雄至大理鐵路段（楚大鐵路）為國家I級鐵路，設計時速 200km/h 。天景華苑項目位于大理州大理市創新工業園區歐亞乳業有限公司（斜陽路）北側，皇冠KTV量販東側，大理美登印務有限公司西側，擬建場地下設置有大底盤地下室，基坑平面形狀近似長方形。基坑南北向最長邊約 116m 東西向寬約 126m ，基坑支護周長為 361.84m ，項目建筑面積 13 160m² ，基坑實際開挖深度約為 8.4～9.4m 之間，基坑北側為楚雄-大理鐵路（下行線左側 K172+540～K172+ 680），該段地形整體比較平坦，中間有一排水溝低于現狀擬建場地標高，基坑與鐵路之間有圍墻將鐵路封閉隔離，基坑周邊環境如圖1所示。基坑北側開挖線距離用地紅線約4m，圍墻距離用地紅線約 1.5m ，楚大線路堤距離用地紅線約為 10.3m ，鐵路路堤坡頂高出基坑開挖面約 2m 。基坑南側為斜陽路，為次干路，車流量不大，距基坑開挖邊線約 7.8～ 11.7m 。基坑東側為皇冠KTV量販，為8層鋼筋混凝土結構，距基坑邊線約 6～8m 。基坑西側為大理美登印務有限公司，為4層鋼筋混凝土結構，基礎為淺基礎，距基坑開挖邊線約 26～33m ，見圖1，本文僅對北側鄰近鐵路基坑支護進行研究。

圖1天景華苑項目總平面

2 基坑支護方案

分別采用雙排樁加錨索支護及雙排樁加內支撐支護進行研究，并進行施工模擬計算和對比分析，基坑長約 110m 寬 64m ，北側臨近鐵路基坑邊長約 ^108m 。

雙排樁加錨索支護方案樁頂進行 1.5m 放坡，雙排樁排距 3m ，樁長 25m ，樁間距 1.5m ，樁直徑 1m 。雙排樁上部用鋼花管錨索進行錨固，鋼花管錨索長度分別為 9m，6m 和3m ，間距為 3m 和 1.5m ，鋼花管直徑 0.048m ，成孔直徑0.15m ，雙排樁加內支撐支護中雙排樁排距、樁長、樁間距及樁直徑與雙排樁加錨索支護方案相同，在雙排樁上部用內支撐，基坑北側內支撐跨長 20m ，內支撐間距 9m ，計算時列車荷載考慮 60.8kPa ，內支撐活荷載 5kN/m ，平面如圖2所示，剖面如圖3所示。

圖2基坑支護平面布置

圖3基坑支護剖面（單位：m）

3基坑支護變形控制標準

基于JGJ120－2012《建筑基坑支護技術規程》[2]、TGIGW115-2012《高速鐵路無砟軌道線路維修規則（試行）》[3］、TGIGW116-2013《高速鐵路有砟軌道線路維修規則（試行）》[4]及TB10314－2021《鄰近鐵路營業線施工安全監測技術規程》[5]。鐵路重點監測區的監測對象在基坑的一般影響區內，因此基坑對鐵路的影響等級為二等。規范中對變形值的相關規定，并結合既有工程的成功經驗，本工程鐵路軌道沉降控制標準如下：鐵軌整體沉降與隆起、水平沉降差、側向變形按 ±10mm 控制，預警值 70% ，接觸網桿水平沉降 ±20mm 控制，側向變形按 ±20mm 控制，預警值 70% 。

4施工過程模擬及對比分析

根據鐵路與天景華苑項自的位置關系，結合基坑工程支護特點，對兩種方案取基坑北側的最不利剖面采用MidasGTSNX進行施工過程的模擬，分析基坑開挖和支護等各環節對鐵路路基的影響。模擬斷面的地層參數如下： ① 素填土層，厚 3.91m ，天然重度 19.1kN/m³ ，壓縮模量 4.51MPa ，粘聚力 34.08kPa ，內摩擦角 11.32^° 0 ② 粉質黏土層，厚 8.7m ，天然重度 18.9kN/m³ ，壓縮模量 4.44MPa ，粘聚力30.85kPa ，內摩擦角11. 75^° 。 ③ 粉質黏土層，厚 4.9m ，天然重度19.1kN/m³ ，壓縮模量 4.54MPa ，粘聚力 30kPa ，內摩擦角11^° ③₁ 粉土層，厚 1.9m ，天然重度 18.6kN/m³ ，壓縮模量4.31MPa ，粘聚力 26.99kPa ，內摩擦角 8.19^° ③₂ 圓礫層，厚20m ，天然重度 ，壓縮模量 4.310MPa ，粘聚力5kPa ，內摩擦角 26^° 。支護結構計算時，鉆孔灌注樁及混凝土鋼筋掛網重度均取 ，止水帷幕重度均取 ，鉆孔灌注樁彈性模量取 30000MPa ，止水帷幕彈性模量取22.5MPa ，混凝土鋼筋掛網彈性模量取 20000MPa ，鉆孔灌注樁采用等效尺寸取 717mm ，其余均按實際尺寸取值，其中為減小模型邊界效應的影響，取計算寬度為4倍基坑開挖深度，即基坑邊線至鐵路方向不小于 40m ，基坑方向取一跨內支撐的距離 20m ，最終取模型整體尺寸為 68m×35m ，王體本構模型采用摩爾-庫倫模型，計算分析模型見圖4。

圖4基坑支護模型

根據基坑的特點作出如下假定：基坑左右邊界水平位移變化為零，豎直方向允許發生變形；基坑內的水位隨基坑開挖隨挖隨降。施工過程采用應力-滲流耦合模擬，同時考慮地應力場與滲流場，共分為： ① 初始滲流場平衡； ② 初始應力場平衡，位移清零； ③ 樁基和止水帷幕施工； ④ 降水； ⑤ 放坡開挖； ⑥ 冠梁、錨索及內支撐施工； ⑦ 第二次開挖。

通過施工步驟模擬計算，變形最大工況為第二次開挖結束，其位移結果如圖5所示。

圖5施工過程中鐵路變形極值

天景華苑項目基坑支護施工采用雙排樁加錨索支護方案時，鐵路的最大水平側向位移為 1.3mm ，最大沉降為2.44mm 。采用雙排樁加內支撐支護方案時，鐵路的最大水平側向位移為 1.29mm ，最大沉降為 2.62mm 。該項目基坑開挖采用兩種方案對鐵路位移影響較小，均滿足鐵路變形控制標準，可滿足該鐵路的日常運營要求。

在確保安全的前提下，基坑支護方案的經濟性是選擇支護方案的關鍵因素之一。將本工程中雙排樁加錨索的方案與雙排樁加內支撐的方案進行經濟性對比分析，綜合對比分析見表1。

表1基坑支護經濟性對比分析

北側基坑長度 108m ，從表1中可看出雙排樁加錨索方案造價約為3.1萬 /m ，雙排樁加內支撐方案造價約為3.33萬 ，經過對比分析可得，雙排樁加錨索方案更經濟。此外內支撐將占據施工空間，會造成土方開挖費用的增加，因此雙排樁加錨索的方案更經濟。

5 結論

鄰近鐵路營業線基坑開挖，支護是重心，措施是保障。鄰近鐵路營業線基坑開挖不僅要按規范標準進行基坑支護設計，還應結合實際情況采取保障措施。本文以天景華苑地產建設項目為例對鄰近鐵路營業線基坑支護方案進行研究，經過施工模擬計算和經濟性對比分析得出幾點結論，并提出建議。

（1）本項目雙排樁加錨索的方案和雙排樁加內支撐的方案都能滿足規范要求。雙排樁加錨索的方案比雙排樁加內支撐的方案施工更方便、工期更短、經濟性更好。

（2）鄰近鐵路營業線基坑設計，從結構受力原理及經濟性角度出發，根據實際情況分析盡量避免使用懸臂支護結構，在樁與錨索相結合的方案和樁與內支撐相結合的方案中選擇時，優先采取樁與錨索相結合的方案進行支護。但在采用樁與錨索相結合的方案進行基坑支護時，除了分析基坑開挖、支護對鐵路路基的影響外，應結合鐵路相關規定進行錨索設計，考慮錨索施工本身對既有鐵路的影響。

（3）鄰近鐵路營業線基坑實施，應進行信息化施工，施工過程中應加強對基坑支護結構受力、水平及豎向位移、地表沉降、土體水平位移的監控量測工作。同時，在鐵路上及鐵路與基坑之間設置水平位移和地表沉降測點，并建立監測聯動機制及時反饋監測信息，及時高效地向相關單位傳遞相關監測數據。

參考文獻

[1］周勇，魏嵩箭，朱彥鵬.蘭州地鐵車站深基坑開挖過程中降水對鄰近地下管道的影響[J].巖土工程學報，2014，36（S2）：495-499.

[2] 中華人民共和國住房和城鄉建設部.建筑基坑支護技術規程：JGJ120-2012[S].北京：中國建筑工業出版社，2012.

[3] 中華人民共和國鐵道部.高速鐵路無砟軌道線路維修規則（試行）：TGIGW115-2012[S].北京：中國鐵道出版社，2012.

[4] 中華人民共和國鐵道部：高速鐵路有砟軌道線路維修規則（試行）：TGIGW116-2013[S].北京：中國鐵道出版社，2013.

[5] 國家鐵路局.鄰近鐵路營業線施工安全監測技術規程：TB10314-2021[S].北京：中國鐵道出版社有限公司，2021.