下穿铁路顶进框架涵工作坑开挖施工技术探究

余冬冬

（中铁二十四局集团浙江工程有限公司 浙江省杭州市 310002）

0 引言

本文以金华站货场搬迁配套市政工程站西路下穿立交为研究对象，结合设计及现场情况，在最大限度确保行车及人身安全的前提下，在距既有铁路中心30m范围外进行框架箱体预制，箱体顶程为44m。框架箱体预制工作坑开挖面上口线路侧距既有铁路中心35m，开挖纵深为6.2m，为深基坑。开挖过程中基坑稳定性及对既有铁路的行车安全影响控制有限。通过此次施工对下穿铁路立交施工过程中框架箱体预制工作坑施工进行探究，提出施工过程中减少对既有铁路的影响控制措施，为今后类似下穿铁路立交施工提供经验。

1 顶进框架预制工作坑施工方案优化

1.1 工程概况

本工程施工地段中心位于金千线K6+979处，既有金千线为单线，混凝土枕，直线，非电气化区段。本立交方案采用（6+2×8+6）m四孔分离式框架桥及一孔4.0m排水框架涵，新建5孔框架结构等高，箱身轴线长18.0m，箱身总宽度40.0m。框架桥中两中孔净高6.2m，两边孔净高6.6m。

1.2 现场地质情况

1.2.1 地形地貌

本工程基坑位于浙中丘陵盆地地区，地势平坦、开阔。交通便利。地层岩性，自地面向下：耕植土，0～0.3m，σ0=0kPa；粉质黏土，可塑，0.3～4.3m，σ0=170kPa；粉质砂土，软塑～可塑，4.3～4.8m，σ0=90kPa；圆砾，4.8～7.9m，σ0=300kPa；强风化岩，7.9～8.8m，σ0=300kPa；中风化岩，8.8m 以下，σ0=600kPa。

1.2.2 地下水类型

本工程基坑开挖范围内的地下水属于第四系孔隙潜水及基岩裂隙潜水。第四系孔隙潜水赋存于粉砂及圆砾中，含水层厚度约3～6m，圆砾中孔隙较大，渗透性好，为强透水层，基岩裂隙潜水赋存于基岩风化裂隙中，渗透性较差，为弱透水层。

1.3 方案优化

1.3.1 原设计方案

原设计方案采用距既有铁路中心15m位置为边线开挖工作坑，基坑靠既有线路侧和后背侧以直径100cm钻孔灌注桩的方式进行围护，线路侧桩长11m，后背侧桩长9m，待围护体系形成后再进行基坑开挖。

1.3.2 优化后方案

考虑工程地点地下水丰富、水位较高，对工作坑开挖影响比较大，为此项目部对工作坑四周外侧加设深井降水，待周围地下水位下降到位后再进行基坑开挖。同时考虑到对既有铁路的影响，通过增大框架箱体的顶进行程，将工作坑位置在原设计的基础上向远离铁路方向多移出20m，从而减少对营业线行车安全的影响。

1.4 施工流程图

下穿铁路立交顶进框架施工工艺流程图见图1。

图1

1.5 管井降水

根据设计要求，本工程顶进工作坑由原地面高程33.1m开挖至高程26.9m，开挖深度6.2m，降水深度5m。工作坑所处位置最大含水层厚度，为6.5m，为创造施工条件，基坑中心水位应降至26.4m以下。根据地质资料得知，本工程基坑孔隙潜水主要以大气降水竖向入渗补给及地表水体渗补为主，径流较快，地下水排泄以径流为主，蒸发为次。勘察期间实测工作坑所处位置地下静止水位埋深0.7～1.7m，高程为31.4～32.4m之间，第四系孔隙潜水埋深在4.3～7.9m，高程为24.9～28.5m之间。基底位于粉砂层中，为强透水层，渗透系数为50m/d，该层底板标高为26.9m。其上层为粉质粘土粉土层，土质较匀，渗透系数为0.05m/d。由此可知本工程主要透水层为粉砂层，而粉质粘土层几乎不透水，计算时把该层设为隔水层。由于基底位于含水层，因此基坑开挖后，水主要靠基坑底部及外侧潜水层补给。为防止基坑积水，拟在基坑内外侧分别设明沟和井点相结合的降水方式，箱涵顶进期间采用真空深井与自吸式轻型井点相结合的降水措施。工作坑上口近似为长58m，宽36m的矩形截面，管井采用直径50cm的HDPE双壁波纹管。井点按距基坑上口四周边线1m呈封闭的环形布置，采用自吸潜水降水。

根据计算及同类土质、累似工程降水经验，深层管井有效降水井间距不大于15m，降水井按10m间距布置，沿基坑四周等间距布置20个，施工时可根据场地条件因地置宜作适当移位，井位应避开地下管线并经建设单位指定认可后，方可施工。降水井深度12m，其中滤水管长1m，沉砂管长1m。孔口应高于地面50cm，井深应从孔口起算（此部分用砖作井圈），降水井成井直径为70cm，井应保持垂直、不缩颈。滤水管布置在管井下部，滤水管之上为井壁管。

采用泥浆护壁旋转钻进成孔，应采用合适的施工工艺及泥浆浓度。钻进过程中不应出现塌孔、卡钻等现象。钻进成孔后，应及时采用活塞及空压机洗井，洗去孔壁泥皮及抽出含水层内泥浆，直至地下水流通畅、井内可抽出大量清水为止，含砂率宜小于万分之二。采用自吸式深井潜水泵进行管井降水，水泵流量50t/h，扬程28m，额定功率4.5kW。并保持20%的完好备用泵，井内水泵损坏后，应即时进行更换、维修。水泵抽水后，降水人员采取两班制24h连续值班。

1.6 工作坑开挖

工作坑开挖深度为6.2m，采用二级放坡的形式进行开挖施工，放坡坡度为1：1，开挖至3.1m深时设置2m宽工作平台，工作坑随开挖即铺设φ6@30×30cm钢筋网，喷射10cm厚的C20混凝土。工作坑设位移观测点、沉降观测点以监测基坑安全。

工作坑内采用分层逐级开挖方案，采用机械配以人工分层进行挖土。每层挖土方厚度为0.8m，机械挖至剩余厚度0.5m时采用人工挖土，基坑四周设置环形排水沟。距基坑两侧10m范围严禁运土车与重型机械行走，并禁止堆放材料。开挖出的土方严格按照事先指定的地点堆放，堆放地点必须远离基坑上口边缘10m以外，同时不得影响施工测量等工作。

1.7 监测

深基坑开挖工程中，对基坑的动态监测是保证其稳定性的重要手段。监测过程中必须按照要求保证监测频率，并做好记录与数据计算，及时向现场施工负责人反馈监测情况。由于邻近营业线考虑到基坑开挖对既有铁路的影响，本工程基坑设计安全等级为一级，因此除了对工作坑的监测以外，还应对既有铁路进行动态监测。

1.7.1 监测内容

既有铁路轨道变形、既有铁路路基变形、基坑支护结构变形、周边土体变形、临近管线位移和沉降监测以及地下水位监测。

1.7.2 监测措施

（1）为确保既有线施工安全，设置观测桩，安排专业人员现场监测，掌握路基及轨道的变化情况，及时处理可能影响既有线安全的工程施工。

（2）与设备管理单位签定安全协议，办理有关手续后方可进场。

（3）设置数量及方式：观测点全部采用方格网布置，特殊地点除外。加固地段既有铁路两侧路肩、坡脚外2m处设置观测桩，沿铁路方向平均每5m设置一处沉降和位移观测点。基坑支护监测点设置基坑坡顶每20m设置一个观测点。地下水位观测孔沿基坑场边布设，每20m设置1孔。周边土体监测点沿基坑四周每25m设置1监测点。

（4）基坑开挖期间对列车实行慢行，期间轨道几何状态每2h检查一次，有超限及时消灭，检查、消灭要做记录。路基或基坑边坡开挖后，应结合位移、下沉的观测结果，增加检查遍数，以达到随时掌握路基变化情况，控制轨道几何状态之目的。

（5）对轨道几何状态实施检查的同时，要检查轨道结构状态，对缺、损、松的零配件，要及时补齐、更换、拧紧，见图2。

图2

1.8 分析

由于工作坑的平面位置较原设计方案向远离既有铁路方向多移出20m，以及管井降水体系的形成，经监测数据显示，各观测点的累计变化量均在要求范围内，此次方案优化既保证了基坑的稳定性，又有效的减小了对既有铁路行车安全的影响。比原计划工期缩短了60d，节约成本约140万。

2 结语

在下穿铁路框架涵顶进施工中，顶进框架基坑施工过程中应注意：

（1）基坑的平面位置选择。

（2）基坑降水。

（3）基坑及既有铁路监测。

此方法经实践，在施工过程中能够满足安全、技术要求，可为今后的下穿既有铁路立交施工提供一定的经验参考。