连续梁桥邻近既有线施工防护方案及控制措施

刘柏忠LIU Bai-zhong

（中铁六局集团有限公司，北京100086）

0 引言

随着我国公路、铁路、市政建设事业的大力推进，连续梁桥数量越来越多，部分铁路施工为既有线扩能改造施工，增建双线或新建铁路时邻近既有线施工，施工时为保证新建桥梁施工不影响既有线路的正常运营，保证行车的安全，一方面要防止施工时侵限对既有线行驶车辆的危害，另一方面要保证新建桥梁的桥墩基础施工不影响既有线线路状况，确保施工过程中既有铁路的运营安全。本文通过具体工程实例，就悬浇连续梁邻近既有线施工采取的防护方案及措施进行探讨。

1 工程概况

天津铁路枢纽西南环线工程小孙庄特大桥位于天津市西青区境内，为双线铁路特大桥，在跨越鸭淀水库扬水站地下管道及汇水池时采用40+64+40m 连续梁桥通过。

连续梁桥位里程为LGDK16+855.44 ～LGDK17+001.04（120#～123#墩），处于直线段和2.8‰坡段，桥上线间距4.0m。

本桥与既有李港铁路平行，位于既有铁路左侧约10m，基础采用钻孔桩，桥墩边墩为圆端型，主墩121#、122# 承台边缘距离既有李港铁路中心6m。主墩121#、122#墩身高均为3.5m，墩顶截面尺寸为7.6m*3.2m，墩身坡度50:1；边墩120#、123#墩身高度分别为1.5m、1m，墩顶截面尺寸为7.4m*2.4m，墩身坡度45:1。（如图1）

图1 施工现场平面示意图

主要施工方案：采用反循环钻施工钻孔桩，钢板桩防护开挖基坑，桥墩采用定制钢模板，悬臂箱梁采用菱形挂篮悬臂浇筑法施工，0 号段采用钢管柱、碗扣式脚手架支架现浇施工，边跨现浇段箱梁采用满堂支架法施工，合龙段箱梁采用吊架法施工。

2 邻近既有线防护方案主要考虑的重点要素

邻近既有线防护主要解决一是基坑施工时要确保路基稳定，二是梁部施工时防止侵入既有铁路限界，三是从行车控制角度防止既有线本身安全事故的发生。

2.1 基坑施工

防护方案的制定选择主要从以下几个方面考虑：基坑深度、距离，防护的工艺措施，主要是控制在施工过程当中及基坑回填后的一段时间内，邻近的既有线路基不位移，下沉控制在一定的范围内。

2.2 梁部施工

由于离既有线距离近，梁部施工时要采取可靠的措施，防止在施工过程当中侵入铁路限界，防止高空坠物损坏铁路设施，影响铁路行车。

2.3 采取综合控制措施

对既有线线路状况进行监控，并从行车角度采取相应的预防措施。

3 基坑防护方案

施工地点位于天津市西青区鸭淀水库扬水站与既有李港铁路之间。因场地影响限制及基坑开挖深度较深，决定采用钢板桩支护。（表1）

表1 120#-123# 墩承台尺寸及基坑深度表 （单位：m）

因该桥121#、122# 墩的承台施工基坑较深，故以121#墩为检算对象来确定基坑支护方案。

3.1 施工方案

3.1.1 钢板桩选择

因地下水位较高，采用止水钢板桩施工，钢板桩为小锁口，止水能力强，宽度40cm，重77.7kg/m，根据本工程地质情况，选定拉森Ⅳ型钢板桩。

拉森Ⅳ钢板桩尺寸及技术规格见图2 及表2。

表2 钢板桩型号与技术规格

图2 拉森Ⅳ钢板桩尺寸及技术规格

钢板桩进场前要检查验收整理，发现缺陷随时调整或更换，在运输和堆放时不得使其弯曲变形，避免重压和碰撞，尤其对连锁口要小心谨慎。

钢板桩插打前要将桩尖处的凹槽底口认真封闭，不得将泥土挤入，锁口处涂黄油或机油，如有锁口变形、锈蚀严重的钢板桩，立即整修。转角处要用90 度转角桩。

3.1.2 钢板桩及支撑布置

钢板桩及围檩施工布置：本基坑钢板桩围堰按承台尺寸每侧各预留1.0m 操作空间布置，支护设置内支撑2 处，分别为内支撑1 及内支撑2。内支撑1 采用双层拼接400*400*15*15mmH 型钢，沿基坑周边钢板桩内侧布置，基坑四个角分别设2 道角撑，角撑采用φ600 钢管支撑。内支撑-2 采用双层拼接600*300*15*15mmH 型钢支撑，沿基坑周边钢板桩内侧布置封闭，基坑四个角分别设2 道角撑，角撑采用φ600 钢管支撑。如图3、图4 所示。

图3 121# 墩——承台基坑平面图（单位：m）

图4 121# 墩——横桥向承台基坑断面图（单位：m）

3.2 基坑支护方案的确定

小孙庄特大桥121#、122#墩基坑开挖面尺寸最大，以其中基坑深度最深的121#墩基坑为例进行计算。

3.2.1 设计资料

桩顶高程H1：2.2m，地下水位H2：0.30m，地面标高H0：2.0m，开挖底面标高 H3：-3.63m，开挖深度 H：5.63m，基坑开挖长a=16.6m，基坑开挖宽b=12.6m。土的容重加权平均值 γ：18kN/m3，内摩擦角平均值 Ф：20°，均布荷载 q：根据桥墩基坑开挖与既有李港线相对关系，取经计算的靠基坑边缘处最大荷载为45kN/m2。

3.2.2 外力计算

作用于钢板桩上的土压力强度Ka：

Ka=tg2（45°-φ/2）=tg2（45-20/2）=0.49

Kp=tg2（45°+φ/2）=tg2（45+20/2）=2.04

钢板桩外侧均布荷载换算填土高度h：

h=q/γ=45/18=2.5m

桩顶以上土的压力强度Pa1：

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

同上，经过计算：

水位土压力强度Pa2= 22.03kN/m2，

开挖面土压力强度Pa3=46.73kN/m2，

开挖面水压力（围堰抽水后）Pa4=63.00kN/m2。

3.2.3 确定内支撑层数及间距

按等弯距布置，确定各层支撑的Ⅳ型钢板桩，能承受的最大弯距确定板桩顶悬臂端的最大允许跨度h：

各支撑按等弯矩布置，计算如下：

h1=1.11h=3.12m

h2=0.88h=2.47m

h3=0.77h=2.16m

因此，需2 层支撑。

根据现场情况，确定支撑位置，如图5 所示。

图5 支撑位置图

h=0.83m，h1=2m，h2=3.0m。

3.2.4 计算钢板桩入土深度，确定桩长

采用盾恩近似法，土压力分布如图6 所示。

图6 压力分布图

假设主动土压力在地面为三角形分布，开挖面下为矩形分布，并假设CE 的荷载CMG'E 一半传至C 点上，另一半由坑底土压力DF'E 承受，由几何关系可得：

γ（Kp-Ka）x2-KaγHx=KaγHL5

其中：L5 为第二道支撑距坑底距离，根据前面计算，已经确定为3m。

简化为：x2-0.89x-3.1=0 解得x=2.26m

采用1.2 安全系数计算，则入土深度为2.71m。因此选用钢板桩长度为:5.83+2.71=8.54m，可选用长度为9m 的钢板桩。

该工点地下水位高，结合基底土质情况，分析认为可能会出现基底反渗现象。邻近的既有铁路路基土体要特别注意避免水土流失，如果基底出现涌水、流沙现象，就会造成既有线路基的下沉，出现行车安全隐患。考虑到以上因素，在认真研究地质情况以后，决定采用桩长为12m 的钢板桩，打入下层的不透水层，强化止水作用。钢板桩实际入土深度为12-5.83=6.17m，也更有利于稳定。

3.2.5 其他检算

此外，还需要对选择的钢板桩截面、围檩受力、支撑杆受力等进行检算，经检算，其强度、稳定性均满足要求。

122 号墩基坑其受力状况好于121 号墩，参照上述检算进行即可。实际现场施工时，因基坑尺寸变化不大，采用了与121 号墩相同的布置。

3.2.6 专家论证

按照建设部《危险性较大工程安全专项施工方案编制及专家论证审查办法》的要求，基坑支护工程开挖深度超过5m（含5m）的基坑（槽）并采用支护结构施工的工程；或基坑虽未超过5m，但地质条件和周围环境复杂、地下水位在坑底以上等工程，需要进行专家论证。本支护方案按照相关要求组织了专家论证，加长使用钢板桩的做法得到专家的肯定，方案顺利通过。

4 梁部施工控制

4.1 防坠落施工措施

①在挂篮吊架上满铺木板，木板与型钢固定，木板厚度不小于为5cm。

②在挂篮上四周设密网钢丝网封闭，防止钢筋、石子、杂物掉落到桥下。

4.2 悬浇箱梁施工安全防护措施

①加强高空作业安全防护，作业人员必须带安全带，临边处均要按要求设置高度不小于1.2m 的围护栏杆，并挂安全防护网。

②加强职工安全教育培训，禁止向桥下抛洒物品，不用的机具、材料等废弃物及时清运下桥。

③对施工使用的塔吊、卷扬机等设备，及时检查、维修保养。所有电器线路要规范铺设，定时检查，安全用电。

④每节段施工前后，要检查挂篮位置、前后吊带、挂架、锚杆等关键受力部位的安全情况，填写检查报告，发现问题及时处理。

4.3 挂篮移动及拆除控制措施

采用全液压同步顶推方法，移篮平稳、速度快，挂篮整体降幅小，保证了邻近既有铁路线的安全。挂篮移动过程中采用4 台、最大伸长量800mm 的液压千斤顶，临时固接在滑道上，同步顶进，避免了挂篮剧烈摆动，安全可靠。

悬浇梁梁体合拢后，挂篮退回0#块位置，利用吊车拆除。拆除时，申请天窗点在铁路封闭时间段内拆除作业。

5 综合防护

5.1 加强与铁路运营部门工作协调

①与铁路局工务、车务、电务、供电、通信等部门签订“既有线线施工安全协议”，明确施工时间、地点、悬臂梁浇筑要点、安全防护问题，在保证安全行车的前提下，研究解决运营与施工的矛盾。

②施工前办理封锁要点及列车慢行计划手续，等铁路运输部门批准后，方可施工。现场派驻站联络员，配备对讲机等联络通讯工具，保持与车站与现场人员联络。

③在施工地段设线路巡道员3 人，日夜三班不间断巡道，认真检查施工地段线路状况，发现问题及时处理。

5.2 现场施工安全组织及安全保证措施

①在小孙庄特大桥121#、122# 墩承台墩身施工期间，项目部每天要进行一次现场检查，保证施工安全及工程质量。

②加强既有李港铁路沉降观测。基坑两侧顺线路方向100m 范围内，每隔10m 设一处观测点，观测点设在钢轨顶面上，在枕木上用油漆标记。每天观测观测2 次，必要时增加观测次数。

③现场设专职安全员，认真落实安全生产责任制，把各项安全职责及安全措施落实到人到位，发现问题，及时改正。

④坚持安全培训教育，现场安全员或技术人员针对施工作业项目，开展具体安全现场教育培训。

⑤施工前组织相关人员对所采用挂篮、机具、模板、防护等方案进行详细检查，确保安全第一。

⑥及时与铁路运营部门联系，及时掌握列车运行时刻，列车通过时停止一切施工作业，确保铁路列车安全运营。

6 结束语

本工程最终能够顺利实施，与合理地制定施工方案并认真地执行是分不开的，对此有两点体会。

6.1 方案制定安全第一

基坑支护是一种施工中的临时结构，目前投入的比重越来越大，逐渐成为项目费用中一个不可忽视部分。施工单位在临时结构设计中充分考虑各种因素，对设计进行各种方案优化比选，是降低工程成本的有效途径之一。但是不能盲目地单纯考虑经济效益。本方案在确定桩长时，在满足受力要求、结构稳定的情况下，充分考虑了现场实际情况进行了加长，主要是从保证邻近的既有铁路安全的角度考虑的。因此，在投入与安全相互矛盾时，必须考虑安全第一，在确保安全的前提下，优化临时结构布置，这样确定的方案才是合理的方案，这一点对于施工企业和社会经济发展都具有十分重要的现实意义。

6.2 加强施工现场综合治理，方能确保施工顺利进行

本工程施工过程中严格执行方案，并与铁路运营部门密切合作，深基坑施工时路基未发生可观测到的位移、沉降在允许范围之内，未发生铁路侵限等任何安全事故。本悬灌连续梁的安全顺利竣工，除了可行的施工方案、有力的安全防护措施之外，更需要有勇于担当、有强烈责任心的现场管理及施工作业人员，才能保证临近铁路既有线施工安全顺利完成。