铁路临线深基坑施工技术应用

王小辉

摘要： 通过对深基坑的止水帷幕施工、基坑支护验算，保证了深基坑的稳定，为下一步的顶管施工奠定了基础，更重要的是保证了铁路列车正常运行。

关键字：深基坑施工 支护验算 铁路临线

中图分类号：TV551.4文献标识码： A 文章编号：

1．工程概况

顶管工程地点位于李港铁路与津晋高速立交处以北230m范围内，包括WD27-WD28-WD29段的顶管施工。该段管道采用d1800mm顶管专用管材，总长202m。工作坑为WD28，平面尺寸为8×5m，接收坑为WD27和WD29，平面尺寸为5×5m。WD27、WD28、WD29坑深均为10m。工作坑东侧边缘距李港铁路坡脚距离为11.1~15.2米，西侧为津淄公路。因此保证旋喷桩作业，深基坑支护，管道顶进等一系列作业期间的铁路既有线列车的正常运行是工程的重中之重。

2．临线施工

2.1止水帷幕施工

为保证铁路安全，止水帷幕采用旋喷桩施工工艺。

旋喷桩施工技术要求：

1.施工现场应平坦、坚实、畅通。旋喷钻机机转动时，应设专人看管，保证其稳定。

2.旋喷钻机使用前必须经调试、检验，确认技术性能和安全装置状态良好后方可使用，机械安装必须稳固，保证在施工过程中的安全性。

3.在插管和旋喷过程中，要注意防止喷嘴被堵，在拆卸或安装注浆管时，动作要快。浆的压力和流量必须符合设计值。

4.旋喷时，要做好压力、流量和冒浆量的测量，并按要求逐项记录。钻杆的旋转和提升必须连续时，要保持钻杆有0. 1 rn的搭接长度，不得使旋喷固结体脱节。

5.施工位置临铁路既有线，十分注意施工人员的安全，应对现场施工人员进行安全教育，不要在任何时间随意穿越铁路线。

6.夜间施工时，要保证照明能满足施工要求，并保证不妨碍既有铁路的正常运行。

7.任何施工人员不得在既有铁路线上休息、坐卧，严禁将铁制物体搭在两根钢轨上，以免造成列车错误信号。

2.2深基坑支护体系

为保证基坑周围土体稳定，工作坑与接受坑均按深基坑要求进行支护。

深基坑采用外侧双排止水帷幕、内侧钢板桩的组合措施支护。帷幕桩直径700mm，间距500mm，咬合200mm，桩长15m，水泥掺入量16%。内侧钢板桩为I40B工字钢，桩长15m。采用履带震动式打桩机进行设置，一丁一顺布置，打桩时先打设12m桩，桩顶到达地面50cm处时，暂停送桩，用吊车吊装3m短桩至12m钢桩桩顶对齐，两侧分别用0.3×0.3 m钢板（厚度10mm）进行搭接焊，焊接过程中应保证接桩直顺。焊接完毕、确认无误后，继续沉桩至预定位置。

考虑列车及公路动载，保证基坑在工作期间的维护结构稳定，基坑内部设置框架支撑三道，由上往下排列，第一道距钢板桩顶2.5m，第二道距第一道2.8m，第三道距第二道2.3m。四角设置角撑，横撑及角撑均为I40B型双根工字钢组拼，角撑长度约70～80cm。

3．支护体系检算

根据本工程的施工图纸、《地质勘察报告》及《简明施工计算手册》并结合施工经验，工作坑开挖深度取H=10m，基坑处土重度r=18.7KN/m3，粘聚力c=14.8Kpa，内摩擦角Φ=23°，管径d=1800mm。

主动土压力系数Ka=tan2(45°-Φ/2)=0.438

被动土压力系数Kp=tan2(45°+Φ/2)=2.283

采用I40b工字钢桩支护，密排布置，则查表得允许弯曲应力[σ]=215N/ mm2，截面抵抗距W=1139cm3

3.1支撑布置计算

按等弯矩布置确定各层支撑的间距，设板桩顶部悬臂端的最大允许跨度为h，板桩顶部悬臂端的最大允许跨度为

第一道与第二道支撑间距：h1=1.11h=1.11×2.6=2.9m

第二道与第三道支撑间距：h2=0.88h=0.88×2.6=2.3m

结合工程实际情况，提高安全系数，WD26～WD29段基坑支撑按h=2.5m，h1=2.8m， h2=2.3m取值。第三道支撑距坑底距离L4=2.4m。

3.2用盾恩近似法计算板桩入土深度

假定作用在板桩段上的荷载一半传至D点上，另一半由坑底土压力承受，由图1几何关系可得：

即

WD26-WD29段为工作坑深度H=10米，L4为第三道支撑距基坑底部的距离为2.4m。则由上式得x=3.85m

则板桩的总长度为：L=10+3.85=13.85m

基坑支护钢板桩长度取L=15米，满足要求。

3.3抗隆起稳定性检算

在软土中开挖较深的基坑，当板桩背后的土柱重量超过基坑底面以下地基土的承载力时，地基的平衡状态受到破坏，常会发生坑壁土流动，坑顶下陷，坑底隆起的现象，为避免这种现象的发生，施工前必须对地基进行稳定性验算。

如图2所示，假定在坑壁土重力G作用下，其下部的软土地基沿圆柱面产生滑动和破坏，失去稳定的地基土绕圆柱面中心轴转动，则：

转动力矩

稳定力矩

土层为均质土时，则

当地基稳定系数，土层为均质土时时，地基土稳定，不会发生隆起。

稳定力矩Mr未考虑土体与板桩间的摩擦力以及垂直面AB上土的抗剪强度对土体下滑的阻力，故偏于安全。

入土深度x=15-10=5m，q=0，则

地基土稳定，不会发生隆起

3.4顶进阻力计算

WD27～WD39段顶管最长段为102m ， d1800，基坑尺寸8m×5m×10m。

顶力计算根据《天津市市政工程施工技术规范》(排水工程部分)（J10407-2004)中天津地区经验公式计算。

P=P1+P2

式中：P——总推力（KN）；P1——管道四周和土摩擦阻力（KN）；P2——管道前端迎面阻力（KN）

P1=πDLf

式中：D——管外径（m），取2.2m

L——顶距（m），取102m

f——单位面积摩阻力（KN/m2），用触变泥浆减阻时为8～12，无触变泥浆减阻时为15～27，取10

P2=A×f1

式中：A——管前端顶土面积（m2）

f1——单位面积计算阻力（KN/ m2）

f1值采用平泥水衡法顶管时按设定平衡力或控制土压力，取静止土压力。

,取600KN/ m2。

P1=3.14×2.2×102×10=7046.2KN

P2=3.14×(2.2/2)2×600=2279.6KN

P=7944.2+2279.6=9326KN

顶管控制顶力P控=180KN/m×102m=18360KN,P< P控

结论：顶力符合Φ1800的管强度要求。

3.5后背承载力计算

忽略钢制后座的影响，假定主顶千斤顶施加的顶进力是通过后座墙均匀地作用在工作坑后的土体上，为确保后座在顶进过程中的安全，后背承载力应为的顶进阻力的1.2~1.6倍，反力可采用下列公式计算：

式中：——总推力之反力，kN；

——系数，取=1.5~2.5；

——后座墙的宽度，取5m；

——后座墙的高度，取3m；

——地面到后座墙顶部土体的高度，10-3=7m。

=11005KN

R>1.2P=1.2×8164=9799KN。

结论：后背承载力满足最大顶力要求。

4.铁路监测

1.在施工地点距离铁路上行与下行1km处设置专人驻守，当有列车通过时，及时通知现场施工人员，立即停止施工，列车通过施工区域后方可继续施工。

2.顶进施工中监测铁轨下沉及超高情况，发现问题及时通知铁路维修部门，确保铁路安全。

3.在顶进过程中应及时足量地注入符合技术标准的润滑支承介质填充管道外围环形空隙。施工结束及时用水泥或粉煤灰等置换润滑泥浆。

4.夜间施工时，要保证照明能满足施工要求，并保证不妨碍既有铁路的正常运行；夜间任何施工人员不得在既有铁路线上休息、坐卧，严禁将铁制物体搭在两根钢轨上，以免造成列车错误信号；

5.防护、监护人员明确防护职责，预报铁路有关情况，发现问题及时通知作业人员停止作业。

5.总结

在工程实施中，取得了良好的效果，深基坑周围土体稳定，支护体系牢固，坑底无隆起，作业期间铁路列车的正常运行，工程最后取得圆满成功。

参考文献：

《简明施工计算手册(第3版)》 江正荣，朱国梁 著 中国建筑工业出版社 2006