排污隧道近距离侧穿既有高铁桥梁桩基设计方案研究

方钱宝

（中铁二院贵阳勘察设计研究院有限责任公司，贵州 贵阳 550002）

随着“绿水青山就是金山银山”理念的提出，绿色环保问题越来越受到大众的关注。2015 年中国共产党第十八届中央委员会第五次全体会议提出并强调，必须牢固树立并切实贯彻创新、协调、绿色、开放、共享的发展理念。城市开始偏向绿色、协调的方向发展，并伴随着大量的市政排污隧道修建。在市政工程的修建过程中，由于城市的既有建（构）筑物很多，不可避免地会存在市政管道隧道与既有建（构）筑物近接的情况，进而存在隧道施工过程中对于既有建（构）筑物产生影响的问题。

目前针对城市地铁隧道对既有房屋桩基影响的研究较多，张志强等[1]依托深圳地铁一期工程为背景，对其隧道、桩基及围岩的相互作用效应，用三维数值模拟的方法综合分析了其盾构隧道的近接施工力学行为。付文生等[2]利用工程分析和数值模拟方法分别对盾构隧道近距离穿越既有桩基时，对既有桩基影响效应进行了分析。两种方法得出的结果相近，进而验证了结果的准确性。黄新民[3]以郑州轨道交通1 号线盾构隧道下穿人行天桥桥墩作为背景对盾构隧道近距离下穿既有桥梁桩基的保护方案进行研究，并提出了“顶托+加固”法对其进行保护。通过目前的研究现状来看，对于盾构隧道近接桩基施工影响有了一定的研究，但对于其保护措施的研究还有待欠缺。针对浅埋市政排污管道近接既有高速铁路桥桩（高控制标准）的保护措施方案研究又少之又少，文章根据栗木山河排污隧道下穿既有贵广高铁作为工程背景，对其地表加固措施以及桥桩保护措施进行研究。

1 工程概况

1.1 排污隧道与桩基础的相互关系

栗木山河排污隧道全长约1004m，断面尺寸为B×H=4m×4m，排污隧道从东北环旧街大桥1#桥墩和2#桥墩的正中间下穿，具体示意图如图1 所示。其中排污隧道桩号为GK0+841.184，在贵广客专K18+254.612处排污隧道与铁路垂直交叉，夹角为90°，排污隧道中心线距离桥墩中心线距离16.34m，隧道边线距离桥台边线11.0m，具体如图2 所示。隧道内设计排污管为重力流截污管，截污管管径为DN1200，管材采用焊接钢管，钢管外侧采用C25 混凝土包封20cm，断面图如图3 所示。

图1 排污隧道与东北环旧街大桥交叉点示意图

图2 栗木山河隧道与旧街大桥位置关系

图3 排污隧道横断面图

贵广高铁旧街大桥桥址位于贵阳市南明区永乐乡罗吏村旧街附近，本桥为跨越洼地而设，全长约143m，最大墩高18.1m，孔跨式样为（4×32m）梁，为旱桥，线间距4.6m，旅客列车设计行车速度250km/h，无砟轨道，于2015 年6 月建成并开通运营。

1.2 工程地质与水文地质

隧址属溶丘蚀洼地地貌，洼地呈长条形，洼地两侧斜坡坡度为20 ～40°，地面高程在1058 ～1080m，桥下洼地为旱地，两端斜坡桥台为荒山，植被一般发育。上覆第四系全新统坡残积红黏土，下伏三叠系下统安顺组白云岩夹溶塌角砾岩，下统大冶组灰岩夹页岩。

地下水以岩溶裂隙水和管道水为主，次为第四系土层中的孔隙水。其中黏性土透水性差，土层孔隙水含水甚微。岩溶弱发育，浅部岩溶水靠大气降水补给，具有季节性和分布不均匀性特点。据测试钻孔水位，地下稳定水位埋深4m 左右。地下水水化学环境为无侵蚀性。

2 隧道侧穿桩基设计方案

由于栗木山河排污隧道GK0+820 至GK0+920 下穿高速铁路段埋深不足10m，且地质情况为红黏土层，因此该段隧道拟采用从地表对隧道上方及周边土体进行注浆加固，填充黏土孔隙，使隧道土体整体性加强，保证隧道施工安全与铁路结构的安全。由于本段隧道埋深较浅，隧道除采用地表加固暗挖方案外，亦可采用设置围护隔离桩明挖方案侧穿桥梁桩基。

2.1 地表加固暗挖方案

栗木山河排污隧道GK0+820 至GK0+920 段，暗挖方案采用地表注浆加固方式提高隧道围岩自稳能力，以降低排污隧道开挖对桥梁的影响。注浆花管采用Ø50mm 无缝钢管，壁厚5mm。注浆孔间距1.0m×1.0m，梅花形布置，沿隧道轴线左右各7m 范围内布设。注浆材料采用水泥浆浆液。施工前，应在附近选择合适的场地打设试验段，以确定施工参数及工艺，试验段根数不少于10 根。本段注浆加固达到设计强度后，再进行隧道暗挖施工。

2.2 围护结构明挖方案

本段埋深不足10m，明挖方案采用明挖基坑两侧设置隔离桩围护结构。隔离围护桩为桩径1.2m 人工挖孔桩，桩长低于隧道底板高程3m，并进入弱风化岩层之中，平均桩长11.7m，隔离桩净间距0.5m。桩顶设置0.8m×0.8m 钢筋混凝土冠梁与横撑，横撑间距4m。隧道开挖行进至高铁影响范围前，先跳孔施作隔离桩进行基坑加固，并在隔离桩加固达到设计强度要求后再进行隧道基坑明挖。

3 设计方案比选

不同的下穿设计方案工程造价不同，隧道施工期间对既有桩基的影响也不同，为了得出最佳设计方案，有必要从技术和经济两个方面对设计方案进行比选。

3.1 技术指标对比

技术方面主要考察不同方案施工对既有桩基的位移的影响。采用有限差分软件Flac3D3.0 对两种设计方案进行了计算分析。

计算模型如图4、图5 所示，围岩及结构分别采用Mohr-Coulomb 本构模型及弹性模型模拟。模型的上表面为自由边界，其余表面均施加垂直位移约束。计算过程中选取的材料计算参数如表1 所示。

图4 Flac3D 计算三维模型示意图

图5 桥桩、围护结构与排污隧道的位置关系

表1 土体模型参数表

既有高速铁路桥梁的荷载：1# 桥墩竖向荷载为16540kN，2#桥墩竖向荷载为16683kN，以均布荷载的形式作用在桥墩基础上。

排污隧道分别采用围护结构明挖方案及地表加固暗挖方案施工后，既有桩基沿深度方向的水平位移计算结果对比如图6 所示。

由图6 可知，暗挖施工导致的既有桩基水平位移明显小于明挖法。但由于两种方案对围岩加固效果均较好，两种工法对应桩基水平位移的绝对值均小于0.09mm。因此，从技术指标上看，两种方案均适用。

3.2 经济指标对比

线路延米经济估算方面，如表2 所示。由表2 可知：下穿段明挖方案投资约3.1 万/延米，暗挖方案约3.8 万/延米，明挖方案有一定经济优势。

4 结束语

图6 明挖和暗挖法施工后桩基水平位移

表2 土体模型参数表

文章提出两种隧道近接下穿既有高速铁路桥梁桩基的保护措施。计算结果表明两种施工方案均能够满足施工安全要求。经过技术分析表明，两种方法均能保证桥桩位移满足《公路与市政工程下穿高速铁路技术规程》（TB 10182-2017）中水平及竖向变形限值（2mm）。通过经济比选，明挖方案较暗挖方案有一定的经济优势。综合考虑以上分析结果和工程风险，同时结合《公路与市政工程下穿高速铁路技术规程》（TB 10182-2017）中第8 章8.0.9 规定，“隧道结构与高速铁路桥梁桩基的最小净距不宜1.0 倍隧道宽度，不满足要求时应采取了隔离桩防护措施”的规定要求，本工程近距离浅埋下穿高铁桥梁桩基宜采用桩基防护明挖方式通过。