既有线涵洞接长开挖支护结构设计与施工

刘 伟

1.中国港湾西部非洲区域公司，科特迪瓦 999063 KTDW

2.中交一航局第五工程有限公司，河北 秦皇岛 066000

1 工程概况

项目为30t煤运重载铁路蒙华线，位于鄂尔多斯乌审旗，线路全长45.79km，施工线路内需修建涵洞74座，其中新建涵洞42座，既有线接长涵洞32座。接长涵洞中没有明确给出开挖支护结构的涵洞25座，其余采用钻孔防护桩支护结构。

2 既有线接长涵洞施工安全风险

根据《普速铁路工务安全规则》（TG/GW 101—2014）、《铁路营业线施工安全管理办法》（TG/GW 106—2012）接长涵洞段落施工为Ⅲ级、A类施工，即影响范围较小，安全风险较高。根据设计图纸要求，接长涵洞施工前，必须拆除既有涵洞的翼墙及其基础、护锥等结构。因此，必须首先对既有铁路涵洞进行安全支护，否则在失去挡土结构后，极易引发既有铁路路基边坡滑动，造成重大安全事故。

3 设计比选方案

（1）采用拉森IV型钢板桩进行支护，钢板桩设2道围檩，围檩横撑型钢采用HW150mm×150mm×7mm×10mm。（2）采用36BH型钢进行防护，防护结构设2道围檩，围檩横撑型钢采用HW150mm×150mm×7mm×10mm，型钢中间填充木板挡土。

4 结构设计计算

4.1 拉森钢板桩支护方案

根据《建筑基坑支护技术规程》（JGJ 120—2012），基本信息参数具体如表1所示。设计工况：根据钢板桩开挖和支撑情况划分为5级工况进行计算，工况信息如表2所示。经计算五种工况条件均能满足规范要求。

表1 拉森钢板桩支护结构基本信息参数表

表2 拉森钢板桩支护方案工况信息表

4.2 H型钢支护方案

根据《建筑基坑支护技术规程》（JGJ 120—2012），基本信息参数如表3所示。基本信息参数：根据钢板桩开挖和支撑情况划分为5级工况进行计算，工况信息如表4所示。经计算五种工况条件均能满足规范要求。

表3 H型钢支护结构基本信息参数表

表4 H型钢支护方案工况信息表

4.3 钢板桩试打

（1）施工机械：SH350型打桩机。（2）施工人员：管理人员1人，工人2人。（3）施工材料：10m拉森钢板桩10根，10mH型钢板桩。（4）试打位置：恩陶K151+687（1～4m）涵洞，涵洞顶标高1334.12m，地质条件由上至下为填筑土（细砂）（1334.12～1323.44m）、中砂（1323.44～1321.54m）。（5）试打施工：①进行拉森钢板桩试打施工，试打结果基本满足要求，但是因为支护结构存在弧度，拉森钢板桩很难精确咬合连接，虽然起到了支护作用却很难保证挡土，存在缺陷；②进行H型钢板桩试打施工，试打结果满足要求，并且H型钢板桩在施打过程中间距容易控制，挡土问题可以通过后期开挖过程中插设挡土木板解决。通过试打施工，最终确定了接长涵洞的开挖支护结构采用H型钢。

5 正式施工

5.1 施工工艺流程

具体施工流程为施工准备→填筑施工平台→标定桩位→振动沉桩→分级开挖基坑→分级安装横撑围檩及挡土板[1]。

5.2 测量放样

利用GPS将H型钢板桩桩位轴线放样在边坡上，洒白灰线进行标识，然后在白灰线上按间距400mm确定H型钢板桩位置，并定白灰点。

5.3 H型钢板桩运输堆放

根据不同的涵洞高度确定H型钢板桩的尺寸，组织8～12m H型钢板桩700根进场。施工前，按事先确定好的施工顺序将成品桩运输至指定位置，堆放在桩机回转半径之内，约10m范围内。

5.4 填筑施工平台

使用ZL50装载机进行平台填筑施工，平台高度与既有涵洞帽石齐平。

5.5 沉桩施工

施工机械采用SH350型打桩机，配备现场管理人员1人，操作工人2人。施工准备完成后，打桩机进入施工现场，按照预先定好的桩位将H型钢板桩振动沉入，保证H型钢板桩垂直度控制在2%范围内[2]。平均每根桩施工时间为2min。

5.6 存在问题及解决措施

由于既有铁路填料和地质的变化，部分钢板桩施打区域存在红砂岩。根据取样检测，红砂岩抗压强度为15MPa，使用SH350型打桩机施打钢板桩时桩体不能有效贯入红砂岩内，因此在施工过程中，部分桩体锚固深度不足，不能有效起到支护作用。根据现场实际情况，采取平移部分桩位以避开红砂岩地质，交叉打设钢板桩的方式解决桩体不能有效贯入红砂岩内的问题。部分不能打设钢板桩的区域采取分级开挖，分级喷射混凝土护面，开挖完成以后堆砌砂袋并喷射混凝土进行固结，设置型钢横撑，间距0.5m。横撑与已打设完成的钢板桩焊接连接[3]。部分既有涵洞上部存在接触网回流线。

6 结束语

综上所述，在临近既有线施工前，应首先进行支护结构施工，使钢板桩能够承受原有路基的土压力，以保证原有路基的稳定性。在使用破碎锤对既有涵洞的翼墙及基础进行拆除的施工过程中，会对原有路基产生扰动，此时钢板桩的受力由被动土压力改为主动土压力，施工结果表明H型钢结构起到了良好的支护作用，未出现任何坍塌、滑坡等情况，这种施工方式能够有效保证原有路基的整体稳定性，确保了既有线涵洞接长施工的顺利进行，可以为类似既有线接长支护施工提供参考。