平改立深基坑施工对临近既有线影响的安全控制

桑发伟 上海铁路局上海金山铁路有限责任公司

1 引 言

随着城市的发展以及国民经济的迅速发展，车辆不断增加，道路交通网络不断加强，公路和铁路相交的道口也逐渐增加，铁路道口不仅容易造成交通拥堵，也存在安全隐患，因此平改立改造应受到广泛重视。但平改立施工过程中临近既有线开挖基坑往往引起基坑周围土体的变形位移，对临近建筑和铁路运输安全造成不同程度的影响和损害。为了确保临近线路和建筑以及铁路运输的安全，必须清楚认识沉降原理，并采取针对性的措施，严格控制周围土体的变形。

2 工程概况

金山铁路改建工程--亭卫南路中桥位于金山铁路支线拟建的金山站附近，与金山铁路支线相交于铁路里程K33+563.25。本次施工范围：四孔下穿铁路分离式框架桥、铁路两侧共15节U形槽、路面、排水系统等。框架桥中心线与金山铁路法线交角为12°，铁路为单线。顶进就位后框架顶距轨顶0.95 m。

新建立交桥规模为（4+8.5+8.5+4）m的分离式框架桥，框架长12.78 m。中间两孔框架为8.5 m机动车行道，框架净高5.1 m，顶板厚0.5 m，底板厚0.7 m，侧墙厚0.65 m；两边孔4.0 m框架为非机动车道，框架净高5.2 m，净宽4 m，顶板厚0.4 m，底板厚0.7 m，侧墙厚0.4 m。

3 工程地质条件

3.1 地基土构成与特征

根据地质勘察资料，按地基土的岩性特征，成因时代、埋藏分布规律及物理力学性质等，现场址内39 m深度范围内的土层划分为9个工程地质层组，各土层自上而下描述如下：

（1）填土层。

（2）粉质黏土层:承载力为90 kPa。

（3）淤泥质粉质黏土层:承载力为50 kPa。

（4）淤泥质粘土层:承载力为55 kPa。

（5）粉土层：承载力为80 kPa。

（6）粉质粘土层:承载力为50 kPa。

（7）粉质粘土层:承载力为150 kPa。

（8）粉土层：承载力为150 kPa。

（9）粉砂层：承载力为180 kPa。

框架底面标高为-1.37 m，位置处于淤泥质粉质黏土层，承载力为（40～50）kPa。

3.2 地下水

场址浅部地下水以孔隙潜水为主，主要受大气降水及地表径流补给，地下水位随气候、季节及环境影响变化明显，场址地下水对混凝土无腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋弱腐蚀性。

3.3 现场周边环境

亭卫南路为主要交通干道，在道路（下立交）的两侧为绿化、苗林区和鱼塘，在道路的两侧有大量电杆，和地下管线。亭卫南路周边还有许多大型建材商场和厂区，所以，在施工阶段必须考虑人与车辆的正常通行，在工程地点旁边布设临时道口和非机动车交通道路，在周边出入路口开辟交通辅道，给工程施工带来许多困难和不便。

4 施工方案和流程

4.1 施工方案

框架桥采用顶进法施工工艺，框架顶进施工架设D24、D16便梁对铁路线路进行防护，D24便梁的每个支墩均采用21 m长高压旋喷桩加固。线路下框架的基底采用Ф60 cm旋喷桩进行土体加固，以提高坑底承载力，桩长20 m。

工作坑开挖深度5.97 m，距离既有线线路10 m范围两侧采用Ф100 cm钻孔灌注桩进行围护，有效桩长15 m，并设Ф60 cm搅拌桩止水帷幕，有效桩长13 m，基坑围护体系设置一道Φ609钢支撑；基坑在不影响既有线的部位，坑边卸载1.89 m，卸载后，基坑深度3.00 m≤h≤4.50 m部位，基坑围护采用Ⅲ型拉森桩（L=12 m）+［32a槽钢板桩（L=9 m）］；基坑深度2.00 m≤h＜3.00 m部位，围护采用Ⅲ型拉森桩，拉森桩长度L=9 m；基坑深度h＜2.00 m的按1：1放坡处理。

4.2 施工流程

（1）首先实施基坑迎面坡靠近线路侧围护桩，之后开始实施基坑另外三侧围护桩，封闭基坑，同时进行部分U型槽下抗拔桩施工。

（2）待基坑围护桩作业部分完毕腾出基坑内桩基施工作业面后，开始进行基坑范围内地基加固桩基作业，同时继续进行U型槽下抗拔桩施工。

（3）基坑桩基加固施工在U型槽底7#、8#块的搅拌桩地基加固完成后，开始进行3个条形支墩施工。首先架设2孔D16便梁，制作1、2号便梁支墩，支墩养护的同时，架设1孔D16便梁制作3号便梁支墩。此道工序必须申请线路慢行和线路封锁。

（4）待基坑内桩基养护达到设计要求强度后开始开挖基坑，基坑开挖分层分部进行，同时严格观测基坑围护桩桩顶位移变化。

（5）架设1孔D24便梁于1、2号支墩，开挖A、B箱位置通道，通道预挖深度为便梁底下3.5 m，进行线路下A、B箱位置地基加固桩作业。

（6）基坑开挖到位后，制作滑板及后靠背，特别注意地锚梁及后靠背施工质量。

（7）在滑板上制作箱涵，四个框架按上海至金山方向依次编号为：A、B、C、D。按顶进顺序先后制作箱涵：B-A-C-D。B箱涵制作达到设计强度后顶进，恢复线路，移便梁（见图1）。

图1 亭卫南路箱涵顶进工况图

（8）架设1孔D16于B箱顶及外侧简易支墩上，同时架设1孔D24便梁于B箱顶及3号支墩上，开挖C、D箱顶进通道，预挖深度为便梁底下3.5 m，同时进行C、D箱底地基加固，之后先后顶进A、C箱，恢复线路，移便梁（C箱位置待D24便梁到位后先凿出2号支墩）。

（9）架设1孔D24便梁于C箱顶及外侧简易支墩，之后顶进D箱，恢复线路，拆除便梁，完成所有铁路箱涵顶进。

（10）在箱涵顶进过程中完成所有U形槽下桩基作业，完成铁路箱涵后集中力量进行U形槽、道路及各附属施工作业。

5 安全防护措施

5.1 基坑开挖及支撑

由于基坑开挖过程中每次开挖的长度和无支撑暴露的时间对既有线路形变影响很大，所以开挖过程中应特别注意以下几点：

（1）因地适宜选用支撑结构，本工程采用刚格构柱作为钢支撑，刚格构柱支撑有便于安装和拆除，材料的消耗量小，可以及时施加预应力以减少无支撑暴露时间，合理地控制软土基坑变形，有利于缩短工期 ，节点构造处理相对简单等优点，符合现场情况与施工的可操作性。深大基坑设计和施工中，必须对支撑系统中各节点，特别是多支撑交汇的关键节点的构造细节，做深入分析和谨慎处理，严防"一点失稳、全盘皆垮"的灾害性事故。

（2）由于工作坑较深，为了确保基坑安全，基坑开挖与支护必须分层、对称、平衡、限时的施工，严格控制分层开挖层数和每层开挖厚度，以减少围护结构的横向位移和地面沉降。基坑开挖过程中严禁超挖，分层开挖的每一层开挖面标高不得低于该层支撑的底面或设计基坑底标高。

（3）为确保基坑及既有线的安全，基坑开挖必须按框架涵顶进的顺序依次进行分块开挖。基坑挖土作业时，挖土留坡宜控制在不小于1:2.5，防止土体滑坡。

（4）基坑施工时，控制路基和支墩的位移和沉降应作为工作的重点，土方开始开挖到整个工程结束，要密切注意既有线和围护的变化情况，达到报警值必须立即报警并按程序严格执行。

（5）准备充分的应急物资，发现基坑存在安全隐患必须立即采取针对性措施。

5.2 降水

深基坑降地下水的作用有：

（1）保持开挖面的干燥，便于开挖施工。

（2）增加基坑稳定性。

（3）善基坑土体的特性，增加土体强度。

（4）防止坑底的隆起和破坏。

井点降水有以下注意事项：

（1）应根据工程地质和水文地质条件、场地的施工条件、周围环境条件、机具及材料供应条件等，合理地选用轻型井点、喷射井点、深井井点、真空深井井点等井点类型，以及井点构造措施，本工程下立交基坑采用轻型井点降水施工。

（2）井点降水施工必须在基坑围护结构完成后立即施工，施工时间原则按基坑施工的时间节点分别进行施工。

（3）井点施工必须控制好井点的深度，降水水位控制在坑底下0.5 m处，为确保降水的有效深度和水位，局部基坑较深的部位必须采取先开槽后埋管施工工艺。

（4）为防止堵管，井点施工完成后必须立即进行降水作业。

（5）应指定专人负责抽水、观测，并详细记录水位、水量变化情况，对成井口径、井深、井管配置、砂料填筑、洗井试抽、出水量等关键工序做好详细的纪录，每道工序完成后应进行检查和确认，必须确保降水充分后进行基坑开挖。井点降水时间不少于14天。

（6）基坑降水根据基坑施工的工况采取分阶段逐步降水措施，确保既有线的安全。

5.3 基坑边坡防护

本工程在主体施工过程中会遇到雨季，为防止雨水冲刷基坑内预留边坡，避免造成坍方隐患，边坡采用喷浆护壁工艺，具体做法如下：

基坑按要求进行边坡留设，机械挖土时边坡必须预留20 cm由人工进行修坡，为确保边坡的质量和边坡的稳定，在边坡上按50 cm×50 cm间距均匀布插小竹桩，小竹桩长度40 cm，钢筋网固定在竹桩上后喷射混凝土，混凝土护壁厚度控制在5 cm左右。

5.4 高压旋喷桩施工

由于上海地区土质松软、含水量高、流变性强，对于较深的基坑，若不采取措施则开挖变形将较大。平改立基坑施工临近既有线，对变形控制要求非常高，因此铁路线下的框架位置基础采用Φ60 cm的高压旋喷桩加固，有效桩长21 m。每孔框架桥位置的旋喷桩施工在该孔框架顶进前进行。

高压旋喷桩施工安全防护措施有以下几点：

（1）施工时必须加强对既有线路基的监测，根据变形变化率控制成桩速度。

（2）高压旋喷桩施工时控制注浆压力，注浆压力必须根据路基的变形情况和深度情况进行调节和控制，以减小对既有线的影响。

（3）施工期间严格按2 h一次的要求进行监测，施工结束后继续观测3天，每天2次，直至路基变形稳定。

（4）铁路线下的框架地基加固和便梁支墩施工需申请线路慢行45 km/h。

（5）对泥浆的沉淀和排放应进行周密的设计和处理，确保施工过程中场地的清洁和不污染环境。

5.5 既有线封锁施工安全措施

5.5.1 施工封锁过程中的安全控制

施工封锁中应严格执行施工规范、作业标准等，并按施工网络计划各节点的时间安排有序进行，一旦发现工作滞后应立即采取有效措施。如果无法在批准的时间内完成，施工负责人必须提前通知驻站联络员向车站申请延长封锁时间。施工封锁严禁超范围作业。

5.5.2 施工封锁完成后的安全控制

施工完成后，施工负责人进行全面检查，经设备管理单位确认，并办理开通手续后方能恢复设备使用。

施工完成后，必须达到放行列车条件并经设备管理单位确认后，方可申请开通线路。封锁施工开通后，各工区和设备管理单位要加强检查和整修，设备管理单位要严格把关，开通后列车运行速度必须按速度阶梯逐步提高。对不能预先压道的地段及通行正式列车的过渡工程，经静态检验合格可不压道先开通，但开通后第一趟列车不准为旅客列车。

6 结束语

在上海软土地区，地层基本为饱和含水流塑或软塑粘土层，抗剪强度低，含水量高，具有较大的流变性，这种软弱流变的地质条件决定了上海地区的基坑工程中环境保护问题更为突出。在上海曾出现一些深基坑周围地层移动引起附近建筑和设施破坏的工程事故，造成了严重的社会影响和经济损失。因此深基坑施工过程中的安全控制应贯穿于施工的全过程。

[1]刘建航.侯学渊主编.基坑工程手册.中国建筑工业出版社.1997.

[2]刘建航.上海地铁1号线地下工程技术总结.上海市地铁总公司.1995.