临近铁路既有线深基坑土方开挖施工工艺探讨

曹景全

1 概述

当前，随着我国综合国力的增强，我国正在进行大规模的铁路及周围临边设施的建设，不断完善铁路网提高铁路的高效运输效率。在建设过程中，时常会遇到临近既有线施工的情况，既有线运输繁忙，安全重于泰山。而临近既有线地下结构施工首先遇到的便是土方开挖，土方开挖过程中由于对土体的扰动，土体的中的有效应力便会不断变化，不小心便会造成周边土体的沉降，对既有运营线路造成严重影响，因此，如何保证既有线路的安全，又能控制施工进度质量变成了临近既有线施工的重要难题。

杭州南站临近既有线土方开挖施工过程中，通过对既有线路沿线及基坑周边进行监测点位布置，根据数据监测实施指导土方开挖施工，分区、分级、分层、先撑后挖，安全高效地完成了土方开挖施工，有效的控制了既有线路及周边线路的位移和沉降，保证了既有线路及周边建筑物的安全，对以后临近既有线土方开挖施工有着重要指导意义。

2 工程概况

杭州南站位于杭州市萧山区中部，是杭州枢纽内重要的客运站。杭州南站规模为7台21线，设东西广场，以东广场为主，西广场为辅，采用高架候车。

其中，站房建筑面积 47456m2，站台雨棚 32014m2，通廊 8300m2、站台42210m2，地下一层、地上二层，建筑高度为27m；钢筋混凝土框架结构，最大跨度为24m。屋盖结构形式为双向平面钢桁架，顺轨向最大跨度42m，垂轨向最大跨度35.575m。

东站房基坑西侧围护结构距离杭长正线中心线为9.2m，东南侧距离牵引变电所房屋约12.9m，基坑开挖深度为10.2m，属于临近既有线深基坑施工的范围。

3 工艺特点

采用传统挖机对土方进行施工，分层分段采用退台接力式挖土，并根据既有线路及基坑周边布置的点位在挖土阶段对既有线路周边路基沉降、水平位移等指标进行密切监测，根据数据随时进行挖土调整。

4 施工工艺流程

4.1 第一步挖土

按照图纸施工放线，把基坑的第一道支撑的边缘线全部放出。首先开挖冠梁及支撑部位土方，冠梁区域挖至-5.00m，支撑梁部位挖至-4.80m，基坑顶部-3.0m位置设置截水沟，基坑顶部和冠梁之间高差部位按1：1.5放坡处理（100厚C20网喷混凝土，配Ф8@200×200的钢筋网片）。

4.2 第二步挖土

组织回填，依次对已经开挖的基坑支撑进行局部的回填，目的是为提供给施工机械的运行路线。回填下部采用素土回填压实，上面铺设钢结构走道板作为桥，保证运行车辆对已经完成的支撑压力作用最小。

待冠梁及支撑混凝土达到设计要求后，进行第二步挖土，设置三个出土位置；基坑北侧12/B轴、10-11/A轴；基坑中部6-7/A轴。南侧由于距萧山牵引供电所太近，暂时未考虑在南侧出土。

先期将7轴以北土方由基坑北侧12/B轴退台接力开挖至-9.0m；随后将7轴以南土方采取多台挖机由南向中间退台接力开挖，从基坑中部6-7/A轴位置出土，全部土方均挖至-9.0m。

第二步土方开挖前，根据工高函（2015）189号，上海铁路局工务处关于印发《杭州南站基坑工程施工对杭长高铁、临近建筑物影响安全评估审查会纪要》的通知，基坑开挖至地面以下5m范围内，限速120km/h。

4.3 第三步挖土

待腰梁及支撑混凝土达到设计强度后，进行第三步挖土，开挖-9.0m∽-11.8m、12.7 m、13.2m。该步土方开挖在基坑北侧B/6-12轴设置一出土便道，便道宽5m、长60m，放坡比例为1：9进行施工。東站房基坑内第三步土方均从该便道出土。因第二道支撑距离基底高度仅有2.8m以上，且角撑下部工程桩及钢立柱间距较密，致使大型挖土机械无法进行施工。第二道支撑下部土方采用HS-60小型挖机进行掏土作业。挖掘过程中及时处理超灌工程桩，防止机械碰撞桩头造成工程桩倾斜或破坏。

考虑第二步及第三步开挖土层均处于淤泥质粘土层。为防止开挖过深、坡度较陡导致动态坡体对工程桩、支撑立柱及降水井产生水平推力造成土体滑移破坏，决定在开挖过程中严格按照“时空效应”理论，分级、分层、分段开挖，严禁超挖。分层厚度不大于2.0m。

第三步土方开挖前，根据工高函（2015）189号，上海铁路局工务处关于印发《杭州南站基坑工程施工对杭长高铁、临近建筑物影响安全评估审查会纪要》的通知，开挖地面以下5m～9.7m（坑底）范围内，限速80Km/h。当底板施工和倒撑安装完毕后，限速120km/h，经过一段时间的监测，基坑稳定后，恢复常速。

将5轴南侧底板设置一道施工缝，施工缝设置在3轴承台上部1m位置处，南侧第三步土方开挖后到该位置后，立刻进行3轴以南区域（第一块底板）的底板钢筋绑扎及混凝土施工；同时第三步土方继续进行开挖，开挖到5轴后浇带位置后，进行3～5轴区域的（第二块底板）底板钢筋绑扎及混凝土施工；中间区域的土方继续进行开挖，开挖至8轴后浇带位置后，进行5～8轴区域的（第三块底板）底板钢筋绑扎和混凝土浇筑工作；北侧第三步土方持续进行开挖，开挖至10轴位置处（10轴承台上部1m位置处设置一道东西向施工缝），开始进行8～10轴区域的（第四块底板）底板钢筋绑扎和混凝土浇筑工作；最后一块土方开挖完毕后，进行10～12轴区域的（第五块底板）底板钢筋绑扎和混凝土浇筑工作。

4.4 弃土

弃土地点拟设置在临时规划用地内，运距约40KM。自场地东侧围墙开设运土临时出入口，运土通道换填素土加固。弃土需用密目网覆盖，避免大风天气形成扬尘。

5 质量控制

临近既有线施工尤其是土方开挖对于既有线路位移沉降观测尤为重要，重点根据数据的显示及变化判断基坑、既有线路及建筑物的安全稳定状态。

5.1 监测内容

既有线施工应加强信息化施工管理，施工期间应根据监测资料及时控制和调整施工进度和施工方法，对施工全过程进行动态控制。具体监测内容如下：

变形监测：

（1）围护体顶部水平位移监测；

（2）围护体顶部竖向位移监测；

（3）围护体深层水平位移监测；

（4）立柱竖向位移监测；

（5）周边地表竖向位移监测；

（6）支撑内力监测；

（7）坑底隆起监测；

（8）坑外地下水位监测；

（9）临近铁路运营线（杭长线Ⅰ道和Ⅱ道）水平位移及竖向位移监测；

（10）接触网结构柱沉降监测。

5.2 观测点设置

（1）既有铁路钢轨位移观测：在线路坡脚外地面上设置1个测站点，1个后视点，在线路钢轨侧面设置15个观测点（编号D1～D15 ，间距10m），贴反光片；同时在范围内接触网杆上设置同样观测点；在路基同样设置观测点15个观测点（编号LJ1～LJ15 ，间距10m），预埋钢筋、上部弯折90°、钢筋头贴反光片；观测点埋设在天窗点内完成，对于既有线观测全部在防护栅栏外进行。

（2）1#变电所临近东站房基坑，为防止基坑在施工期间和降水期间对1#变电所造成沉降位移影响，在1#变电所侧墙设置双层搅拌桩止水帷幕（见施工蓝图）。同时加强对1#变电所内避雷塔基础、设备基础等柱式结构进行监测，在1#变电所院内墙边设置沉降观测点，1#变电所的西墙设置5个观测点（编号BD1-BD5），北墙边设置4个观测点（编号BD5-BD8），观测点间距10m。1#变电所观测点的布置见附件DZPS-7图示。观测点埋深600mm，采用混凝土制作，见下图观测点做法：

（3）围护体监测：在线路外地面上设置1个测站点，1个后视点，设置观测点。编号WY，主要观测围护桩顶部水平位移、竖向位移，围护桩深层水平位移；编号WY，观测围护桩顶部水平位移、竖向位移；监测点布置见“观测点布置图、图号HYPS-6”

基坑监测、线路观测委托专业单位进行，监测单位将每次数据及时整体，上报中铁建工集团杭州南站项目经理部、监理单位，并由施工单位及时上报杭州工务段、接触网观测数据上报供电段，作为判定依据，如果线路监测数据达到预警值时，加强设备检查和及时整修，达到报警值对线路、接触网等设备检查确认，必要时采用整修补强等措施。

线路检查、养护委托杭州工务段进行实施。施工期间对杭长高速铁路实行24小時全自动监测。观测过程中发现变形频率加快、立即停止施工，由工务段先进行养护，各单位联合分析原因并制定处理措施。

（4）监测频率。

①既有线观测（见表1）。

桩基施工期间观测频次每天1次，基坑开挖观测频次不少于每2小时1次，变形速率较快或有持续变形时，观测频次不少于每1小时一次。

当路基及接触网立柱变形量大于4mm/天，或累计变化量大于参考值时，必须停止施工，与业主、监理和设备部门共同分析原因，制定补强措施，加强轨面养护和对接触网立柱进行加固，稳定后方可继续施工。施工结束后应继续加强观测，时间不少于3天，频次不少于2次/天，变形观测应做好观测记录并经观测人员签认。

②基坑监测频率（见表2）。

注：本工程临近杭长正线侧按一级基坑考虑监测频率，实际监测频率依据现场实际情况进行加密和降低。

根据业主审查杭州南站东站房基坑土方开挖施工方案的意见，要求对杭长正线轨道侧边进行监测，可以考虑利用天窗点对正线轨道侧边安装反光片，并进行监测工作。基坑监测时，在土方开挖到5m以下时，要提高监测频率，按2次/1d考虑（见表3/4）。

根据“上海铁路局工务处关于印发《杭州南站基坑工程施工对杭长高铁、临近建筑物影响安全评估审查会纪要》的通知”的要求，东站房基坑监测控制标准：沉降速率24小时不大于2mm，当基坑沉降监测超过控制标准，必须马上停止施工，采取相关应急措施，确保高铁运营安全。

③监测报警值。

基坑变形和环境保护安全等级为一级，因此监控施工过程中的基坑变形、环境变化情况工作应全面满足安全等级控制保护要求，使施工单位能随时了解变形情况，以便及时采取有关措施，调控施工步序与节奏，作到信息化施工，确保工程施工顺利进行。

各项监测的数值达到一定范围要进行“预警”和“报警”。具体见表5。

6 结束语

杭州南站东站房属于临近既有线深基坑开挖，通过采用分区、分级、分层、先撑后挖，以监测数据为指导，顺利高效的完成了杭州南站土方开挖工程施工，不仅保证了工程质量和施工安全，而且施工效率快，大大节约了工期，为今后既有线路施工提供了宝贵的经验。监测的数据及时反馈到设计院及既有线路各级单位，得到了业主及各级单位的好评。

参考文献：

[1] 杨琼.大型基坑土方开挖施工方法[J].中小企业管理与科技，2012（30）.

[2] 邢锋.大型建筑地基土方开挖及注意事项问题分析[J].城市建设理论研究（电子版），2011（32）.

[3] 孙国荣，鲁强华.工程中土方施工技术的发展与核心技术问题分析[J].科技创业家，2012（2）.

[4] 李磊，段宝福.地铁车站深基坑工程的监控量测与数值模拟[J].岩石力学与工程学报，2013（S1）.

[5] 李四维，高华东，杨铁灯.深基坑开挖现场检测与数值模拟[J].岩土工程学报，2011（S1）.

[6] 周念清，唐益群，娄荣祥等.徐家汇地铁站深基坑降水数值模拟与沉降控制[J].岩土工程学报，2011（12）.

[7] 陆培毅，李金清，雷华阳等.天津融创广场基坑工程监测及数值模拟分析[J].天津大学学报，2011（7）.

[8] 谢李钊.深基坑现场实测分析及数值模拟[D].中南大学，2009.