市政道路明挖下穿铁路桥梁施工技术安全影响的初步探讨

摘 要：本研究针对铁路桥梁受市政道路基坑下穿施工技术进行了分析研究，与铁路沉降观测技术规程相结合，对桥梁安全控制指标进行综合拟定，分别探讨了基坑支护体系影响基坑两侧桥梁桩基承台及竖直位移方面的程度。结果显示市政道路基坑变形及稳定性与一级基坑设计要求相符，对既有铁路桥梁在基坑开挖施工中受到较小程度的基础沉降影响，铁路桥梁沉降及控制变形的相关指标要求可得到满足。

关键词：下穿铁路桥梁;市政道路施工;施工安全

1 工程基本情况

某工程位于城市主干道，按照50千米/小时的时速进行设计，全长8.2千米，车道3.6米宽，双向八车道，标准横断面51米宽，下穿市域铁路桥梁结构，进入铁路规划控制区的道路涵洞主体结构，基坑围护结构与铁路线承台结构之间只有0.9米的净距离。道路涵洞下穿市域铁路的横断面为：布置中孔行车主辅道横断面都是0.4米（包括内衬、防撞设施及装饰面层）+ 0.3米+ 3.6×2 车道+0.3米+0.4米（内衬、防撞设施）=9米，敞开段布置在边孔非车道横断面。因道路下穿铁路段主要是淤泥地层，土质较高的含水量和压缩性、不具有较高强度、较小的渗透系数，流变性明显，大部分结构性的灵敏度较高。开挖基坑导致围护结构、基坑底部及基坑外土体等产生一定程度的变形，影响基坑附近环境。[1]所以要分析桥梁结构对市域铁路下穿施工中影响其安全的程度，为铁路线路结构及其运营安全提供保证。

2 工程地质情况

本工程施工建设场地沿线主要分布为软土地质，具有压缩性较高、抗剪强度低、承载力低、较高的含水量、较高的灵敏度及较大的孔隙比等特点。道路框架涵洞下穿铁路处于淤泥层，填筑路基过程中易导致沉降过大及沉降不均匀等问题，应采取软基处理方法。[2]

3 工程设计

上跨道路处采用60米连续梁主跨的桥梁孔跨，单箱单室预应力混凝土结构的连续梁，对其应用分段支架法进行现浇施工，桥墩为矩形实体，主跨承台为顺桥向8.5米×横桥向12.5米，2.5米厚，桩基础1.25米共10根按照梅花式进行布置。下穿铁路部位的处立交桥采用四孔分离式框架涵洞，各孔宽度都是8.4米，涵洞与铁路中心线为90度交角，主车道箱为7.3米高，辅道箱为7.5米高，沿线路方向箱身一节为15米长。因建设地区地质为深厚层淤泥，本工程基坑应用1米的双排钻孔灌注桩，30米桩长，桩之间相距1.2米，排桩之间相距2.5米，两排桩都存在冠梁宽1.4米，高0.8米。两排冠梁之间设置的一道连梁宽1.0米，高0.8米，间隔2.4米。采取0.6米旋喷桩对双排桩之间的土进行满堂加固，土体加固1个月后抗压强度应大于1兆帕，加固12米深。将旋喷桩裙边与抽条设置在坑底用于加固，加固最小12米厚。复合地基承载力在加固后应大于120千帕。框架结构基底在铁路桥下设置800毫米的承载桩，横向桩之间有2.4米距离，公路线路纵向之间存在5—7米距离，承载桩同时用于抗浮桩。将一道钢筋混凝土设在基坑用于支撑，将一道6.1厘米×1.6厘米的钢管设置在基坑内坑底以上5.0米用于支撑，施工基坑支护后排桩时，在市域铁路影响范围内采用全桩长钢护筒，使基坑支护结构减小因变形导致铁路桥梁产生倾斜、沉降。[3]

4 控制标准

开挖任何基坑都将导致基坑附近地层产生沉降变形不均匀的问题，对附近的建筑结构有一定影响，尤其是对市政工程影响较大甚至会破坏市政管网。与桥梁变形在铁路线路维修管理标准及铁路沉降观测技术规程中的限值相结合，并参考桥梁结构变形在相关规范中的具体要求，对监控量测技术措施综合考虑并分析，市政道路施工可采用桥墩倾斜率及墩顶位移值作为控制铁路桥梁安全的指标。

5对桥梁施工技术安全的影响

5.1验算基坑变形及稳定性

根据《建筑基坑支护技术规程》及相关施工经验对基坑安全等级进行确定，存在重要保护建筑物及不小于10米深的基坑为一级支护基坑;不大于5米深的基坑并不存在特别要求为三级基坑;不属于以上两种情况为二级基坑。对市政道路从铁路桥梁基坑下穿的本工程采用深基坑支挡结构分析计算软件验算基坑稳定性及其变形，开挖基坑7.9米深，基坑确定为一级安全等级，基坑稳定性及其变形等指标与一级基坑设计要求相符。[4]

5.2分析三维数值

开挖基坑时，周边土层受到土层变形和释放地层应力的影响，所以，分析影响附近建筑物环境的程度是开挖基坑的关键。开挖基坑应设计方案及采取的支护措施，制定详细的工序和科学合理的措施，为开挖基坑及顺利实施基础施工提供保证。此外，开挖基坑中应对附近建筑物加强观测其产生的沉降变形，对建筑物受开挖基坑的影响综合考虑，避免由于开挖基坑造成附近建筑物产生变形过大或沉降不均匀问题，造成建筑物出现开裂甚至发生倒塌等严重后果。针对本研究的工程施工中，若产生过大沉降，相鄰两桥墩之间将产生过大的沉降差，可能对铁路行车舒适度、耐久性产生不利影响，甚至引发安全事故[5]。所以，开挖基坑控制影响周边建筑物主要是避免附近建筑物产生过大变形而引发安全隐患。采用有限元软件分析三维计算，结合理论分析及积累的施工经验，模型为180米长，50米宽，100米高，应用内力收敛条件，采用0.001收敛精度，应用实体单元对岩土体、承台及桥墩进行模拟，应用梁单元的桥桩、冠梁，结合刚度等效原理基坑围护桩结构采用板单元，结合刚度等效原理对钢支撑应用板单元进行模拟。完成市政道路开挖基坑后分别在铁路桥梁及开挖市政道路路基坑面导致地层最大隆起量100.5毫米，沉降量4.82毫米。开挖基坑影响铁路，主要是在结构上产生沉降变形，其中桥墩沉降值达到最大4.82毫米，其它3处桥墩产生比较接近的沉降变形，只有较小的水平高差。承台顶面在完成开挖基坑后，其竖向最大位移为4.2毫米，承台顶面最大水平位移为2.8毫米。承台之间最大沉降的差异为2.6毫米，与控制要求相符。在施工现场中，应加强必要的监测及相应管控。[6]

6结语

综上所述，结合基坑稳定性验算，其变形及稳定性与一级基坑设计要求相符。如果非机动车道路面标高不能降到现状地面，应将永久反压平台设置在桥墩另一侧用于对侧土压力的平衡。混凝土或浆砌片石护面设置在反压平台表面，用于使耐久性提高。本工程建设区域软土层深厚，偏压堆载时间较长导致桥墩产生非弹性位移的横向变形，进而影响铁路运营安全。

参考文献：

[1] 马士让.城市道路下穿高速铁路桥梁设计施工关键技术研究[J]，北方交通，2018.16

[2] 万巧，吴彪，王杰.某城市道路下穿既有铁路桥梁施工安全影响分析[J]，交通科技，2018.7

[3] 郑轶雄.明挖通道下穿既有高速桥梁的安全施工措施[J]，山西建筑，2017.11

[4] 关莎莎.新建道路开挖对邻近高铁桥梁施工及运营的影响分析[J]，中外建筑，2019.3

[5] 卢再光，王为林.地铁隧道下穿铁路桥梁施工技术的探析[J]，建材与装饰，2018.10

[6] 赵克生.浅埋暗挖法地铁区间隧道零距离下穿既有线施工技术[J]，铁道标准设计，2017.6

作者简介：李翼（1987-），男，汉族，江苏省徐州人，大学本科学历，研究方向：市政道路与桥梁。