公路下穿铁路既有线的沉降分析

周明伟

(厦门市工程检测中心有限公司　福建厦门　361004)



公路下穿铁路既有线的沉降分析

周明伟

(厦门市工程检测中心有限公司福建厦门361004)

基于武汉市中一路(发展大道～幸福大道)下穿铁路既有线工程，以沉降变形为主要控制目标，研究了顶进施工沉降变形机制，对施工过程中的路基沉降量进行了数据监测分析，针对性地提出了相应的解决方法和处理意见。通过对各个施工阶段施工工序和沉降监测分析，只有保证各工序施工、管理措施到位，各阶段的沉降得到有效控制，总沉降才能得到切实降低。

顶进施工；工后沉降；控制

随着快速客运交通以及市政工程建设的迅速发展，越来越多的铁路平交道口正在不断地被立交路口取代，以消除铁路与公路平面交叉所带来的不利影响。铁路沿线出于安全舒适、美观稳定、服务年限的考虑，对沉降控制提出了极高的要求。科学、有效地分析工后沉降，经济、合理地监测和控制既有沉降，是工程技术人员需要重点考虑的问题。

1　工程概况

武汉市中一路(发展大道～幸福大道)京广下行K1189+489下穿立交桥工程，位于武汉市江岸区竹叶山。桥位处铁路现有5组道岔，12股道，分别为：京广正线2股道、汉丹联络上行线1股道、站线9股道。轨面高程在22.87m～23.24m之间。汉丹线和京广上、下行线从编组场外侧绕行，另外9股站线夹在正线中间， 股道中间设有3条纵向排水沟。立交桥施工地段除了在7、8、12、13、14股道上没有铺设道岔以外，其余股道上均有道岔相交。

立交桥主体全长为110m，孔径为4+16+4m，净高5m，中间16m为机动车道，两侧各4m为人行道。立交桥主体采用箱型框架结构，天然地基，地面设计标高22.7m，基础埋深10.0m，基底设计标高12.68m～13.00m，拟采用正线分段顶进、站线现浇、中继间顶进施工方案，见图1；引道拟采用挡土墙或U形槽，扩大基础或天然基础；铁路架空支点拟采用挖孔桩基础，桩径分别为2.0×2.5m、2.6×3.8m，最大桩长约为路基面以下15m，单桩荷载约为1 400kN～2 200kN。

2　现场测试及数据分析

2.1顶进施工过程监测方案

为了有效研究箱涵顶进过程中铁路线路沉降变形规律，对京广上行13#道、汉丹线14#道和工作线上的共23根铁路架空支点桩进行水平位移与沉降监测，每根桩桩顶布设1个水平位移和沉降监测点，共计23个监测点。沉降监测采用AT-G2型精密水准仪进行观测，水平位移监测采用TOPCOM GTS-600全站仪进行监测。监测点位置见图2。

2.2监测结果分析

(1)支点桩竖直位移

支点桩沉降如图3、4所示，在前期汉丹线14#道与京广上行13#道各个支点桩由于在基坑内侧和南侧回填砂石发生有规律的波动，缓慢下沉，至2009年12月24日到达最低点，然后支点桩呈现整体缓慢上升趋势。

在图3中，由于挖掘机在D2支点桩附近挖土，导致D2点在3月11日有较大上升。2010年4月15日至2010年4月23日期间，D1、D2、D3、E1、E2、E3支点桩周围土层被开挖掉，铺设混凝土底板，同时箱桥缓慢地朝1号桩靠近，汉丹线14#道上的支点桩呈现明显的上升现象。2010年4月25日、26日箱桥顶入铁轨以下，D1、E1和D2、E2支点桩相继被拆除。2010年4月28日箱桥顶到D2和E2支点桩所在位置，顶进工作结束。挖掘机在D3-E3支点桩以及C4-F4支点桩附近清土。其后各支点桩缓慢上升，但没有出现明显的波动现象。其中C2支点桩上升幅度最大，累计上升23.77mm。

在图4中，京广上行13#道各支点桩呈现明显上升趋势。2010年6月17日至2010年6月25日，支点桩E3-E5、F3-F5间，以及支点桩C3-C5、D3-D5开挖深坑，铺设混凝土底板，深度大约为箱桥底板以下2m左右，致使京广上行13#道的3号与4号支点桩均有明显上升现象，D3、E3、D4和E4支点桩出现突然上升的现象。其中E4支点桩累积上升最大为59.07mm，其余支点桩变化则较为平稳。

(2)支点桩水平位移

汉丹线14#道支点桩水平位移如图5～图10所示。从图5～图7可以看出汉丹线14#道支点桩轴向水平位移在2009年12月8日至2009年12月26日以及2010年1月14日至2010年3月4日两个监测时间段内水平位移变化平缓，没有出现较大波动，C1、C2、D1三个支点桩出现朝轴向正方向(基坑内侧)缓慢增长的趋势，2010年3月9日至2010年9月9日期间从图7可以看出：C1、C2、D1支点桩出现明显的朝基坑内方向发生倾斜的现象，其余支点桩在轴向方向上变化较为平缓，没有明显波动。从图8～图10可以看出，支点桩E1、F1、F2沿法向正方向(基坑内侧)不断偏移，而C1、C2支点桩则沿法向负方向(基坑外侧)不断偏移。

这主要是由于汉丹线铁路线靠近基坑一侧，其中C1-F1支点桩临近基坑，除受到来往火车的影响外，又受到基坑施工的影响，其中C1、C2以及F1、F2支点桩位于基坑开挖面与汉丹线交汇处，受力较为复杂，基坑清排泥浆，南侧边坡高压旋喷桩作业都会对上述支点桩的水平位移有较大影响。

京广上行13#道支点桩水平位移如图11～图14所示。从图11和图13可以看出，在2010年1月14日至2010年3月6日期间京广上行13#道上的各个支点桩水平位移在轴向和法向方向上均变化较为平缓，没有出现较大波动。从图12看出，在2010年3月9日至2010年9月9日期间，在轴向方向上，D4和E4支点桩在7月7日出现非常明显的沿轴向正方向的偏移，主要是由于2010年7月3日至2010年7月7日间，挖掘机在D4和E4支点桩与箱桥之间挖土，而对支点桩没有采取一定的保护措施，导致支点桩发生明显偏移，最后累积水平位移偏移量D4支点桩为103.98mm，E4支点桩为72.94mm。 在轴向方向上其余支点桩变化较为平缓。

从图14可以看出，在2010年3月17日F4支点桩发生明显偏移，相对偏移量为42.85mm，变化非常明显，主要是由于2010年3月13日至2010年3月17日间挖掘机在F4支点桩附近挖土，导致F4支点桩沿法向正方向(即基坑侧)发生较大偏移，随后趋于平缓，至2010年9月9日监测结束，F4支点桩呈现沿法向正方向缓慢偏移的现象，但未出现较大波动，最终偏移量为109.03mm。从图14还可以看出，C4和D4支点桩沿法向负方向出现缓慢偏移的现象，虽没有明显大的波动，但偏移的趋势非常明显，C4支点桩最终偏移-99.21mm，D4支点桩最终偏移-53.09mm。

3　顶进过程中沉降原因分析

从竖向位移监测结果可以看出：在整个施工过程中，支点桩基本上呈上升趋势，整体平稳。支点桩竖向位移较大的点位于离基坑较近、离箱涵较近的一侧，桩侧清土、开挖深坑、铺设混凝土、顶进箱涵等施工活动对支点桩竖直位移影响较大，个别支点桩出现较大竖向位移，导致不均匀沉降。

从水平位移监测结果可以看出：无论从轴向还是法向方向上，支点桩的偏移均是朝基坑内偏移的，主要原因是，一方面在支点桩附近施工挖土过程中，没有对支点桩采取及时有效的安全措施，导致支点桩发生明显偏移；另一方面，在2、3号支点桩之间为通行便道，人员设备以及施工车辆和机器均从2、3号支点桩间穿过；为保证基坑边坡安全，会在基坑坡底打一定量的旋喷桩加固地基，从而对支点桩形成一定的挤压和受力；以及京广铁路线火车运行较为频繁，移动荷载对支点桩产生的动冲击，而且在京广上线一侧施工单位抢修合武铁路线，保证合武铁路线能够及时通车。各个方面的原因导致支点桩桩底受力十分复杂，发生偏移的现象更为明显和突出。

4　顶进施工过程中的沉降控制

4.1对基坑开挖的控制

基坑开挖时的卸荷回弹、施工扰动及基底硬化不足等都会导致路基沉降，通过采取以下措施，可以有效地控制基坑开挖沉降。

(1)及时做好支护，加强支护结构的刚度，防止周围土层向基坑内滑移。

(2)做好坑底硬化和铺设隔离层工作，防止箱涵顶进过程中产生剪切问题[1]。

(3)采取机械开挖和人工开挖相结合，减小对基坑周边土体的扰动。

(4)在开挖施工过程中，借助仪器、设备和手段对箱涵结构、周围环境的竖向高程、水平位移、应力、基底隆起等进行监测，及时调整。

4.2对铁路架空加固的控制

铁路架空加固是顶进施工的前期工作，也是关键工作和难点工作。开挖及拆除架空支点桩产生的振动、架空及恢复线路时产生的线路不平顺、箱涵顶进过程中产生对铁路线路的带动等，直接引起铁路线路的沉降。

箱涵顶进过程中，为避免线路横移、保证行车安全，依据场地条件，采取以下措施：

(1)在箱涵就位位置前端设置抗移桩，使线路的横向力传到抗移桩上，增加线路的稳定性；

(2)在箱涵后端设置防横移地锚，利用倒链调整线路方向；

(3)在箱涵顶部与横抬梁之间使用顶进小车，减小推进摩擦。

4.3对顶进方向的控制

箱涵顶进时，顶力与基底不平行、过程控制不合理等，直接导致顶进过程中产生“抬头”、“扎头”，继而产生沉降。顶进过程中对顶进方向进行控制，可以有效减少沉降。

(1)加强顶进过程中的实时监测。在公路下穿铁路顶进施工期间，对箱涵的轴线、进程、前刃角土压力以及后背变形进行全程、实时的跟踪监测。

(2)在箱涵前端设置“船头坡”。在箱涵上部刃角的位置设置土压力检测器，用于监测箱涵顶进过程中箱涵前端的土压力变化，避免出现在推进时将上部铁路线路顶起。

(3)为防止框构桥顶进时出现偏斜，布置千斤顶时应严格按照计算的千斤顶布设位置进行布设，使千斤顶合力的作用线与箱身阻力的作用线重合。

(4)为防止顶进箱涵过程中出现左右偏移，在箱涵行进方向测量设置导向装置。

(5)通过化学注浆加固地基，采取“预沉降”措施，防止箱涵出现“抬头”或者“扎头”。

(6)纠偏措施。

在顶进箱涵过程受限于施工现场的地质情况、挖掘质量，以及顶力施加的位置和角度等，容易出现偏离推进路线、“抬头”或者“扎头”现象。“抬头”或者“扎头”现象产生的本质原因在于箱涵顶进过程中受到顶力及自重作用，以及由于基坑底部强度不一致，造成箱涵前后端的地基反力不均匀，出现前后端的差异沉降较大，特别是对于软弱土层更为明显[2]。

对于水平位移，通常可以采用以下纠偏措施：

①增、减一侧的千斤顶的顶力大小，调整千斤顶数量；②开动一侧的高压油泵进行调整；③通过后背顶铁进行调整； ④在箱涵前端设置支挡结构，一端架设在箱涵边墙，另一端架设在开挖面上，强行改变其行进路线；⑤采取一侧超挖，一侧少挖来调整[3]。

纠正“抬头”的方法：

①适当调整刃角的角度；②现场的两侧适当多开挖，给箱涵推进预留足够的空间；③当箱涵“抬头”量不大，可将开挖面开挖到与箱涵底板平齐。若“抬头量”较大，则在前刃角前超挖20cm～30cm，随顶随调整[4]。

纠正“扎头”的方法：

①适当增大箱涵前端力矩，增加两侧刃角吃土，前部刃角不得超挖；②挖土时预留箱涵底板以上10cm的土，利用“船头坡”将预留土压入箱底；③调整前刃角的角度，使刃角上扬角度增加；④增加箱涵后端平衡重，以改变箱涵前端受力状态[5]。

5　结语

顶进施工工艺复杂，流程较长，各个关键工序都会引起地表沉降。只有在共同追求不产生工后沉降的终极目标的前提下，协调好路基、箱桥和轨道之间的相互关系，对施工过程进行系统控制，保证各工序施工、管理措施到位，各阶段的沉降得到有效控制，总沉降才能得到切实降低。

[1]邱峡,高满山,梁峰.郑州地区顶进箱涵施工中沉降变形控制措施[J].施工技术,2009,38(10):103-104.

[2]喻天金,邢培琦,刘洁林.中继间顶进大跨度铁路立交桥施工技术[J].铁道标准设计,2004,12:64-66.

[3]潘艳杰.浅谈顶进箱形桥的施工工艺[J].城市建设理论研究,2012(17).

[4]马明.地道桥箱涵顶进信息化施工及方向控制研究[J].中国科技信息,2005,14：166.

[5]曾福强.大断面箱涵顶进过程对既有公路沉降的影响[D].郑州：河南工业大学，2011.

Settlement Analysis of Highway Crossing under the Existing Railway Lines

ZHOUMingwei

(Xiamen Center of Construction Engineering Inspection Co.LTD.，Xiamen 361004)

This article is based on the underpass engineering of existing railway lines in Zhongyi Road in Wuhan(development avenue ～ happiness avenue),taken settlement deformation as the main control target,subsidence deformation mechanism is studied,and the displacement monitoring analysis of the roadbed settlement is carried on,corresponding solution and advice is put forward according to the factors of settlement. Through the construction process and settlement monitoring and analysis of each construction stage,only each step of the construction,management measures are in place,settlement of each period is effectively controlled,can the total settlement be effectively reduced.

Jacking construction; Post-construction settlement; Control

周明伟(1987.09-),男，助理工程师。

E-mail:zhoumw1987@126.com

2016-04-18

[TU196.2]

A

1004-6135(2016)07-0062-05