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市政道路明挖下穿铁路桥梁施工安全影响分析

发表时间：2020/6/15 来源：《基层建设》2020年第6期作者：王枝文

[导读] 摘要：随着社会的不断发展和进步，带动了我国各个行业领域的发展。

        云南品信建设工程有限公司云南昆明 651700
        摘要：随着社会的不断发展和进步，带动了我国各个行业领域的发展。以框架涵洞市政道路基坑下穿铁路桥梁施工过程为研究对象，结合铁路沉降观测技术规程综合拟定桥梁安全控制指标，分别分析基坑支护体系自身变形、稳定性及基坑开挖对基坑两侧桥梁桩基承台水平及竖直位移的影响。结果表明，市政道路基坑自身变形及稳定性满足一级基坑设计要求；基坑开挖施工对既有铁路桥梁基础沉降影响较小，满足铁路桥梁沉降及变形控制指标要求。
        关键词：市政道路；下穿铁路桥梁；基坑开挖；控制指标
        引言
        城市地下道路建设快速发展，地下道路火灾等紧急情况下人员安全疏散成为迫切的研究问题。现有城市地下桥梁疏散研究主要针对盾构型隧道，针对明挖型隧道的研究较少。明挖型隧道的疏散通道包括人行横向联络通道和直通地面的竖向疏散通道，在疏散通道结构和参数上与盾构型隧道有明显不同，对应人员疏散过程存在显著差异。我国现行隧道设计规范中仅对人行横通道或人行疏散通道的设计间距和宽度给出了推荐范围，现有明挖地下道路疏散研究主要为单一人行横通道疏散的研究，缺乏人行横通道和竖向逃生通道组合疏散效果的研究。笔者利用Pathfinder针对典型明挖隧道人行横通道和竖向疏散通道组合疏散方式下的人员疏散过程进行研究，以期为明挖地下隧道的疏散结构设计提供指导。
        1工程概况
        新建某主城区西北部，该段道路为城市主干道，设计时速50km/h，全长约8.14km，车道宽度3.5m，双向八车道，标准横断面宽度约51.5m，下穿铁路立交桥工程下穿市域铁路S1桥梁结构，道路涵洞主体结构进入铁路规划控制区，且基坑围护结构与S1线承台结构净距仅为0.9m。下穿市域铁路处的道路涵洞横断面为：中孔行车主道和辅道横断面布置均为0.4m（内衬、装饰面层及防撞设施）+0.25m+3.5×2两车道+0.25m+0.4m（内衬及防撞设施）=8.30m；边孔人非车道横断面布置为敞开段。
        由于下穿铁路段道路所处地层主要以淤泥为主，这类土强度低、含水量高、压缩性高，渗透系数非常小，并且具有明显的流变性，多数还具有高灵敏度的结构性。基坑开挖引起的变形主要是围护结构的变形、基坑底部土体的变形以及基坑外土体的变形，将对基坑周边的环境产生一定的影响。因此，需对某市域铁路S1线桥梁结构施工安全进行影响分析，以确保某市域铁路S1线结构安全和运营安全。
        2地下通道明挖法施工技术
        地下桥梁明挖法施工技术适用于作业环境简单空阔且地下通道埋深较浅，地下通道建设范围内，地下有较多障碍，如有木桩、块石分布广泛难以排查。地下通道明挖法施工技术的优点在于：施工机械设施简单好操作；对施工地下存在障碍物方便清理，能保证地下通道施工质量；成本低，对工程进度易把控。因此，在城市地下通道建设中，如条件适合，首先选择的施工技术就是明挖法施工技术，此方法是在市政工程地下桥梁施工中应用最为广泛的方法。以下详细阐述地下桥梁明挖法施工技术。
        2.1基坑降水施工
        市政工程地下桥梁在建设过程中第一步就是基坑降水施工，此施工是后续工程能有效进行的保障，是决定工程施工成败的关键，有助于保障地下桥梁建设的水平与质量。在基坑降水施工过程中，首先对该区域土质进行分析，了解地基土层的渗透情况，且须在现场进行抽水试验，需专业技术人员来现场验证土质性能，如计算出性能系数K值，计算出应降水深度，再根据K值计算出影响半径R值；计算涌水量，选择适用于地下桥梁工程的降水方法来进行基坑降水施工。在此基础上选择适合的基坑降水方法，除此之外，还有一些地下桥梁建设中使用管井井点降水法，根据单井出水量确定降水井数。
        2.2基坑开挖
        针对地下桥梁水平向连续贯通的结构形式特点，采用水平分多工区的跳舱法进行开挖和回填，以提高施工效率，降低工程成本。基坑土方开挖前，按设计轴力40%～60%的预加力安装钢支撑。基坑先横向分层分段，开挖至第一道支撑设计深度以下0.5m时进行第一道围檩及横撑，继续分段开挖至底部设计标高0.5m左右时，改用人工清槽至基底标高，以避免机械开挖破坏持力层。
        3影响分析
        3.1基坑变形、稳定性验算
        根据某省标准《建筑基坑支护技术规程（DB33/1096—2014）》和国家标准《建筑基坑支护技术规程（JGJ120—2012）》及工程经验确定基坑安全等级：有重要保护建筑物及基坑深度h≥10m时为一级支护基坑；基坑深度h≤5m且无特别要求时为三级基坑；其余为二级基坑。采用同济启明星深基坑支挡结构分析计算软件FRWS对广化南路下穿铁路桥梁基坑进行基坑变形、稳定性验算，基坑开挖深度为7.85m，基坑安全等级定为一级。基坑验算结果见表1。

        表1 基坑稳定性验算结果汇总
        3.2三维数值分析
        基坑开挖时，通过地层应力释放与土层变形对周边土层产生影响，因此基坑开挖的关键是分析其对周边建筑物的环境影响。基坑开挖要对基坑的开挖方案与支护措施进行设计，并制订基坑的开挖工序与合理的有效措施，确保基坑开挖和基础施工顺利、安全、可靠地实施。另外，基坑开挖的过程中，也要加强对周边建筑物的沉降变形观测，充分考虑基坑开挖对建筑物的影响，防止因基坑开挖导致周边图1基坑开挖引起基坑、地面变形包络图建筑物发生过大变形或不均匀沉降，从而导致建筑物开裂甚至倒塌，对于温州市域S1线温州特大桥而言，如果沉降过大，相邻两桥墩沉降差过大，则可能影响温州城市域铁路的行车舒适度、耐久性，更严重者可能发生安全事故。因此，控制基坑开挖对周边建筑物的影响是避免周边建筑物或构筑物变形过大从而造成安全隐患。

        图1 基坑开挖引起基坑、地面变形包络图
        结语
        1）根据基坑稳定性验算，基坑自身变形及稳定性均满足一级基坑的设计要求。若非机动车道路面标高无法降至现状地面的，应在桥墩另一侧设置永久的反压平台以平衡侧土压力。反压平台顶面与非机动车道路面等高，顺道路方向设置长度应不小于市域铁路桥梁投影范围前后各加5m，横向宽度应通过计算确定，使桥墩处横向土推力为0。反压平台表面设置混凝土或浆砌片石护面，以增加耐久性。2）通过基坑支护方案数值模拟分析可得：承台顶面竖向位移最大值和承台顶面水平位移最大值分别为4.10mm和2.79mm；承台间差异沉降最大值为2.59mm；墩台竖向位移最大值和水平位移最大值分别为4.83mm和5.00mm；均满足本文拟定的各项限值。其中164号墩墩顶水平位移和墩身最大倾斜率已达到或接近本安全评估拟定的限值，建议加强施工现场的管控和监测。3）为安全起见，结合本工程的基坑开挖深度，地面以下8m范围不计桩周侧摩阻力，对163、164号墩桩基进行检算，单桩承载力检算结果满足《铁路桥涵地基和基础设计规范（TB10093—2017）》的相关要求。
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