（中铁二十二局哈尔滨铁路建设集团有限责任公司，黑龙江，哈尔滨，150001）
Protection Construction Technology for the Excavation of Deep Foundation Pit in the Existing Station
Zhu Ji-bao
(Harbin Railway Engineering and Construction Corporation Limited Liability Company of the China Railway No.22 Engineering Bureau ,Harbin,150006)
【摘 要】海拉尔站改造工程旅客地道工程位于内蒙古自治区呼伦贝尔市海拉尔区，该工程基础开挖属于深基坑施工，采用钢轨桩防护既有线，并进行基坑降水，从而降低了对铁路运输的影响，确保了业主要求的节点工期，达到了预期效果。
【关键词】地道；基坑；防护
【Abstract】Hailar railway station renovation project of passenger tunnel engineering in the Hailar District Hulunbeir City, Inner Mongolia Autonomous Region, the engineering foundation excavation belongs to deep foundation pit construction, the rail pile protection of existing and dewatering of foundation pit, which reduces the influence on railway transportation, to ensure that the required by the owner node construction, to achieve the desired effect.
【Keywords】tunnel foundation pit protection
一、工程概况
海拉尔站改造工程旅客地道工程位于海拉尔站场内，地道桥中心里程: JIK747+521.5m。旅客地道净宽1-8.3m，净高3.5m，地道全长72.9m。站区地下水属孔隙潜水，含水层主要为砂类土、地下水埋深大于6.0～10m，水位变幅2m。受大气降水和地表水补给。
二、深基坑开挖施工方案
根据设计文件图纸，地道工程基坑的开挖深度在6～7m之间，土质从上到下分别为0～0.8m素填土、0.8～3.8m细砂承载力270Kpa，3.8～4.8m中砂承载力370KPa，4.8～8.6m细圆砾土承载力550Kpa，8.6～12.6m砾砂承载力430Kpa，12.6～13.8m中砂承载力370Kpa，13.8～15m细圆砾土承载力550Kpa，地道主体位于承载力较好的细圆砾土层上。
2.1钢轨桩防护施工
地道工程涉及既有线施工，为确保行车安全，对既有线路进行防护。对钢轨桩准确定位，钢轨桩紧密排列不留间隙，第一根钢轨桩沿导向框插入，校正其位置和垂直度后，慢慢打入3～4m后，临时焊接在导向框上。检查认为其位置和垂直度准确无误后，方可插打下一根钢轨桩。钢轨桩插入一定距离后，注意观测检查导向框承受钢轨桩的重量是否变形，因导向框和定位桩承受荷载的能力有限。所以每隔一定距离，一般是3-4m，即应检查一次各板桩位置的准确性。
施工时顺导向框逐块插打直至合拢。插打时，随时纠正板桩歪斜和检查导框的稳定性。若不合拢可采取异形块角桩插入或在异形缝处反向打钢轨桩，使内外两块桩重迭阻水。
2.2钢轨桩承载力检算
1）计算条件：ρ土=19.6KN/m3；内摩擦角φ=30°；活载换算土柱高度20/19.6=1.0m；钢轨桩H=12.5m,打入坑下h’=5.5m，填土与桩顶平h=7.0+1.0（活载）=8.0m；
2）桩后土压力计算
（1）桩后土壤破裂角θ
tgθ=tg（45°-φ/2）= tg（45°-30°/2）= tg30°
∴θ=30°
（2）推力系数
λ= tgθ/tg（θ+φ）=tg30°/tg60°=0.333
（3）工作坑底面以上桩后主动土压力
P1=1/2ρ土h2λ=1/2×19.6×8.02×0.333=209KN/m
（4）工作坑桩后主动土压强
σh=ρ土hλ=19.6×8.0×0.333=52KN/m2
3）钢轨桩入土深度计算
（1）工作坑底面以下桩前土被动土压力系数
λp=tg2（45°+φ/2）= tg2（45°+30°/2）=3.00
（2）工作坑底面以下桩后土主动土压力系数
λa=tg2（45°-φ/2）= tg2（45°-30°/2）=0.333
（3）工作坑底面以下桩后产生主动压力的土层深度y
设工作坑底面以下桩后所受主动土压力强度为σa；工作坑底面以下桩前同一高度内的被动土压力强度为σp；同一高度为h0，则
σp-σa=ρ土h0λp-ρ土h0λa=ρ土h0（λp-λa）
故（σp-σa）/ h0=ρ土（λp-λa）=19.6×（3-0.333）=52KN/m
可得y=σh/52=52/52=1.0m
（4）所有外力对桩顶端拉杆系点的力矩
M1=1/2σh·h·2/3h=1/3σh·h2=1/3×52×8.02=1109KN·m
M2=1/2σh·y·（1/3y+h）=1/2×52×（1/3×1.0+8.0）=217 KN·m
ΣMA= M1 +M2=1109+217=1326 KN·m
P2=1/2σh·y=1/2×52×1.0=26 KN/m
ΣP=P1+P2=209+26=235 KN/m
设D0为在深度y下所需的附加深度，则
1/2(52 D0)·D0(2/3D0+y+h)= ΣMA
将y、h、ΣMA值带入得：D0=2.2m
故钢轨桩需打入工作坑底面以下的总深度为：
h’=y+ D0=1.0+2.2=3.2m
因实际采用的深度h’=5.5m
则D0= h’-y=5.5m-1.0m=4.5m
（5）钢轨桩顶拉杆的拉力
T=ΣP-P3=ΣP-1/2σD0·D0=ΣP-1/2×52 D0·D0=ΣP-26 D02=235-26×4.52=235-527=-292KN
由于桩底固着力大于桩后主动土压力，桩顶端A没有承受拉力，故可不设拉杆。
4）钢轨桩稳定计算
倾倒力矩为ΣMA，抵抗倾倒力矩为ΣM3
ΣM3=P3（2/3D0+y+h）=527×（2/3×4.5+ 1.0+8.0）=6324 KN·m
稳定系数K=ΣM3/ΣMA=6324/1326=4.8 ≥1.3 满足要求
5）钢轨桩数量的选择（每米宽度）
因不设拉杆，按悬臂结构，最大弯矩Mmax在y与D0交接处。
Mmax=P1·（1/3h+y）+P2·（2/3y）=209×（1/3×8.0+1.0）+26×2/3×1.0=784KN·m
每米背后所需钢轨桩截面模量为
W= Mmax/[σ]=（784×104）/2100=3733 cm3
查43kg/m钢轨截面模量W’为212
n=3733/212=18根
最少每米应打入43kg/m钢轨18根，按一正一倒布置可行。
三、基坑开挖
由于基坑深度达6～7m，且土方面积较大，坑内没有任何水平支撑，如果挖土方式选择不当，会造成基坑围护结构侧向土应力集中释放，加速围护结构位移，引起基底土方隆起。故采用“分层开挖的方式进行土方的开挖。由于地道工程所处地点土质多为砂质，开挖时有坍塌或流砂的可能，所以考虑采用钢轨桩对坑壁进行支撑。开挖时靠近既有线路侧涉及行车安全，采用双排钢轨桩进行防护，钢轨桩长12m，共需232根。钢轨桩距既有线路中心的距离应不小于3m，开挖时按现场实际情况适当进行放坡。钢轨桩的下端打入基底以下不小于5m，并用锚杆对钢轨桩进行加固，以保证钢轨桩承受侧向土压力，防止塌方影响线路及行车安全。基坑两侧按1:1.5进行放坡开挖，边坡采用喷锚混凝土的方法防护、加固，保证边坡的稳定。
四、开挖监控
施工时安排一名有丰富施工经验的技术人员，把全站仪和水准仪架在稳定的土层上，进行深基坑监测。监测的内容包括围护结构的位移及沉降变形、地表沉降、管线的位移及沉降、周边构建物的位移及沉降、地下水位变化。在基坑开挖施工中，当一些监控数据接近或超过警戒值时，通过对监测数据的分析，及时准确地发现施工中存在的问题，从而及时准确地调整施工步骤，并采取相应对策，以达到有效控制基坑变形，确保基坑施工安全。
各项监测的时间间隔可根据施工进程确定。当变形超过有关标准或监测结果变化速率较大时，应加密观测次数。当有事故征兆时，应连续监测。监测点的布置满足监控要求，从基坑边缘以外1倍开挖深度范围内的需要保护物体均应作为监控对象。位移观测基准点不少于两个，且设于影响范围以外。
五、基坑降水
本工程基坑开挖深度大于5m,采用重型井点降水。在基坑外设置降水管,管壁有孔并有过滤网,可以防止在抽水过程中将土粒带走,保持土体结构不被破坏。井点降水每级可降低水位4.5m,再深时,采用多级降水,水量大时,也可采用深井降水。
根据本工程的特点设置降水深井，呈梅花型布置，深井的间距控制在15－20m左右，每口深井的降水面积控制在300m2左右，并保证每口井降水有效半径相互重叠。深井开孔直径Φ350，采用正循环方法成孔，井管采用Φ350塑料管，滤水管采用Φ350缠丝滤管，井管外均匀回填碎石，井口1m左右用粘土封口填实。
六、施工安全保证措施
6.1作业前要全面检查开挖的机械、电气设备是否符合安全要求，严禁带病运行，基坑现场排水、降水、集水措施是否落实。
6.2人工挖土方时，操作人员之间要保持安全距离，一般大于2.5m；多台机械开挖，挖土机间距应大于10m，挖土要自上而下，逐层进行，严禁先挖坡脚的危险作业。
6.3挖掘机操作和汽车装土行驶要听从指挥，所有车辆必须严格按规定的运行线路行驶，防止撞车。
6.4夜间施工，机上及工作地点必须有充足的照明设施，在危险地段应设置明显的警示标志和护拦。
6.5雨天施工，运输机械和行使道路应采取防滑措施，以保证行车安全。
6.6所有用电设置必须符合用电规范，严格遵照“三级配电两级保护、一机一闸一漏一箱”的原则进行设置和使用。
6.7施工过程中加强对临近既有线的检查，发现线路变化及时进行养护维修，确保行车安全。
七、实施效果
通过精心组织和严格的过程控制，旅客地道基坑开挖施工顺利完成，为整个海拉站改造工程顺利实施奠定了坚实基础，旅客地道投入使用后，经过一年的运营，质量满足设计要求，状态良好。海拉尔站改造工程荣获2013年度黑龙江省龙江杯优质工程，取得了良好的经济效益和社会效益。
参考文献：
[1]中华人民共和国铁道部. TB10415 -2003铁路桥涵工程施工质量验收标准[S] 北京:铁道出版社.2003
[2]中华人民共和国铁道部. 铁建设[2008]14号文.改建既有线和增建第二线铁路施工技术暂行规定 [S] 北京:铁道出版社.2008
作者简介：
朱继宝（1974—），男，北京交通大学毕业，本科学历，工程师，项目经理，研究方向：铁道工程。
论文作者:朱继宝
论文发表刊物:《工程建设标准化》2015年12月供稿
论文发表时间:2016/4/14
标签：钢轨论文; 基坑论文; 承载力论文; 地道论文; 海拉尔论文; 底面论文; 深度论文; 《工程建设标准化》2015年12月供稿论文;