傅政
（中铁隧道股份有限公司，河南，郑州，450000）
【摘 要】本文以实际工程为例，对下穿即有线路的施工进行了探讨。在对比多个施工方法后，选用明挖现浇的方法进行下穿既有线路施工，并结合施工现场的时间情况优化了施工技术，保证了施工顺利开展。实践证明，明挖现浇法更加科学、灵活，施工效果良好，为类似工程施工提供了参考。
【关键词】火车站进出站地道；既有货运线；明挖现浇法；D便梁；基坑
引言
下穿既有有线工程具有施工风险高、施工工期长、施工造价高、场地不适应等问题，随着下穿既有线工程的不断增多，诸多施工当前，我国很多工程成员都对各类施工方法进行了研究，但是由于环境对下穿既有工程的制约比较大，不同的工程使用的技术和方法也不相同，最终导致工程施工后取得的效果差异性比较大。甚至因为选择的技术和方法不合理对车辆的行驶安全造成了影响。所以，需要研究一种环境适应性强、施工灵活的施工方法，防止因选择的施工方法不合理而引发行车安全事故。
1．工程概况
新建长株潭城际铁路在既有长沙火车站东侧，为满足旅客通行需要，需新建旅客进出站地道，地道下穿既有京广货运线，对应里程：出站地道为K1567+943.75，进站地道为K1568+016。
图1 剖面示意图
此段铁路为高路堤段，路堤平均高度6m。区内地层从上至下依次为既有线填土、人工填土、粉质黏土、细、粗圆砾土、泥质粉砂岩，地下水位埋深7.00～7.80m。
工程所处京广铁路为货运线，上下行双股道，Ⅱ型砼枕，60kg/m钢轨，无缝线路，电气化铁路。地道下穿线路位于直线段上，线间距5.2m，地道与线路垂直，为矩形结构，下穿货运线部分长度为25m。
2．施工方案比选
2.1 盾构法介绍
盾构法具有施工进度快、施工噪音小、施工震动小、对地面结构物影响小、作业面可靠安全等优点。使用盾构法进行下穿既有线路工程施工具有下述几个方面的特点 ：
2.1.1 盾构法适用于地质条件均匀、松软含水的地层。另外，结构覆土深度在6m以上时，也可以使用盾构法进行施工。
2.1.2 采用盾构法进行施工时，要求工程地点附近的场地要满足出碴进料工作井和盾构进出洞的用地需求。
2.1.3 由于盾构设备和附属设备的造价比较高，为了节省成本，连续施工长度要控制在300m以内。
本工程结构顶板至道床顶仅1.5m，埋深较浅，使用盾构施工对线路扰动较大，安全风险较高；工程所处位置东侧为厂房，西侧为既有长沙站，场地狭窄，不具备建造工作井的条件；工程下穿既有线部分长度仅15m，使用盾构施工极为不经济。因此，从施工安全风险、场地和成本方面考虑，不建议采用盾构法施工。
2.2 顶进法介绍
对于地基承载力良好，结构跨度比较大的施工条件，当现场条件允许时，多使用顶进发进行施工 [2]。使用这种施工方法对既有线路的影响比较小、施工时间短、可以多孔同时平行施工。不过采用顶进法进行施工时，需要的场地面积也比较大。由于本工程实施时，场地两侧均有大量的房屋未拆迁，无足够的场地修建工作坑。同时本区段处于上软下硬，软硬不均的地层中，从工程实施后揭露的地层来看，基底为强风化的泥质粉砂岩和粗圆砾土交错地层，承载力低，软硬不均，采用顶进法施工技术难度较大。
2.3 明挖现浇法介绍
明挖法主要是将D便梁临时架空路线作为基础，然后使用明挖法对路基进行开挖，最后就地进行主体结构的现浇作业，并回填恢复路线。明挖现浇法具有施工场地要求不高、土建工程造价低、线路沉降控制效果好等优点，但是施工时间比较长，便梁支墩在土体外长时间暴露会受到比较大的侧向剪切力，很容易造成边梁支墩断裂，安全隐患比较大。
2.4 方案选定
针对本工程的特点，从施工安全、既有线影响、施工难度、施工工期、土建造价等几个方面对上述可行的方案进行了详细对比，如表1所示：
通过对上述几种工法的综合比较，结合现场实际情况，最终确定采用明挖现浇法施工。
3．施工方案优化
3.1 明挖现浇法工艺流程
明挖现浇施工工艺流程如下图所示：
图2 明挖现浇法工艺流程图
本工程为既有线施工，安全风险大，工期紧张，对线路沉降要求高，为决定工程成败的关键影响因素，施工过程中对上述关键因素影响较大的工序进行了优化。
3.2 便梁支墩施工
本工程设计采用人工挖孔桩作为D便梁支墩。挖孔桩为圆形，D便梁架设上去会有部分悬空，线路架空后将使D便梁存在较大的偏心受力，易导致D便梁变形，进而影响线路稳定。
为确保线路稳定，将线间挖孔桩桩头优化为矩形桩帽，桩帽大小与原桩基尺寸相同，厚度1m。
在慢行点进行挖孔粧作业，不影响列车的正常通行。一般情况下，当列车通过时，由于机具和人员的侵限影响会对车辆的安全行驶造成影响，工作人员需要下道避车，由于京广货运线为繁忙干线，作业人员若频繁避让列车，将极大的影响施工效率[11]。
为解决此问题，拟在挖孔桩两侧现浇防护挡墙，挡墙采用C25钢筋砼，高度不超过枕木顶，深2m，沿线路方向长度4m。
浇筑好挡墙混凝土后，两侧的道砟不会掉落砸伤作业人员，在基坑底部放置手摇提升架，工作人员在基坑内部施工不会对车辆的正常行驶造成影响，也不需要下线避车，显著提升了作业效率。
3.3 D便梁架设
本工程使用军用D型便梁对线路进行架空。D便梁是以纵梁和横梁纵横连接形成的支撑系统，因纵梁过长、过重，单靠人力无法架设，故纵梁能否成功架设是D便梁架设的关键。
通过现场调查，进出站地道上方均存在接触网，若机械设备选择不正确，轻则延点，重则影响列车正常运行，造成铁路行车事故，因此，选择正确的吊装方式将是D便梁架设成功的关键。
在相似条件下，目前比较成熟的D便梁架设方式有如下几种：汽车吊吊装、简易吊架吊装、折臂吊吊装。
3.3.1 汽车吊吊装：汽车吊装指的是利用汽车吊吊臂将D变梁吊方到指定的位置，此方法具有作业费用低、作业时间短等优点，但是，在施工过程中由于地道上方股道距接触网6m，无法从接触网下方将吊臂伸入D便梁架设位置，只能从上下行股道接触网线间空隙进行，因此需要对接触网停电。吊装过程中，由于接触网和纵梁之间的距离比较近，很容易在吊装过程中剐蹭到D便梁，严重时甚至会损坏接触网，对列车的安全运行造成影响，存在比较大的安全风险。
3.3.2 简易吊架吊装：简易吊架装指的是使用手动葫芦、槽钢、钢管等工具和材料加工制成的四脚吊装架来进行吊装作业，并利用轨道小车将D便梁滑移到指定的位置，然后利用吊装架把D便梁落下。此方法具有操作安全性高、制作简单、不需要接触网停电等优点。但是这种方法需要投入大量的人力，施工效率不高。
3.3.3 折臂吊吊装：折臂吊属于一种特种吊装设备，可以在接近水平的方向上向前延伸，可以达到吊装设备和接触网安全距离的基本要求，不需要接触网停电，劳动效率显著提升，但是由于吊臂比较短，如果铁路为单线铁路那么就可以将所有的位置都覆盖到，如果为多线铁路，吊臂长度就无法达到要求，不能进行吊臂范围以外的D边梁架设。
针对以上三种设备的特点，经过多次比选，最终确定选用简易吊装架和折臂吊相结合进行D便梁架设：折臂吊吊臂不能覆盖的位置采用简易吊装架架设，其余位置均使用折臂吊架设，提高作业效率，降低作业安全风险。
3.4 基坑开挖、支护
基坑按1:1坡度开挖，喷锚支护，边坡支护设计参数详见表2。
若基坑按照上述支护参数开挖，则基坑两侧便梁支墩将会外露悬挑（详见图3），使得便梁支墩至少承受2个月的侧向剪切力挤压，有可能造成便梁支墩被侧向剪切力挤断的情况。
为了保护便梁支墩，降低侧向剪切力的大小，在施工时调整了边坡支护方式，并在两侧坡脚处分别浇筑了一堵钢筋混凝土挡墙，并调整基坑坡度为1:0.5，其他的支护参数不予调整 ，使便梁支墩包裹在土体内，降低了便梁支墩受土体侧向剪切挤压断裂的风险。
4．监控量测
根据设计文件及规范要求，工程实施过程中对既有路基沉降、基坑边坡沉降进行了监测，累计最大沉降值5.45mm，满足设计与规范要求。
图4累计沉降值收敛曲线图（单位：mm）
5．结论与讨论
（1）既有线施工的安全风险主要是行车安全风险，本工程将便梁支墩桩顶形状和基坑支护方式优化，使线路架空和基坑支护的安全系数大大增加，保障了既有线安全；
（2）“时空效应”理论告诉我们，基坑开挖后暴露的时间越长对线路的影响就越大，过程中导致线路沉降超标的可能性就越大，因此，严格的控制总施工工期是工程成功的另一个关键点。本工程对D便梁支墩的施工采取了浇筑砼挡墙等技术措施，避免了作业人员频繁避让列车导致工作效率下降，提高了施工进度。
（3）目前国内最常用也最安全的线路架空方式就是采用D型便梁架空，但因其自身存在超长、超重的缺陷，故进行D便梁架设是每个类似工程都需要面对的重难点。本工程针对不同吊装设备的性能、适用范围、安全风险、作业效率进行多方面对比，最后确定采取两种设备配套吊装的方式进行D便梁架设，无需接触网停电，提高了安全系数，加快了施工进度；
参考文献：
[1]桑中顺.地铁盾构下穿既有铁路可行性分析及应对措施[J].铁道工程学报.2009：59-63.
[2]马云新.克泥效抑制沉降工法在盾构近距离下穿地铁既有线工程中的应用[J].施工技术.2015,(01):94-98.3
[3]冯德定.新建盾构隧道下穿既有线施工影响机理与风险分析[J].中国科学院武汉岩土力学研究所：陈健.2013.
[4]胡万华.简述既有线箱涵顶进施工技术关键[J].价值工程.2013.12(24):244-247.
论文作者:傅政
论文发表刊物:《工程建设标准化》2016年3月总第208期
论文发表时间:2016/6/13
标签：盾构论文; 工程论文; 基坑论文; 作业论文; 线路论文; 吊臂论文; 风险论文; 《工程建设标准化》2016年3月总第208期论文;