付月平

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,湖北武漢 430063)

隨著鐵路建設(shè)的跨越式發(fā)展,鐵路工程建設(shè)中,“以人為本”、“加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)”等設(shè)計(jì)理念越來(lái)越得到重視,也逐步地在工程建設(shè)中得到貫徹實(shí)施。結(jié)合工程實(shí)例,介紹鐵路穿越富含地下水深路塹的勘察及設(shè)計(jì)中貫徹實(shí)施上述理念的應(yīng)用情況和取得的效果。

1 工程概況

新建鐵路寧啟線南京至海安段為國(guó)鐵Ⅰ級(jí)干線,單線路基,是國(guó)家規(guī)劃“八縱八橫”鐵路網(wǎng)東西通道的重要組成部分,該鐵路的建設(shè),對(duì)于完善江蘇省交通運(yùn)輸體系,促進(jìn)江蘇特別是江北地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展具有重要意義。寧啟鐵路K53+352～K53+826段位于儀征市青山鎮(zhèn)邊上,最大地面高程60 m左右,為全線分水嶺,俗稱埡口,路基以挖方形式通過(guò),中心最大挖深約15 m。地貌上為長(zhǎng)江高階地區(qū),自然坡平緩,植被發(fā)育,部分辟為水田,有村莊及村民生產(chǎn)和生活。

2 地質(zhì)情況

路塹地層自上而下依次為①第四系上更新統(tǒng)沖積層Q3al黏土,褐黃色,硬塑,厚2 ～12 m,無(wú)膨脹性 ；②第三系圓礫土,充填物為黏土,灰黃色,密實(shí),潮濕,厚0 ～8.6 m；③礫砂,灰黃色 —灰白色,密實(shí),飽和,厚0～5.6 m,分布不連續(xù)；下伏白堊系上統(tǒng)赤山組棕紅色粉砂巖,全風(fēng)化層厚1.2～4.2 m,下為強(qiáng)—弱風(fēng)化帶。該段地下水發(fā)育,水位埋深2.5～10 m,穩(wěn)定水位高程48.17～48.43 m,水位均位于黏土層中,具承壓性。抽水試驗(yàn)表明,地層綜合滲透系數(shù)K=0.92～6.41 m/d,單井水力影響半徑R=34～93 m,單井涌水量為Q=0.748S L/s(S為水位降深/m),如圖1所示。

3 主要環(huán)境工程問(wèn)題

線路中心最大挖深約15 m,路肩位于地下水位以下的圓礫土及礫砂層中,該層為主要的地下水含水層。路塹開挖時(shí),圓礫土特別是礫砂層邊坡將產(chǎn)生涌水、坍方,預(yù)計(jì)最大涌水量為Q=4 383 m3/d。地下水大量流失不僅影響邊坡穩(wěn)定,對(duì)周圍環(huán)境破壞較大,將導(dǎo)致附近水塘、水井水位下降乃至干涸,嚴(yán)重影響到農(nóng)田灌溉及居民日常生活。經(jīng)過(guò)調(diào)查統(tǒng)計(jì),有水塘8處,水井16處,村民人口約150人,耕地約15畝。水塘、水井水主要用于灌溉及日常清洗,少數(shù)作為飲用水源?？偟膩?lái)看路基地質(zhì)條件較差。

圖1 K53+352～K53+826深路塹工程地質(zhì)水文地質(zhì)縱斷面

4 主要工程措施

4.1 加強(qiáng)工點(diǎn)的工程地質(zhì)及水文地質(zhì)勘察

要查明工程實(shí)施對(duì)環(huán)境的不利影響,在保證工程安全穩(wěn)定的條件下選取經(jīng)濟(jì)合理的工程措施,必須要有詳實(shí)可靠的基礎(chǔ)資料。為此,勘察設(shè)計(jì)人員有針對(duì)性地加強(qiáng)了對(duì)工點(diǎn)周圍的工程地質(zhì)及水文地質(zhì)勘察。通過(guò)擴(kuò)大地質(zhì)調(diào)查范圍,詳細(xì)查明了附近村民生產(chǎn)生活情況,水塘水井的分布及數(shù)量、用途等；在地質(zhì)調(diào)查及工程地質(zhì)鉆探的基礎(chǔ)上,進(jìn)行了專門的水文地質(zhì)勘察工作；通過(guò)水文地質(zhì)鉆探及孔內(nèi)抽水試驗(yàn),詳細(xì)查明了地下水分層情況,水質(zhì)、水位變化情況,含水層的性質(zhì)、厚度,單井涌水量及水位降深,并依據(jù)試驗(yàn)參數(shù)估算了地層滲透系數(shù)、路塹開挖時(shí)地下水涌水量及其影響范圍,讓相關(guān)人員(包括設(shè)計(jì)者)對(duì)工程實(shí)施可能對(duì)環(huán)境造成的不利影響范圍、程度心中有數(shù)。

4.2 加強(qiáng)線路方案的比選工作

K53+352～K53+826段深路塹右側(cè)臨近寧通高等級(jí)公路,左側(cè)距離南山水庫(kù)有一定的距離。受地形條件限制,平面上線路位置可選擇的范圍較小。該項(xiàng)目近50年來(lái)歷次勘察在該處的線路位置基本沒(méi)有大的變化,要從平面上避開此處困難較大,因此應(yīng)優(yōu)先從縱斷面上進(jìn)一步優(yōu)化。工程地質(zhì)平面如圖2所示。

初步設(shè)計(jì)時(shí),該段線路縱坡限坡為4‰,中心最大挖深約為18.9 m,深路塹長(zhǎng)度約1 100 m,路基面以上含水層厚度最大在6 m左右。施工設(shè)計(jì)中,在充分收集基礎(chǔ)資料的基礎(chǔ)上對(duì)縱坡進(jìn)行了比選優(yōu)化,經(jīng)過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較,確定采用6‰限坡通過(guò),深路塹長(zhǎng)度減至約474 m,路基面以上含水層厚度最大降至2 m左右,且基本避開了含水量最豐富的礫砂層,盡量減少了工程實(shí)施對(duì)環(huán)境破壞的范圍,增加了工程的安全性。其影響范圍如表1所示。

表1 影響范圍

4.3 精心選擇路基加固及防護(hù)方案

該深路塹設(shè)計(jì)考慮的重點(diǎn)是在保證施工和運(yùn)營(yíng)中路基安全的條件下,盡量減少工程對(duì)周圍環(huán)境的影響、破壞,減少外部環(huán)境對(duì)工程的干擾和影響,確保施工順利進(jìn)行。為此,在確定采用封閉式路塹的前提下,對(duì)排除地下水、注漿止水、旋噴止水等防治地下水方案進(jìn)行了比選(見(jiàn)表2)。

表2 地下水防治方案比選

采取開挖排水溝,順坡自然排水,降低地下水位后再進(jìn)行邊坡防護(hù)、修筑基床的方案,其直接工程費(fèi)用低,施工簡(jiǎn)單,但施工具有較大的風(fēng)險(xiǎn)性,對(duì)周圍環(huán)境尤其是水環(huán)境的影響較大,施工不可避免地要受到外部干擾,工期不能保證,還會(huì)有后期的巨額賠償?shù)葐?wèn)題,不符合大的社會(huì)環(huán)境要求,應(yīng)首先不予采用。

經(jīng)過(guò)綜合比選,最終采用鋼筋混凝土U形封閉槽及止水的綜合措施,具體為含水層以上土體放坡開挖,邊坡采用漿砌片石拱形截水骨架內(nèi)噴播植草防護(hù),下部設(shè)鋼筋混凝土U形封閉槽,高4～5 m,U形槽頂設(shè)寬8～10 m的邊坡平臺(tái)。U形封閉槽施工開挖前,根據(jù)地層情況在U形槽背部和底部采用鉆孔注漿止水及旋噴樁止水,防止地下水泄漏,保證邊坡穩(wěn)定；U形槽與巖土體接觸處鋪設(shè)單層復(fù)合防水卷材,U形槽節(jié)與節(jié)之間加強(qiáng)防滲設(shè)計(jì),防滲材料由“625”型塑料止水帶和瀝青麻筋、瀝青木絲板及瀝青砂膠組成,且節(jié)與節(jié)之間以穿銷連接。注漿采用鉆孔內(nèi)套管注漿法注漿,間距1.8 m ×2.0 m,梅花形布置。注漿漿液為純水泥漿,水灰比為0.6∶1,注漿效果通過(guò)壓水試驗(yàn)及鉆孔取樣觀察進(jìn)行檢驗(yàn)。

圖2 K53+352～K53+826工程地質(zhì)平面示意

本著“以人為本”的設(shè)計(jì)理念,在U形槽頂平臺(tái)靠路基側(cè)邊緣增設(shè)1.5 m高鋼板防護(hù)網(wǎng),平臺(tái)上植草、種灌木,形成一條綠色景觀帶。設(shè)計(jì)中還對(duì)路塹開挖、旋噴樁及鉆孔注漿止水、U形槽砌筑、止水效果檢驗(yàn)等都提出了嚴(yán)格的工藝要求及施工流程,以保證施工順利進(jìn)行。設(shè)計(jì)典型斷面見(jiàn)圖3。

圖3 U形槽設(shè)計(jì)大樣

5 設(shè)計(jì)效果

施工過(guò)程中精心組織,嚴(yán)格按設(shè)計(jì)圖要求施工,通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)不斷改進(jìn)施工工藝,提高施工質(zhì)量,確保了注漿及旋噴止水效果。經(jīng)過(guò)檢驗(yàn),注漿體取芯觀察有粒狀、片狀及水泥塊分布,壓水試驗(yàn)其滲透系數(shù)為5.6×10-6cm/s,小于設(shè)計(jì)要求；旋噴樁幕墻雖然出現(xiàn)潮濕現(xiàn)象,但無(wú)滲漏水及塌方,樁體垂直傾斜度 ＜1.5%,開挖前設(shè)置觀察樁,觀察無(wú)位移變化。開挖過(guò)程中沒(méi)有出現(xiàn)坍方、涌水現(xiàn)象,周圍村民的水塘、水井水位無(wú)明顯變化,其日常生產(chǎn)和生活沒(méi)有受到影響,施工順利,工期按時(shí)完成。U形槽工程完工后路塹內(nèi)無(wú)滲水,達(dá)到了保護(hù)環(huán)境,保證運(yùn)營(yíng)安全的設(shè)計(jì)目的,證明了設(shè)計(jì)措施合理,效果明顯。該工程實(shí)施過(guò)程中多次得到鐵路建設(shè)方和地方政府的考察和贊揚(yáng),取得了良好的社會(huì)效果,為寧啟鐵路新建工程按時(shí)開通并達(dá)到開通時(shí)速100 km打下了基礎(chǔ)。

[1]TB10012—2007 鐵路工程地質(zhì)勘察規(guī)范[S]

[2]TB10049—2004 鐵路工程水文地質(zhì)勘察規(guī)程[S]

[3]TB10001—2005 鐵路路基設(shè)計(jì)規(guī)范[S]

[4]鐵道部.鐵路工程設(shè)計(jì)技術(shù)手冊(cè)：橋梁地基和基礎(chǔ)[M].北京：中國(guó)鐵道出版社,2002

[5]鐵道第一勘察設(shè)計(jì)院.鐵路工程地質(zhì)手冊(cè)[M].北京：中國(guó)鐵道出版社,1999

[6]JGJ79—2002 建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S]

[7]TB10002.5—2005 鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S]

[8]YSJ211—92 注漿技術(shù)規(guī)程[S]