于榮喜

（中鐵上海設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司 上海 200071）

1 引言

伴隨高速鐵路快速發(fā)展，越來越多的項(xiàng)目由于接入既有運(yùn)營高鐵網(wǎng)的需要或地形、地貌、既有構(gòu)筑物限制，不可避免地遇到鄰近運(yùn)營高鐵設(shè)計(jì)施工的問題。由于高速鐵路特別是設(shè)計(jì)時速350 km的無砟軌道高速鐵路[1]，運(yùn)營期間對軌道的變形要求極其苛刻，鄰近其施工存在較大困難及風(fēng)險。設(shè)計(jì)、施工過程如何減少對運(yùn)營高鐵的影響，是目前需要解決的問題。

2 運(yùn)營高鐵變形控制標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)《上海鐵路局工務(wù)安全管理辦法》（上鐵工【2015】648 號）[2]：高鐵無砟軌道路基和橋梁樁基沉降或橫向位移不得超過1 mm；有砟軌道鐵路路基水平橫向位移或垂向位移變化速率大于2 mm／d（施工時間大于3 d后按最近3 d平均值計(jì)算），或累計(jì)水平（或垂直）變化量大于10 mm時應(yīng)暫停施工。按照上海路局文件要求，鄰近無砟軌道高速鐵路施工，運(yùn)營高鐵沉降或橫向位移不得超過1 mm，鄰營施工壓力及風(fēng)險非常大。

3 鄰近運(yùn)營高鐵路堤設(shè)計(jì)方案研究

3．1 方案研究

圖1為引入既有高鐵站前區(qū)間路堤代表性斷面。由于要接入既有高鐵，線間距無法拉開，必須在運(yùn)營高鐵邊進(jìn)行路基幫寬。由于幫寬土石方、新線軌道、新線列車荷載對于既有線而言均為新增荷載，如何保證運(yùn)營高鐵沉降和橫向變形控制在運(yùn)營要求之內(nèi)，是設(shè)計(jì)的重難點(diǎn)。由于運(yùn)營部門要求變形控制在1 mm，要通過理論計(jì)算得出新建路基對運(yùn)營路基的變形影響大小，目前的計(jì)算理論均達(dá)不到該精度，只能從減少新增荷載和如何采用結(jié)構(gòu)措施來分擔(dān)新增荷載來入手。

圖1 引入既有高鐵站前區(qū)間路堤代表性斷面

3．1．1 輕質(zhì)混凝土幫寬＋挖除回填置換方案（方案一）

圖2為軟土地區(qū)高速鐵路拓寬工程經(jīng)常采用的一種減少路基沉降的方法[3]。原理為用輕質(zhì)混凝土置換掉同等重量的土層，使換填底部的附加應(yīng)力基本為零，從而減少路基沉降。該方案施工簡單、快捷[4]，但存在3個問題：（1）輕質(zhì)混凝土及列車、軌道荷載對既有路基邊坡仍有斜向壓應(yīng)力，可能會引起運(yùn)營高鐵路基變形；（2）輕質(zhì)混凝土本身耐久性還有待考證；（3）挖除換填開挖基坑對既有高鐵運(yùn)營也存在影響。

圖2 輕質(zhì)混凝土回填置換土層

3．1．2 U型槽＋鉆孔樁方案（方案二）

幫寬路基采用U型槽[5]＋鉆孔灌注樁方案見圖3。U型槽承受所有新增荷載，然后通過鉆孔灌注樁傳遞至深層持力層或巖層，將新增荷載對運(yùn)營高鐵的影響降到最低[6]。但該方案實(shí)施需對既有高鐵邊坡進(jìn)行開挖，開挖過程對既有高鐵運(yùn)營安全將造成較大影響。

圖3 U型槽＋鉆孔樁方案

目前僅在一些離既有線相對較遠(yuǎn)，不開挖既有線的項(xiàng)目，采用了U型槽＋鉆孔樁方案，如商合杭高鐵接入既有合蚌高鐵合肥北城站等。

3．1．3 上承式樁板結(jié)構(gòu)＋板下回填輕質(zhì)混凝土（方案三）

采用上承式樁板結(jié)構(gòu)[7]，使軌道、列車荷載通過樁板結(jié)構(gòu)傳遞至深層持力層或巖層[8]，板下采用輕質(zhì)混凝土回填（見圖4）。該方案施工不需要開挖既有線邊坡，對既有線路基影響較小，但現(xiàn)場施工也存在以下幾個問題：

圖4 上承式樁板結(jié)構(gòu)＋板下回填輕質(zhì)混凝土方案

（1）一般既有高鐵地基都采用樁基處理，多為CFG樁，鉆孔灌注樁施工容易與既有樁基、樁帽、擴(kuò)大樁頭發(fā)生沖突，造成樁基施工困難。

（2）接觸網(wǎng)立柱外側(cè)2 m左右路基面上方約6 m有一條電氣化貫通高壓線，距離內(nèi)側(cè)排樁較近，一般樁基施工機(jī)具無法滿足安全距離要求。

（3）樁基施工需搭設(shè)施工平臺，施工平臺及樁基施工機(jī)械設(shè)備作為荷載在施工期間對運(yùn)營高鐵的影響難以預(yù)測。

目前鄰近高鐵設(shè)計(jì)樁板結(jié)構(gòu)較多，如連鎮(zhèn)線接入滬寧城際鎮(zhèn)江站、魯南高鐵接入京滬高鐵曲阜東站[9]等項(xiàng)目?，F(xiàn)場施工遇到的問題較多，困難較大。

3．1．4 箱式路基結(jié)構(gòu)＋鉆孔樁基礎(chǔ)（方案四）

采用鋼筋混凝土倒梯形箱式路基＋鉆孔灌注樁加固（見圖5），將軌道、列車荷載通過箱式路基、鉆孔樁傳遞至深層持力層或巖層，減少其對既有高鐵的影響。該方案優(yōu)點(diǎn)：鉆孔灌注樁在既有高鐵坡腳外施工，不會與既有線地基加固樁發(fā)生沖突；離電氣化貫通線較遠(yuǎn)，樁基施工機(jī)具受影響較小；沿既有邊坡澆筑，對既有線路基影響較小。缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)所承受軌道、列車荷載為偏心荷載；軌道結(jié)構(gòu)恒載可采用對稱配置衡重塊來平衡，但列車活載無法平衡；結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，偏心動載計(jì)算復(fù)雜；箱式路基結(jié)構(gòu)較大，工程投資巨大。

圖5 箱式路基＋鉆孔樁基礎(chǔ)方案

3．2 關(guān)于鄰近運(yùn)營高鐵路堤設(shè)計(jì)的幾點(diǎn)思考

上述四個方案均有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，相比而言，筆者認(rèn)為方案四，即箱式路基＋鉆孔灌注樁方案對既有線影響相對較小，施工相對方便，值得進(jìn)一步研究。

由于運(yùn)營高鐵對變形控制要求嚴(yán)格，想要通過純理論分析評估新增路基對既有運(yùn)營高鐵的變形影響幾乎不可能，所以對運(yùn)營高鐵在施工及運(yùn)營期間的沉降監(jiān)測、評估資料進(jìn)行分析，可能是一個相對可行的辦法。針對這點(diǎn)，有以下幾點(diǎn)想法：

（1）應(yīng)加強(qiáng)高鐵特別是無砟軌道高鐵站場及站場前后路基的沉降監(jiān)測和評估[10]，確保監(jiān)測數(shù)據(jù)的真實(shí)性，以便后期如有新建高鐵接入時可利用監(jiān)測資料結(jié)合新增荷載對運(yùn)營高鐵的影響進(jìn)行評估。

（2）是否可以這樣考慮：在預(yù)估后續(xù)可能會有新的線路引入的高鐵站及站場前后路基進(jìn)行超載預(yù)壓（見圖6），其中超載部分可看作是對以后新增荷載的提前預(yù)壓和檢測。在超載預(yù)壓作用下，如果變形監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示路基沉降已經(jīng)穩(wěn)定，是否可以得出這樣一個結(jié)論：在兩側(cè)新增荷載傳遞至既有高鐵路基基底的荷載小于或等于超載預(yù)壓傳遞至既有高鐵路基基底荷載時，新增荷載對既有高鐵變形沒有影響，可以直接采用路基幫寬的形式施工新建路基。

圖6 超載預(yù)壓

（3）鄰營施工應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測

①深層監(jiān)測：在預(yù)估后續(xù)可能會有新的線路引入的高鐵站及前后路基設(shè)置深層位移計(jì)、孔隙水壓力計(jì)等設(shè)施，以便于后期進(jìn)行新線施工時監(jiān)測既有高鐵路基深層位移變化及孔隙水壓變化。

②路基面監(jiān)測：建議在已運(yùn)營的高鐵路基邊坡、路基面、支承層等位置采取全自動監(jiān)測措施，以便施工期間實(shí)時監(jiān)測既有線變形，保證既有高鐵運(yùn)營安全[11]。

4 鄰近運(yùn)營高鐵路塹設(shè)計(jì)方案研究

由于路塹工程施工對既有運(yùn)營高鐵和新增線路而言均為卸載過程，只要列車和軌道荷載不大于挖方的荷載，一般不會存在變形問題。所以考慮鄰近高鐵路塹工程最大的問題是新線路塹土石方開挖、爆破、既有線支擋、防護(hù)工程拆除等工程施工時對既有線的影響。影響因素主要為防止異物侵入運(yùn)營高鐵限界，及爆破振動對運(yùn)營高鐵的影響。某鄰近運(yùn)營高鐵路塹斷面見圖7。

圖7 某鄰近運(yùn)營高鐵路塹斷面

主要采用以下方案措施：

（1）土方、風(fēng)化巖盡量采用機(jī)械開挖；石方開挖由外至內(nèi)逐級、逐區(qū)域、反向開挖，采用機(jī)械鑿巖、靜態(tài)爆破、控制爆破[12]等開挖方式。

（2）逐級拆除既有支擋、防護(hù)工程。

（3）土石方施工及拆除既有運(yùn)營高鐵邊坡施工中在運(yùn)營高鐵坡腳或擋墻頂平臺設(shè)置被動防護(hù)網(wǎng)，確?？赡艿膲嬄湮锊磺秩敫哞F線路；在二級邊坡平臺、運(yùn)營高鐵無砟軌道支承層側(cè)面設(shè)置自動變形監(jiān)測設(shè)施，實(shí)時監(jiān)測運(yùn)營高鐵路基面及邊坡變形；建議鄰近高鐵路塹盡量在高鐵運(yùn)營天窗期施工，已減少施工對運(yùn)營安全的影響；施工完后，高鐵運(yùn)營前應(yīng)對既有高鐵路基及軌道進(jìn)行檢查，確保沒有異物侵入高鐵限界。

5 存在的問題及建議

（1）目前對于鄰近高鐵設(shè)計(jì)施工，路內(nèi)尚無明確的管理辦法及規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，建議相關(guān)部門研究制定相關(guān)的管理辦法、規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)類似工程設(shè)計(jì)施工。

（2）由于高速鐵路運(yùn)營對變形、安全要求嚴(yán)格，所以鄰近其施工存在很大的難度及風(fēng)險，同時高鐵站建成運(yùn)營后其周邊配套建筑很快陸續(xù)建成，這都給新建高鐵的接入造成很大困難，所以建議高鐵建設(shè)時應(yīng)結(jié)合近遠(yuǎn)期規(guī)劃盡量預(yù)留新建高鐵的接入條件，鄰近地段土建工程有條件時盡量同步實(shí)施，避免后續(xù)高鐵接入時鄰近運(yùn)營高鐵施工的情況，或者路基兩側(cè)增加用地，預(yù)留遠(yuǎn)期接入通道。

（3）對于遠(yuǎn)期可能有高鐵接入，而近期又不確定的站點(diǎn)，建議適當(dāng)增加超載預(yù)壓，加強(qiáng)監(jiān)測及數(shù)據(jù)管理，設(shè)置部分深層監(jiān)測設(shè)備，以便后期有高鐵接入時開展變形影響評估工作及監(jiān)測工作。

（4）線路平縱設(shè)計(jì)應(yīng)使新增線路盡量遠(yuǎn)離運(yùn)營高鐵線；接入站內(nèi)時，應(yīng)結(jié)合運(yùn)輸組織盡量接入外側(cè)到發(fā)線。

（5）鄰近高鐵施工安全風(fēng)險大，施工困難，施工組織復(fù)雜，工程實(shí)施代價大。建議針對該類施工，單獨(dú)編制概算，提高相關(guān)費(fèi)用。

（6）鄰近高鐵施工是一個系統(tǒng)工程，不僅涉及路基工程，還涉及四電（上部的架空線、路肩上的各類管線、過軌管線等）的遷改及過渡、排水工程銜接、運(yùn)營組織過渡等方面，所以項(xiàng)目前期應(yīng)協(xié)調(diào)各專業(yè)做好相關(guān)工作。

（7）倒梯形箱式路基＋鉆孔樁方案對既有高鐵影響相對較小，施工相對簡便，建議可以進(jìn)一步研究。

（8）鄰近運(yùn)營高鐵樁基施工，由于施工機(jī)具較高大，對既有高鐵存在安全影響，建議研究較矮的樁基施工機(jī)具，以減少對既有高鐵的影響。

（9）樁基施工過程中對既有運(yùn)營高鐵的影響還需根據(jù)不同的地質(zhì)條件進(jìn)行分析，對于軟土地基，建議在施工過程中增加鋼護(hù)筒，減少樁基施工對軟土的擾動；同時成孔、下鋼筋籠、回灌混凝土應(yīng)快速、緊湊，避免成孔后放置時間長，造成塌孔影響鄰近高鐵運(yùn)營。

（10）鄰近運(yùn)營高鐵爆破施工對高鐵運(yùn)營影響程度及爆破方案選擇，目前尚無成熟經(jīng)驗(yàn)，建議展開相關(guān)試驗(yàn)研究。

6 結(jié)束語

隨著我國高速鐵路網(wǎng)逐步建成運(yùn)營，將會越來越多地遇到鄰近運(yùn)營高鐵設(shè)計(jì)施工的問題。如何保證既有高鐵運(yùn)營安全，是目前需要研究和解決的問題。本文僅就鄰近運(yùn)營高鐵路基設(shè)計(jì)問題及方案進(jìn)行探討，提出一些初步想法，希望隨著類似研究的深入，可以形成鄰近運(yùn)營高鐵工程設(shè)計(jì)施工標(biāo)準(zhǔn)體系。