王超

（中交第一航務(wù)工程局有限公司，天津300461）

1 工程概況

蒙華鐵路項(xiàng)目位于鄂爾多斯烏審旗境內(nèi)，線路全長45.79 km。工程施工線路內(nèi)需修建涵洞74座（新建涵洞42座，既有線接長涵洞32座）。其中，除接長涵洞中沒有明確給出開挖支護(hù)結(jié)構(gòu)的涵洞25座外，其余采用鉆孔防護(hù)樁支護(hù)結(jié)構(gòu)。

2 地質(zhì)情況

本工程地處沙漠腹地，地質(zhì)情況由上至下為細(xì)砂（黃褐色、青灰色、灰褐色，松散～中密，稍濕～飽和，地基承載力100～210 kPa）、泥質(zhì)砂巖（棕紅色，全風(fēng)化，砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，薄層狀構(gòu)造，泥質(zhì)膠結(jié)，地基承載力300 kPa），砂巖（棕紅色，砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，薄層狀構(gòu)造，泥質(zhì)膠結(jié)，強(qiáng)風(fēng)化，地基承載力800 kPa）。接長涵洞區(qū)域地質(zhì)情況由上至下主要為細(xì)砂（素填土）、粉砂（中砂）、砂巖。

3 既有鐵路接長涵洞施工安全風(fēng)險(xiǎn)

根據(jù)TB 10671—2019《高速鐵路安全防護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)范》可知，接長涵洞段落施工為Ⅲ級(jí)、A類施工，即影響范圍較小、安全風(fēng)險(xiǎn)較高。

本工程中，根據(jù)招標(biāo)圖紙要求，在接長涵洞施工前必須要拆除既有接長涵洞翼墻及其基礎(chǔ)、護(hù)錐等結(jié)構(gòu)。因此，必須要對(duì)既有鐵路接長涵洞開挖進(jìn)行安全支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，否則在失去擋土結(jié)構(gòu)后，極易造成既有鐵路路基邊坡滑動(dòng)，從而引發(fā)重大安全事故[1]。

4 設(shè)計(jì)比選方案

4.1 方案初步確定

根據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn)和既有鐵路接長涵洞地質(zhì)情況，本工程初步確定了2種支護(hù)方案：（1）采用拉森IV型鋼板樁進(jìn)行支護(hù)，鋼板樁設(shè)2道圍檁，圍檁橫撐型鋼采用HW150 mm×150 mm×7 mm×10 mm；（2）采用36B的工字形型鋼進(jìn)行防護(hù)，防護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)2道圍檁，圍檁橫撐型鋼采用HW150 mm×150 mm×7 mm×10 mm，型鋼中間填充木板擋土。

4.2 方案確定選用工字形鋼板樁進(jìn)行防護(hù)

4.2.1 支護(hù)結(jié)構(gòu)基本信息參數(shù)

本工程的支護(hù)結(jié)構(gòu)基本信息參數(shù)如表1所示。

表1 案例工程支護(hù)結(jié)構(gòu)基本信息參數(shù)

4.2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算

橫撐型鋼采用HW150 mm×150 mm×7 mm×10 mm：（1）支擋支護(hù)結(jié)構(gòu)最上面土壓力為20 kPa，基坑底土壓力為70 kPa；（2）支護(hù)結(jié)構(gòu)最下面型鋼跨度為2.5 m，采用每隔50 cm設(shè)置1根型鋼來支撐。

確定上述參數(shù)后，可開始建立模型。鑒于型鋼受力35 kN/m，因此為了保證模型偏安全，采用了簡支梁計(jì)算。橫撐型鋼模型、主梁應(yīng)力、主梁撓度分別見圖1、圖2和圖3。

圖1 橫撐型鋼模型

圖2 主梁應(yīng)力（單位：MPa）

圖3 主梁撓度（單位：mm）

由圖2、圖3可知，在土壓力作用下，主梁最大應(yīng)力為-126.6 MPa，撓度為5.396 mm，均滿足要求。

4.3 鋼板樁試打

為了進(jìn)一步驗(yàn)證支護(hù)效果，需進(jìn)行鋼板樁試打：（1）施工機(jī)械為SH350型打樁機(jī)；（2）施工人員為管理人員1名、施工人員2名；（3）施工材料為10 m拉森鋼板樁；10 m工字形鋼板樁；（4）試打位置為恩陶K151+687（1～4 m）接長涵洞，接長涵洞頂標(biāo)高1 334.12 m，地質(zhì)條件由上至下為填筑土（細(xì)砂）1 334.12～1 323.44 m、中砂1 323.44～1 321.54 m。

4.3.1 拉森鋼板樁試打

拉森鋼板樁試打記錄見表2。

由表2可知，試打結(jié)果基本滿足要求。但由于支護(hù)結(jié)構(gòu)存在弧度，因此拉森鋼板樁很難精確咬合連接，雖可起到一定的支護(hù)作用卻很難保證擋土效果，存在缺陷。

4.3.2 工字形鋼板樁試打

工字形鋼板樁打記錄見表3。

由表3可知，試打結(jié)果滿足要求。加之工字形鋼板樁在施打過程中容易控制間距，所以擋土問題可以通過后期開挖過程中插設(shè)擋土木板來解決。

表3 工字形鋼板樁試打記錄表

通過對(duì)比，最終確定本工程既有鐵路接長涵洞的開挖支護(hù)結(jié)構(gòu)采用工字形鋼板樁。

表2拉森鋼板樁試打記錄

5 正式施工

5.1 施工工藝流程

工字形鋼板樁施工工藝流程：施工準(zhǔn)備→填筑施工平臺(tái)→標(biāo)定樁位→振動(dòng)沉樁→分級(jí)開挖基坑→分級(jí)安裝橫撐圍檁及擋土板。

5.2 測量放樣

利用GPS將工字形鋼板樁樁位軸線放樣在邊坡上，并用灑白灰線進(jìn)行標(biāo)識(shí)后，在白灰線上按間距400 mm確定工字形鋼板樁位置，同時(shí)確定白灰點(diǎn)。

5.3 工字形鋼板樁運(yùn)輸堆放

根據(jù)不同接長涵洞高度來確定工字形鋼板樁的尺寸。經(jīng)測量，共組織了700根8～12 m的工字形鋼板樁進(jìn)場。在正式施工前，要按事先確定好的施工順序?qū)⒊善窐哆\(yùn)輸至指定位置，并堆放在樁機(jī)回轉(zhuǎn)半徑內(nèi)約10 m范圍內(nèi)。

5.4 填筑施工平臺(tái)

使用ZL50裝載機(jī)來填筑施工平臺(tái)，平臺(tái)高度要與既有鐵路接長涵洞帽石齊平。

5.5 沉樁施工

施工機(jī)械采用SH350型打樁機(jī)，配備現(xiàn)場管理人員1名，操作人員2名。施工準(zhǔn)備完成后，打樁機(jī)可進(jìn)入施工現(xiàn)場，按照預(yù)先定好的樁位將H型鋼板樁振動(dòng)沉入，并保證工字形鋼板樁垂直度控制在2%范圍內(nèi)；另外，平均每根樁施工時(shí)間為2 min。

5.6 存在問題及解決措施

在本工程中，部分施打工字形鋼板樁區(qū)域存在紅砂巖。根據(jù)取樣檢測，該區(qū)域紅砂巖抗壓強(qiáng)度為15 MPa；此時(shí)使用SH350型打樁機(jī)施打工字形鋼板樁樁體已無法將其有效貫入紅砂巖內(nèi)，從而導(dǎo)致部分樁體出現(xiàn)錨固深度不足的情況，無法起到支護(hù)作用。

針對(duì)此，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況采取了平移部分樁位以避開紅砂巖地質(zhì)，同時(shí)交叉打設(shè)工字形鋼板樁方式。其中，部分不能打設(shè)工字形鋼板樁區(qū)域則采取分級(jí)開挖方式，并分級(jí)噴射混凝土護(hù)面，在開挖完成后則堆砌砂袋并噴射混凝土進(jìn)行固結(jié)，設(shè)置型鋼橫撐，間距0.5 m。

另外，本工程部分既有鐵路接長涵洞上部存在接觸網(wǎng)回流線，而回流線距離接長涵洞帽石10 m。對(duì)此，需打設(shè)的工字形鋼板樁長度為12 m，存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)。為了有效處理，可通過工字形鋼板樁截為6 m一段來分段打設(shè)；需注意的是，鋼板樁接頭處要打設(shè)3排18 mm螺栓孔，并通過鋼板進(jìn)行螺栓連接。

6 投標(biāo)應(yīng)用成果

1）安全方面。在通過制定合理設(shè)計(jì)與施工方案、針對(duì)重要問題進(jìn)行嚴(yán)格受力計(jì)算后，確保了本工程實(shí)施過程的安全性，并有效地控制了施工風(fēng)險(xiǎn)。

2）質(zhì)量方面。在投標(biāo)階段全面評(píng)估后續(xù)施工可能發(fā)生問題，在方案中提前籌劃與提出比選方案，并在中標(biāo)后嚴(yán)格按照方案實(shí)施，可以確保工程質(zhì)量達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn)

3）效率方面。依據(jù)現(xiàn)場調(diào)研資料和類似項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)合理排布工序與做好工序搭接，能夠保證進(jìn)度計(jì)劃按時(shí)完成。

4）費(fèi)用方面。通過方案的比選和優(yōu)化后，可結(jié)合優(yōu)勢和資源情況來制定費(fèi)用方案，減少了大型設(shè)備投入，在節(jié)省費(fèi)用的同時(shí)提升了競爭力，加大了中標(biāo)概率。

7 結(jié)語

在投標(biāo)期間，通過深入研究支護(hù)結(jié)構(gòu)方案，能夠有效保證投標(biāo)方案完善明確且投標(biāo)造價(jià)費(fèi)用可控，不僅為接長涵洞施工過程提供了有力保障，還涉及竣工后對(duì)既有鐵路接長涵洞翼墻及基礎(chǔ)的拆除。施工結(jié)果表明H型鋼能夠?qū)χёo(hù)結(jié)構(gòu)起到有效作用，從而確保了既有鐵路接長涵洞施工的順利完成。