邻近铁路营业线的深基坑施工技术研究

周飞

摘要：

目前中国各城市铁路规划和建设如火如荼，邻近铁路营业线的建筑也不断增多，且利用地下空间的建筑也越来越多。针对本工程邻近铁路营业线的深基坑施工，从围护设计到现场工况组织进行了分析和研究，确保了铁路营运和基坑的安全，为今后类似工程提供借鉴与参考。

关键词：铁路；营业线；深基坑；围护；

根据中国铁路营业线施工工务安全监督管理办法规定，铁路安全保护区范围为铁路营业线30米内，上海地区邻近铁路（倾入保护区范围）的基坑工程很常见。上海作为典型的软土地区，且作为国际大都市，此区域的深基坑施工一直备受关注。深基坑施工除了考虑红线内的围护体系安全性和工况组织的合理性，还需特别注意基坑对周边环境的影响。从设计到施工的各个环节，都要分析对铁路正常运营产生的影响，如何有效保证基坑自身安全又能减少对铁路营业线沉降的影响，通过本工程的施工实践，为类似工程提供一些的参考。

1工程概况

背景项目为上海医药物流中心绥德路二期项目，位于上海普陀区绥德路99 号地块内。项目新建4个单体，分别为综合配套楼（办公楼）、新建高架库（仓库）、特药库（仓库）、物流中心。其中综合配套楼、特药库部分位于邻近铁路营业线范围内，铁路由北向南依次为南翔环到线和沪昆铁路上、下行线。其中南翔环到线为单线，电气化铁路，有砟轨道，运营速度 80km/h，路基基本与周边地形齐平；沪昆铁路为国家I级双线电气化铁路，设计时速 160km/h，有砟轨道，路基基本与周边地形齐平。

特药库东南角位于邻营范围，基坑尺寸为63米*24米，基坑面积为1600平方米，基坑深度为4.55m，基坑开挖边缘距铁路营业线路基坡脚距离最小为 19.35m，基坑围护结构采用Φ0.85m 钻孔灌注桩+水泥土搅拌桩止水帷幕+Φ609 钢管横撑。综合配套楼东侧属于邻营范围，基坑尺寸为89米*47米，基坑面积为4200平方米，基坑深度为7.65m，基坑开挖边缘距铁路营业线路基坡脚距离最小为20.67m，采用Φ0.95m 钻孔灌注桩+水泥土搅拌桩止水帷幕+一道砼支撑的围护结构形式，并增加型钢斜换撑，消化拆撑变形。

图1 基坑工程与铁路平面相对关系图

特药库和综合配套楼是本工程基坑设计、施工方案的重点考虑对象，施工前中应充分考虑对铁路侧的风险因素，并采取相应措施规避风险。

综合配套楼止水帷幕采用双轴∅700@500水泥土搅拌桩，有效桩长L=15m；特药库采用双轴∅700@500水泥土搅拌桩重力坝，有效桩长L=11m，不切断微承压含水层，位于④2层灰色粘质粉土。

经勘察查明，拟建场地分布有第④2 层粘质粉土，其埋深最浅在离地面约 15.0m 处，系上更新世滨海~浅海相沉积层，是上海地区微承压含水层，微承压水位埋深一般为 3～11m，呈周期性变化。

2施工难、特点分析

2.1邻近铁路营业线，变形监测要求高

本工程综合配套楼和特药库基坑属于深基坑施工，倾入铁路安全保护区内，施工过程管理要求严，为减少对铁路营业线的影响，围护设计和过程施工需采取针对性的措施。

2.2有效施工场地小

本项目基坑面积占比较大，施工大门只有一处，位于工程北侧，交通组织、施工工况线路需综合考虑。

3 减少铁路营业线变形的主要措施

3.1 软件模拟预控风险

根据新建开挖基坑与既有铁路相对位置关系，采用岩土工程有限元软件 MIGAS-GTS NX 建立三维有限元模型进行数值计算，分析开挖基坑过程中对既有铁路路基的影响。根据软件的内置材料模型并结合实际情况，对土体建立三维实体单元。各土层的计算参数结合本工程地质勘察报告及工程经验进行取值。根据基坑的挖深，本次模拟的计算范围如下：深度为 25 米，沿铁路纵向 250 米，沿铁路横向 300 米，同时对土体模型边界进行约束，采用六面体单元进行模拟土体。

计算工况顺序：计算初始应力场---开挖特药库---开挖综合配套楼---开挖新建高架库及连体通道。有限元计算结果表明：基坑施工开挖引起南翔环到线最大横向位移 1.94mm，最大沉降 3.2mm，沪昆铁路最大横向位移 0.42mm，最大沉降 0.21mm，均满足“普速铁路路基水平横向位移或垂向位移累计变化量不大于 10mm”的要求。“上铁工[2020]345 号”文同时规定，“轨道结构竖向及横向位移不大于 4mm”。本段铁路为有砟轨道路基段，列车速度较低，在施工期间加强铁路维护保养和路基的变形监测，以保证铁路运营的安全。

3.2基坑划区域施工

本工程基坑侵入铁路营业线保护区范围平行方向近85米，地下空间整体开挖施工周期较长，会无形中增加铁路营业线变形。因铁路部门对基坑变形控制较常规要求严，故根据各单体将大基坑分成数个面积较小的基坑。

各小基坑再合理分区，采用跳仓法以减少基坑单次开挖面积，单次开挖边长控制在30米左右，跳仓浇筑，形成地下结构传力带对撑，极大的减少了基坑坑底暴露时间，以有效控制基坑变形。

3.3优化施工工况

由于本工程位于不间断运营的医药物流厂区内，工程南侧和东侧均为铁路营业线，西侧为厂区内，只有北侧为市政道路，作为外部连接通道，考虑施工运行路线，优先施工最里侧的特药库；按照“先深后浅”的原则，优先施工综合配套楼，再施工新建高架库。具体施工流程如下。

STEP1：钻孔灌注桩工程桩施工，待工程桩施工完成后，进行双轴搅拌桩止水帷幕、钻孔灌注桩排桩、重力坝、深坑加固、压密注浆等；

STEP2：综合配套楼搅拌桩龄期达到 28 天且取芯检测强度符合要求，砼支撑开始施工。

STEP3：综合配套楼基坑内的疏干井布置、特药库基坑内的轻型井点布置。

STEP4：待东区综合配套楼、特药库、汽车坡道基坑水位降至大开挖面以下，分层分区开挖至坑底，工程桩截桩、浇筑垫层、防水施工、底板（承台）钢筋绑扎、止水钢板设置、浇筑大底板；

STEP5：开始施工新建高架库西半侧基础抽条开挖。待底板及传力带达到75%设计强度且满足主体设计要求后，且已设置400x400x13x21型钢斜撑后，拆除综合配套楼支撑，施工地下一层结构和顶板、外墙防水施工；

STEP6：待综合配套楼、特药库地下结构完成后，在地下室外墙至围护体的空隙用黄砂密实。

Step7：新建高架库东半侧基础抽条开挖；

Step8：工艺通道、人防通道坑水位降至大开挖面以下，分层分区开挖至坑底，浇筑垫层、防水施工、底板钢筋绑扎、浇筑大底板；

3.4加强铁路围墙的监测和保护

本工程东侧和南侧围墙为进场前现有铁路围墙，围墙基础相比原有场地内标高较浅，故附近不可作为临时运输道路、堆场等，沿铁路营业线一侧围墙内部5m范围内严禁堆放重物，减少应力荷载。需每日对围墙裂缝、沉降进行监测，防止铁路围墙倾斜或倒塌，确保铁路行车安全，减少路内、外人身伤亡事故和其他危及行车安全事件。如出现裂缝，现场人员应及时通知项目部，由项目部专人通知现场铁路安监巡检人员和第三方监测部门，对于最大裂缝宽度小于或等于1mm，采取钢丝网片结合抗裂砂浆的处理方法，并加大对此处监测的频次；对于最大裂缝宽度大于1mm的，项目部必须积极配合铁路相关部门的施工作业单位进行围墙修复，在开口处悬挂警示标志牌，设置临时防护设施，并派专人24小时昼夜看守。

3.5优化施工便道设置

因综合配套楼西侧和新建高架库东侧共用一个围护体系，两块深坑有一半落差，且考虑成本，综合配套楼未设置栈桥作为过程中泵车、运输车、挖掘机等机械的停靠、行走，故新建高架库东半侧暂作为综合配套楼地下室桩基、围护、结构阶段的机械的停靠、行走场地，不设置在邻近铁路一侧。

3.6加强大型机械管理措施

为了能够全时段全方位监控重难点工程，在部分重点及邻近营业线施工工点处设置了网络监控探头，全天监控邻近营业线施工现场各项施工情况，画面时时上传，做到第一时间了解现场施工状态。严格执行领导带班制度，由带班领导全程监控施工，提前查阅当天铁路运营时刻表，通过微信群公布每日施工时间、人员机具情况与进度。

本工程从桩基至地上施工涉及大型机械施工多，施工风险系数高，所以对安全管控的要求放在重中之重。项目在开工前编制了营业线（邻近）施工方案，并通过工程所在地建管委和铁路部门的专家评审。根据施工特点制定了详细的施工方案以及管理办法，施工前分别和工务段、电务段、南翔站、维管段、供电段签订了安全协议，各施工队进场后分别对其进行了营业线施工安全培训教育。

遵守大型机械施工“五个一”管理，严格执行邻近营业线施工“一人、一机、一本、一牌、一证”管理制度。大型施工机械由专人管理，专人为项目部已考取铁路营业线施工安全知识培训合格证的管理人员。不合格的机械设备一律不准进场，进场前随车配备资料档案，台帐应真实填写，并报项目审批。站位要保证倾覆不侵入铁路围墙。特种设备操作人员证照齐备、有效，为安全生产提供了坚实的保障。

为满足水平运输的需要且保证塔吊不倾覆在铁路侧，在综合配套楼西侧中部贴上述临时道路场地设置一台塔吊，覆盖范围不超过红线，减少触碰风险，运行至铁路一侧时，注意吊钩触碰铁路接触网。

采用跳仓法进行地下结构施工，每个区域开挖完成，随之进入结构浇筑。因临时道路宽度有限，泵车停靠位置相对固定，应考虑土方车和混凝土罐车的进场时间规划，避免堵车造成施工间断，确保混凝土浇筑顺利。泵车停靠前应计算支点地耐力，采取不倾倒措施。

双轴水泥土搅拌桩存在施工挤土效应，在靠近铁路区域，应减慢双轴搅拌桩施工速度，并加强监测和信息化施工，双轴搅拌桩机数量应按每台机械每天工程量不大于100m³配置；双轴水泥土搅拌桩内插钢管、钢筋等应在30min内完成。

钻孔灌注桩应按4倍桩径跳孔施工；钢板桩应采用“屏风式”施工，转角桩加工、施作、钢板桩的垂直度、搭接质量、转角部位等严格按设计与规范标准执行，确保钢板桩受力良好与封水效果。

3.7减少漂浮物进入铁路范围

对工地上产生的漂浮物影响营业线行车安全难题，项目部协调铁路围墙专管部门，在围墙的顶部再设置1.5米高的密目钢丝网片，在靠近营运线围墙内侧安放多个漂浮物回收箱，不定期组织党员职工进现场捡拾、收集，并叮嘱、督促现场施工人员及时做好施工中漂浮物的处理工作，确保施工安全。临时设施因采取加固处理，防止大风将临时部件刮至铁路内。

本工程综合配套楼围护支撑为混凝土，常规镐头机拆除时将产生大量粉尘，影响周边环境，特别是影响东侧铁路沿线。综合考虑，采用链锯切割机拆除支撑。首先根据吊装机械性能合理绘制切块分区图，计算未拆除支撑临时顶撑马凳的规格，拆除既要保证工效，又要保证安全。

3.8减少降水对铁路的影响

特药库采用轻型井点降水，井点间距 1.5m，共设置 5 套。综合配套楼采用疏干管井降水。真空深井按每 220 ㎡左右布置一口，共布置 22 口(含汽车坡道 1 口)。成井直径均为 650mm，井管均采用壁厚 4mm，直径 273mm 的钢管。待基坑内潜水水位降至开挖面以下 1 米再进行基坑开挖。坑外设置若干水位观测井，沿铁路营业线侧每隔20米非常规增加设置，实时监测坑外水位变化情况，以便判断止水帷幕封闭性，及时采取相关应急措施。根据设计要求，在结构封顶和覆土前，按规范在底板上设置泄压孔。

本工程基坑开挖深度较深，面临承压水突涌危险，为保证基坑开挖安全必须进行基坑抗突涌验算，根据计算结果得出：特药库、新建高架库、连通道及综合配套楼底板位置基坑开挖不需要对第④2层进行减压，在基坑开挖至综合配套楼局部深坑位置时需要对第④2层进行减压措施，减压降水最大幅度为0.10m。采用坑内布设观测兼应急备用井方式，施工期间根据实测水位，对承压水进行“按需降水”，控制水位。

3.9优化土方开挖方式

土方开挖要严格按照“开槽支撑、先撑后挖、分层分段、严禁超挖”的原则作业，临近铁路营业线一侧开挖时尽量留置放坡，结合被动土加固，有效控制围护桩的水平位移。在地下结构完成后，其外墙与围护之间的的回填工作亦受到后浇带的影响，外墙被分成相互独立的若干块，对基坑抵抗水平力的能力有所降低，拉长了基坑土体平衡的时间。采用跳仓法施工可避免以上问题，且能达到更多的技术成效。

3.10加强监测

铁路变形监测虽然是由具备相应资质的第三方监测单位进行监测，但项目部积极配合，定人定时联络，及时了解相应数据变化，出现报警数据，应立即停止施工，并积极配合铁路有关部门采取应急措施。

四、结束语

邻近铁路的深基坑施工不仅要保证项目自身的安全质量，也要确保铁路运输安全畅通，此阶段整个施工过程必须高度重视。基坑的围护设计需根据基坑自身的特点以及与铁路的位置关系情况确定合理的围护方案，对铁路一侧针对性的加强围护结构措施。施工过程应严格按照施工方案进行施工，加强机械管理，监测数据的分析指导现场施工。按照本文对基坑各施工环节的管控施工，取得了一定的成效，可为同类工程施工提供一定的借鉴经验。

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