鐵路客運專線鐵路車站深基坑支護設計與施工

鐵路客運專線鐵路車站深基坑支護設計與施工

1既有車站改造近年來，我國長距離鐵路建設加快，運營距離不斷增加，形成了中國交通圈，改變了人們的旅游模式。隨著國家高速鐵路網(wǎng)的不斷完善，鐵路出行旅客量持續(xù)攀升，部分地區(qū)既有站房不能滿足旅客出行需要，需要對既有鐵路站房及站場進行改造，提升旅客候車、乘車舒適性。鐵路站場改造工程中新建旅客地道下穿既有鐵路股道，施工期間不能中斷鐵路運營，對地道基坑支護提出了很高的要求。寧西鐵路內(nèi)鄉(xiāng)車站2中間航站樓地下空間及地面工業(yè)條件六安站是既有寧西線上一般地區(qū)級中間站。該站客車共7條股道，其中1、2、3、6、7道為到發(fā)線，Ⅳ、Ⅴ道為正線。站內(nèi)共有3座站臺，3座站臺上均設雙側(cè)出入口，其中既有基本站臺1座，為低站臺；中間站臺2座，均為高站臺。為滿足旅客運輸需求、優(yōu)化城市功能、美化城市形象，六安站于2017年開始綜合改造。新建旅客出站地道設計橫穿一～三站臺，見圖1，二～三站臺設雙側(cè)出入口，在三站臺端頭設置封頭端（與7道緊鄰），為后期地道接長做準備。主洞身長61.2m，結(jié)構(gòu)內(nèi)凈寬10.3m，凈高3.8m；出入口沿站臺方向長63.75m，凈寬3.55m。站場內(nèi)地層主要有人工填土層、黏土層，土體物理力學指標見表1。場地上部主要為上層滯水，埋深0.90～2.50m，賦存于填土層及上部黏性土層中，水量較??；其補給來源主要為大氣降水補給。下部基巖層含少量基巖裂隙水。3dasptsnx計算模型六安站改造工程為營業(yè)線施工，站場環(huán)境復雜，地道按明挖基槽現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架施工，深基坑支護方案設計難度大。經(jīng)過充分論證和調(diào)研臨近7道的封堵支護樁是本工程風險較大的位置之一，9道正線降速運營，為保證9道行車的安全性，此處采取支護方式為支護樁+錨索采用有限元軟件MidasGTSNX(1）地質(zhì)參數(shù)：選用修正的莫爾-庫倫彈塑性本構(gòu)模型來模擬地層的應力應變特性，計算地質(zhì)參數(shù)見表1。(2）計算荷載：土體自重；考慮道砟自重附加荷載為10kPa；列車荷載強度為60.2kPa，作用寬度為3.7m，中心距離基坑邊為9.0m。(3）計算工況：工況1（開挖至3m）；工況2（施工預應力錨索）；工況3（開挖至8m，到達坑底）。(4）約束形式：模型采用標準約束形式，水平方向僅約束其相應的水平位移，底部采用固定約束，約束其豎向及水平向位移。即模型邊界條件為：限制模型X方向左右兩側(cè)面上節(jié)點的X向位移（TX=0);Y方向前后兩側(cè)面上節(jié)點的Y向位移（TY=0）；模型底面上節(jié)點的X、Y、Z向位移（TX=TX=TZ=0），見圖3。(5）工況3分析結(jié)果（土壓力、位移、彎矩及剪力）見圖4。由圖4可以看出，支護樁水平方向變形最大值為9.32mm，發(fā)生在樁頂處。支護樁內(nèi)力設計值M4封閉及主結(jié)構(gòu)施工六安站行車密度和接發(fā)旅客量較大，每次封鎖股道和站臺數(shù)量有限，根據(jù)實際封鎖條件、設計情況，地道采用明挖現(xiàn)澆法施工。為保2018年春運前進度，同時封鎖6、7、8股道，進行3～6道及三站臺地道主結(jié)構(gòu)施工。地道封頭端的支護，采用支護樁+錨索的支護方式，其施工質(zhì)量直接關系到9道行車安全。4.1土深度、懸臂長度旅客地道在三站臺端頭設置封頭樁，共12根，樁長17m，土方開挖后入土深度為9m，懸臂長度為8m。由于支護樁較為集中，采用跳挖（隔一跳一）方式施工。在既有線附近進行鋼筋籠安裝時，因上部空間受限制，鋼筋籠宜采用短節(jié)，約3～4.5m長一節(jié)，施工時加強鋼筋籠接頭質(zhì)量控制。4.2錨索的安裝與張拉支護樁蓋梁以下2.5m處樁預應力錨索施工流程為：鉆機就位→鉆孔→錨索安放→注漿→傳力裝置安設→養(yǎng)護→錨索張拉→鎖定荷載的確認→錨索鎖定。(1）成孔：采用錨索成孔鉆機成孔，鉆孔直徑150mm。鉆進過程隨時注意速度壓力及鉆桿的平直，鉆進至離設計要求深度200mm時，應在原位繼續(xù)鉆進，確?？變?nèi)無殘留余土。(2）錨索制作及安裝：錨索材料為2ue78815.2的1860MPa鋼絞線，用砂輪切割機斷料。自由段采用薄膜紙包裹或用ue78815膠管套住，使之與錨索固結(jié)體分離。錨索長度應比設計孔深長1.0m，以留作張拉時安裝千斤頂。應沿錨索全長設置定位支架，能使鋼絞線的注漿固結(jié)體保護層厚度不小于10mm，定位支架的間距對自由端宜取1.5～2.0m，對錨固端宜取1.0～1.5m，定位支架能使鋼絞線束相互分離，鋼絞線之間的距離大于5mm。(3）注漿：錨索漿體材料為P.O42.5普通硅酸鹽水泥凈漿，水灰比為0.5，漿體抗壓強度不小于20MPa。注漿后自然養(yǎng)護不少于7d，待強度達到設計強度等級的70%以上方可進行張拉。在灌漿體硬化之前，不能承受外力或由外力引起的錨索移動。(4）錨索張拉：錨索張拉力為100kN，錨索抗拔承載力標準值為140kN，張拉前要校核千斤頂，檢驗錨具硬度；清擦孔內(nèi)油污、泥砂。錨索張拉時，在錨索張拉端安設兩道工字鋼橫梁，與支護樁緊貼。張拉用穿心式千斤頂，當張拉到設計荷載時，擰緊螺母，完成錨定工作。施工完畢后進行抗拔試驗，檢測合格后安排下層土方開挖作業(yè)。5深基坑支護監(jiān)測六安站行車密度和接發(fā)旅客量較大，站臺空間有限，且每次僅封鎖1～2個站臺，同時，旅客地道采用明挖法施工，屬于鐵路營業(yè)線施工。便梁架設、基坑開挖、邊坡支護等施工安全風險高，而營業(yè)線深基坑施工（基坑深度8m）和既有鐵路營業(yè)線運行安全又相互影響，綜合考慮施工成本、工期及安全等因素，引入智能化監(jiān)測技術(shù)進行鐵路營業(yè)線深基坑支護的實時監(jiān)測借助BIM技術(shù)建立深基坑三維模型，利用智能化監(jiān)測技術(shù)，對關鍵控制數(shù)據(jù)進行實時智能監(jiān)控，并針對各監(jiān)測項目設置監(jiān)測控制值和警戒值。針對地道封頭端支護監(jiān)測內(nèi)容要求如下：（1）支護樁頂部位移設置1個測點，采用傾角儀對其監(jiān)測，測點布置在支護長度方向的中部；（2）錨索應力監(jiān)測點位于支護長度的中部和兩側(cè)，共設置3個觀測點，用于觀測索力在列車荷載作用下變化的情況。針對地道封頭端支護樁+錨索支護的實時監(jiān)測情況進行分析總結(jié)，見圖5。5.1開挖階段樁頂位移監(jiān)測鑒于地道封頭端采用懸臂+錨索的支護形式，安全性直接影響到9道列車安全，該處監(jiān)測是安全監(jiān)控的重點之一，在基坑開挖階段，隨著基坑深度的不斷加大，樁頂位移不斷增加，開挖深度達到最大深度后，樁頂位移最大7.5mm開始平穩(wěn)且處于一級基坑安全范圍（10mm）以內(nèi)，見圖6，監(jiān)測值均小于理論值（9.3mm），引起測量值與計算值偏差的主要原因是現(xiàn)場土質(zhì)情況與理論選取土質(zhì)參數(shù)，列車實際荷載與計算荷載的均存在一定差異，監(jiān)測顯示支護樁處于安全狀態(tài)中。5.2錨索兩次張拉情況針對臨近7道支護錨索的索力進行監(jiān)測，在設備終端對錨索計監(jiān)測的應力值轉(zhuǎn)換為錨索拉力值，監(jiān)測數(shù)據(jù)曲線見圖7，從圖7(a）可以看出，錨索兩次張拉情況在曲線上直觀顯示（初張75kN，二張100kN），檢測結(jié)果與張拉階段基本一致（需要說明的是，張拉之后出現(xiàn)突然索力監(jiān)控值為零主要由于臨時斷電造成的）。從圖7(b）可知，錨索軸力變化規(guī)律性不強，波動性較大，監(jiān)控最大索力值為285kN，小于計算軸力值（327.2kN），滿足安全性要求（引起波動性較大的原因主要受列車通行、天氣及降水的情況綜合影響）。6基坑支護方案設計六安站改造工程新建旅客地道為營業(yè)線施工，地道洞身基坑采用明挖方式施工。旅客地道開挖基坑深度達8m，為有效結(jié)合便梁過渡與基坑支護，