既有铁路复杂道岔区下方直接开挖施工框架桥工法设计
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摘要：本文介绍了一种在铁路复杂道岔区下方直接开挖，施工大跨度框架桥的新型施工工法设计，重点讲述其道岔区扣轨加固、基坑支护、开挖及框架桥施工工法设计，为下穿既有铁路复杂道岔区框架桥提供了一种新的暗挖施工工法，解决了该工法的线路加固、道岔区加固、基坑支护等问题，为类似工程的设计和施工提供具体可靠的借鉴。
关键词：线路加固；道岔区加固；基坑围护；框架桥施工.
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1 工程概况
1.1 工程背景
广州猎德大桥北延线在天寿路下穿广深铁路连接广园路，其中D、E线原设计为两个顶进箱型框架桥。
D线修建1-14m×5.9m钢筋砼框架桥，功能为11m单向两车道+3m人行道，斜交下穿广深Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ线、牵出线、客走Ⅰ线、客走Ⅱ线及两条机待线共8股道，顶进长度约52.6m。
E线修建1-11.8m×6m钢筋砼框架桥，功能为11.8m单向两车道，斜交下穿广深Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ线、客走Ⅰ线、客走Ⅱ线及两条机待线共7股道，顶进长度约42m。
下穿工程位于广州东站深圳端的出站咽喉区，有华南地区最复杂的道岔群，站场平面布设了满足铁路功能使用的各类设施，如火车信号标、高（矮）柱信号灯、接触网塔（柱）、转辙器、警冲标、百米标、铁通光缆、地下高压电缆等。下穿工程为猎德大桥系统北延线工程的控制性节点工程，并且为广州亚运工程之一。
由于征地拆迁、管线迁改困难，施工场地、工期和周边构筑物、建筑物的限制，使原顶进方案无法实施（无预制、顶进后背场地），故提出了本文讲述的在铁路下直接开挖的施工工法的变更设计。
1.2 地质条件
场地地貌为剥蚀残丘，周边建筑物较多，公路、铁路网发达，交通便利。道路两旁均种植花草树木，绿化环境，地形起伏不大。
根据钻孔揭示，桥址处钻孔主要为人工素填土层Q4ml、第四系冲洪积土层（Q4pd）、第四系残积土层（Q4el）和震旦系基岩（Z），岩性详述如下：
①素填土：褐红、紫红色，湿，松散，由粉质粘土等新近堆填，局部含少量碎石，顶部为0.20~0.60m砼；均匀性、密实度差。
②1粉质粘土：褐红、褐黄色，可塑，稍光滑，干强度、韧性中等，土质均匀。
②2粉质粘土：棕红色，硬塑，稍光滑，干强度、韧性中等，切面较光滑；
③粉质粘土：褐黄、棕褐色，硬塑，为砂岩风化残积物，干强度、韧性中等
④1全风化砂岩：灰白色，岩质极软，结构尚清晰，呈坚硬土状。
④2强风化砂岩：褐红色，裂隙发育，岩芯呈半岩半土状，局部呈碎石状，岩质软
④3中(弱)风化砂岩：褐红色，裂隙较发育，岩芯呈碎块状为主，少量短柱状，岩质较硬，击声较脆，RQD=20%；岩芯较破碎，进行天然抗压强度试验，其抗压强度范围值为3.1～24.6MPa，平均值11.2 MPa。
2 技术标准及计算方法
2.1 设计荷载
① 结构自重：钢筋混凝土结构自重按25KN/m3。
② 线路设备自重。
③ 水土侧压力：施工阶段按朗金主动土压力进行计算，使用阶段按静止土压力计算。
④ 铁路活载：按列车活载（中活载和ZK活载）换算成土柱重，再折合单位面积，为60KN/m2，作用在线路加固区之外，考虑活载作用下的附加土压力。线路加固区活载通过支撑桩传递至基坑底以下。
⑤ 施工期间列车限速：45km/h。
⑥ 汽车设计荷载：公路-I。
⑦ 非机动车及行人荷载。
⑧ 混凝土收缩力。
⑨ 温度影响力。
2.2 计算方法
① 基坑安全等级为一级，按铁路线路变形控制标准进行变形控制；基坑重要性系数为1.1[2]。
② 支护机构计算：按照规范要求的边坡圆弧滑动法计算。
③ 边坡按照圆弧滑动条分法计算。
3 施工工法设计
D、E线采用现浇施工开挖，在轨面下有9m左右高度的开挖深度（基坑加固方法见3.3）。通过线路加固措施消除由于破坏棱体范围内列车活载转换成附加土压力的情况，减少桩基所受的外力。
3.1 线路加固
从确保行车安全和施工安全的角度考虑[1]，应视线路情况、铁路运输、市政疏解、路基土质、地下水情况及桥涵的尺寸、覆土厚度、施工季节、工程投资、可实施性等情况作综合考虑两工点线路加固方案，在非道岔区采用D型施工便梁的加固方法；在道岔区采用吊轨纵横梁的加固方法。在D型施工便梁加固段可以做到架空现浇，但吊轨纵横梁加固段由于考虑受力特点，需要采用纵梁受力。
针对纵横梁加固体系，与顶进工法不同的线路加固措施如下：
① 由于采用大开挖的施工工法，纵横梁体系要转换为纵梁受力为主，需要满足跨度上的要求，因此须计算，控制纵梁跨度。
②在交分道岔特殊段，横梁的布置，须经计算，将横梁加密，同时控制横梁跨度，应特别注意。
3.3 基坑支护及开挖
本工程项目D、E线框架桥基坑采用土钉+锚索+型钢喷射混凝土墙[7]加固方案。
钢筋锚杆（土钉[4][5]）钢筋直径25mm，间距0.8m×0.8m，长12m，梅花形布置，钻孔直径为130mm，采用纯水泥浆注浆，水平方向夹角15°，土钉应按有关规范进行抗拔试验，试验根数不少于总数的1%。
锚索[6]共设3道，间距3m×3m，锚索采用抗拉力设计值为1320MPa的钢绞线制作，锚固体采用P.0.425纯水泥浆，水平方向夹角35°，锚索应按规范进行抗拔试验，试验根数不少于总数的1%。
考虑施工单位开挖空间受到限制，采用20mm厚钢板作为简易腰梁，沿二衬水平通长布置。
在基坑内设置Φ400钢管对撑两层，增加基坑整体稳定性，下层对撑可在框架桥底板现浇后拆除，增加施工空间。
D线、E线过广深Ⅲ、Ⅳ线处，活载较其他线路大，基坑支护型钢采用井字形布置。
框架桥施工开挖应遵循短进尺，严超挖，及时支护，分段分台阶的施工方案，施工过程中应加强监测。
另外，考虑到本工程线路等级高、道岔区整体（道岔组、道岔群）的沉降要求、保证轨道电路不出现问题等原因，在框架桥浇注施工完毕后，必须进行框架桥两侧范围内注浆加固的实施，并补充袖筏管注浆，其变形控制严格，施工过程中应密切加强现场全程监测，及时反馈信息。
4 其他注意事项
① 现场监控量测是本施工中必不可少的监控手段，应贯穿整个施工过程中，以便随时反馈施工过程中的力学动态及地层变化情况，及时调整开挖顺序，合理安排施工工期。
② 在工程实施前，应考虑事故发生的可能性，并预计事故发生的种类和时机，除在施工中努力杜绝事故发生外，尚应在制度、人员、组织、物资、设备等方面作好突发事故的准备。
③ 施工中密切注意防、排水，基坑内绝不能积水，并采取必要防雨水措施, 以免浸泡产生不均匀沉陷致使箱体受力不均产生裂缝。
④顶、底撑尽量支撑在轨道正下方位置，并采用必要的悬吊、支撑等
措施、加强横向连接系统，避免长度过大造成结构失稳。
5 结束语
本文于讲述的设计、施工工法与常规顶进方法比较：
① 本项目工法较常规顶进[3]框架桥施工方法工艺复杂，工程造价可能稍高；
② 本工法与常规顶进框架桥施工方法比，无需顶进设备，现浇施工，临时施工用地较小，对周边交通、管线、构筑物和建筑等影响较小。
本工程项目已竣工近一年，从框架桥投入使用和广深铁路运营实践来看，情况良好，可见该种在既有铁路复杂道岔区下方直接开挖施工框架桥的工法设计和施工都是非常成功和理想的，此两个工点的设计和施工可以在类似工程中借鉴使用和推广。
注：文章内所涉及的公式及图表请用PDF查看