张 汉 (安徽铁建工程有限公司，安徽 蚌埠 233040)
城市道路与铁路平面上相互交叉时，往往采用地道桥下穿方式通过铁路交口。城市道路下穿既有铁路，通常采用框架桥顶进方式实施[1-6]，该施工方法对既有铁路营业线干扰小，下穿框架桥的占地面积较小，对提高城市土地的利用率有利，也符合城市景观要求。
另外，随着城市的发展，越来越重视对城市管廊的建设。城市管廊具有综合性、长效性、可维护性、安全性、环保性、低成本等优点，可有效解决地上、地下管线重复建设的突出问题，是“智慧城市”建设的重要内容之一[7-10]。
由于涉铁工程的特殊性，铁路营业线下方城市道路框架桥施工时，可将地下管廊与框架桥同步设计、同步施工，实现对铁路的最小化干扰。受铁路加固中D型便梁尺寸的限制，框架桥两侧的空间往往有限，如受到高铁桩基础或便梁桩基础的限制，如何合理对地下管廊与框架桥的方位进行布置存在困难。
地下管廊的设置不能影响既有铁路通行，也不能影响框架桥的稳定性，且自身的地基变形需满足要求。在确保安全前提下，地下管廊如何与框架桥顶进实现同期施工，也存在技术挑战。
为此，本文探讨了一种铁路线下框架桥底部的地下管廊施工方法，为地下管廊与框架桥顶进的同期施工提供参考。
为了配合地下管廊施工，框架桥的底板中心线上设置一排注浆孔，注浆孔的两侧对称设置桩位孔，每侧桩位孔的数量为2～4个。注浆孔与桩位孔均提前预制在框架桥底板上，如图1、图2所示。
图1 底板预设孔洞的框架桥示意图
图2 框架桥底板桩位孔与注浆孔位置示意图
所提铁路线下方位于框架桥底部的地下管廊施工工艺包括下列步骤。
①施工工作坑防护桩、后背桩，开挖工作坑，制作滑板，在滑板上预制框架桥，施工隔离桩；
在既有铁路路基拟施工框架桥的位置两侧施工桩基础与条形基础，搭建D型便梁，使施工影响范围内既有铁路线的荷载由D型承担。该施工步骤内容与传统框架桥的施工方法相同。
②逐段开挖每次顶程范围内土体，并在框架桥两排桩位孔外侧的底部土体中施工，形成两排水泥土搅拌桩，再基于动力设备把框架桥顶进，行进长度为一个顶程。再进行下一次开挖、施工水泥土搅拌桩与顶进，如此循环，直至把框架桥顶进就位，如图3所示。
图3 框架桥顶进就位示意图
框架桥每次顶进前在底部土体中施工形成的两排水泥土搅拌桩，最终形成两堵防渗墙，阻止地下水向后续地下管廊的施工空间渗透。水泥土搅拌桩的参数可根据工程地质条件、水文地质条件、地下管廊埋深等具体情况综合确定。
③在框架桥外部防水措施完成后，按要求对框架桥四周的空间进行分层回填，最终使回填修复后的铁路路基满足使用要求。拆除D型便梁，恢复原有铁路线，实现铁路线的正常速度运行，如图4所示。
图4 拆除便梁铁路线恢复正常示意图
地下管廊设置于框架桥的下方，在框架桥顶进就位、原有铁路线恢复正常运行后，再施工地下管廊，故地下管廊的施工对恢复铁路线的工期无影响，对既有铁路线的影响基本可以忽略不计。
④在两排水泥土搅拌桩的内侧施工水平向钢管，使钢管位于邻近的水泥土搅拌桩与桩位孔之间，如图5所示。
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图5 水平向钢管施工就位示意图
多根钢管在同一竖向断面上沿水平向分布，钢管的直径、间距根据土层地质条件、施工机械的便利性、后续土体开挖深度等条件综合确定。如无地下水影响、土体强度相对较高时，钢管的竖向间距可取大值（大于3倍管径）；
若地下水位较高、土体强度较大，钢管的竖向间距应取小值（不大于2倍管径）。
当铁路股道不超过3股时，在路基的一侧用水平螺旋钻进法进行钻孔钻透至另一侧，再把钢管压入钻孔中，钢管为通长布置，该情况下每侧钢桩的数量可取2根，钢桩尽量靠近钢管的两端；
当铁路股道超过3股时，在路基的两侧用水平螺旋钻进法进行钻孔，钻孔的水平长度应超过铁路路基宽度的一半，两侧钢管的搭接长度不小于1.0m，该情况下每侧钢桩的数量至少为3根，在铁路路基中部两侧钢管搭接处需设置一根钢桩。
当铁路股道不超过3股时，跨度相对较小，钢管长度能够整体穿越；
当铁路股道超过3股时，跨度相对较大，钢管整体穿越难度较大，故可两端向中间钻孔，两侧钢管在中部位置相互交叉与搭接。
⑤基于框架桥的桩位孔向框架桥底部土体中打入钢桩，钢桩的桩顶嵌于框架桥的底板中，如图6所示。
图6 竖向钢桩施工就位示意图
钢桩的底部嵌入深度较大、强度较高的土层中，钢桩的顶部嵌入框架桥底板中。钢桩的作用是对沿竖向断面分布的一排水平向分布的钢管，形成支挡作用，钢管与钢桩共同形成强度较大的支护体系，能承受较大的侧压力，有效维护后续土体开挖形成的空间，为地下管廊的施工提供了稳定的空间，安全性、可靠性高。
⑥开挖框架桥底部位于两排钢桩之间的土体至设计标高，如图7所示。
图7 地下管廊位置处土体开挖示意图
由于施工空间有限，且开挖过程中不可触碰、损伤框架桥的底板，故无法采用大型机械开挖。通常采用小型工具，人工逐步开挖。
⑦在上一步开挖土体的底部铺设水泥找平层，如图8所示。找平层一方面保证了后续各节地下管廊底板的平整度；
另一方面为地下管廊的施工提供了相对较硬的施工平台。
图8 施工地下管廊底部的找平层示意图
⑧把各节地下管廊相继顶入、组装施工在找平层上，如图9所示。各节地下管廊的相互连接（接头处理）应符合相关规范要求。
图9 地下管廊施工就位示意图
⑨各节地下管廊组装完成后，基于框架桥底部的注浆孔向地下管廊的外围注入浆体，硬化形成注浆体，使地下管廊与四周土体之间充满注浆体，由此完成地下管廊的施工，如图10所示。
图10 基于注浆孔向地下管廊四周注浆示意图
基于注浆孔向地下管廊的外围注入浆体时，注浆压力应根据土压、水压、框架桥强度、地下管廊强度与浆液特性综合判断决定，且经过反复试验确认注浆效果后方可实施。
注浆压力不宜过小，过小导致地下管廊与土体之间的缝隙难以填充密实；
注浆压力不宜过大，过大会导致地下管廊与框架桥受到较大的压力，导致各节地下管廊相互错位、框架桥发生隆起等病害。因此，注浆压力应根据试验及施工经验反复确定。
所提施工工艺中，存在以下设计计算关键点。
3.1 地基承载力强度复核
框架桥底部位于两排钢桩之间的土体开挖至设计标高时(图7)，地下管廊位置处的土体已挖空，此时框架桥自重、上部土重与铁路荷载的综合效应作用在底板上，而底板仅部分面积与土体接触，需验算此时地基承载力是否满足要求。地下管廊位置两侧的水泥土搅拌桩对承载力的贡献，也可考虑酌情折减。
3.2 地基变形计算
如图7所示工况中，框架桥自重、上部土重与铁路荷载的综合效应作用在底板上产生的变形是否满足规范要求，应进行复核。若变形过大，在框架桥逐个顶程的顶进中，应同步开展地基处理，或在顶进施工前，应对地板下方土体进行注浆加固处理。
3.3 地下管廊坑壁的稳定性复核
如图7所示工况中，地下管廊坑壁处于垂直状态，土压力由水泥土搅拌桩、钢管与钢桩共同承担，应复核此时的稳定性，确保坑壁在上部竖向荷载作用下不发生滑移、倾覆破坏。
所提施工工艺具有如下优点：
①受到高铁桩基础或便梁桩基础的限制时，框架桥两侧的空间有限，通过将地下管廊设置于框架桥的下方，不影响既有铁路通行，进一步提高安全性，表现在地下管廊外周具有较高的支护稳定性，可操作性强；
②地下管廊设置于框架桥的下方，在框架桥顶进就位、原有铁路线恢复正常运行后，再施工地下管廊，故地下管廊的施工对恢复铁路线的工期无影响，对既有铁路线的影响基本可以忽略不计；
③由水泥土搅拌墙、钢管、钢桩形成的支护体系具有较大的强度，能有效维护后续土体开挖形成的空间，为地下管廊的施工提供了稳定的空间，安全性、可靠性高；
④地下管廊顶进施工就位后，基于注浆孔向地下管廊的外围注入浆体，使地下管廊与四周土体之间充满注浆体，既有利于地下管廊的外部防水，又对地下管廊的结构形成了有效保护，提高了施工质量；
⑤地下管廊是在框架桥、钢桩的保护下逐段开挖与顶入施工，与传统放坡开挖相比，土方开挖量大大降低，后续回填量也非常小，故总体上造价更低，具有经济性与合理性。
框架桥与地下管廊在同一位置下穿既有铁路营业线时，把地下管廊置于框架桥下方是一种合理的布置方案。本文提出一种铁路线下方位于框架桥底部的地下管廊施工方法，主要包括以下施工步骤：把框架桥顶进就位；
回填铁路路基恢复原有铁路线；
框架桥底部施工水平向钢管；
框架桥底部土体中打入钢桩；
开挖框架桥底部土体至设计标高；
铺设水泥找平层；
组装施工各节地下管廊；
向地下管廊的外围注入浆体。所提地下管廊的施工对恢复铁路线的工期无影响，对既有铁路线的影响可以忽略不计。由水泥土搅拌墙、钢管、钢桩形成的支护体系具有较大的强度，为地下管廊的施工提供了安全、稳定的空间。基于注浆孔向地下管廊的外围注入浆体，使地下管廊与四周土体之间充满注浆体，保障了施工质量。