近铁路线砂泥岩互层悬索桥锚碇深基坑施工技术研究

近铁路线砂泥岩互层悬索桥 锚碇深基坑 施工技术研究

张 勇 1 张靖雨 2 江峡 2

1. 中国铁建港航局集团有限公司第四工程分公司 重庆市 401220

2. 重庆市长寿区建设工程质量监督站 重庆市 401220

摘 要： 临近既有铁路线悬索桥重力式锚碇深基坑开挖将会直接影响铁路运维安全。受天气状况及基坑开挖施工工艺影响，砂泥岩互层长期处于干湿循环条件，对基坑支护、持力层封闭提出了更高的要求。本文以长寿二桥北锚碇施工为例，结合实际工程特征，进行临近既有铁路线砂泥岩互层悬索桥重力式锚碇深基坑施工技术研究，通过全过程施工智能化监测，优化深基坑支护结构及逆作法施工工艺，采用台阶法及探坑法进行作业，安全、优质、高效完成工程建设。

关键词： 临近既有铁路线 砂泥岩互层 深基坑 台阶法 智能化监测

作者简介：张勇（1985—），男，大学本科，高级工程师，主要从事桥梁工程技术管理及施工方案研究。

1 工程概况

重庆长寿长江二桥工程是跨越长江的特大型市政桥梁，主桥采用739m跨钢箱梁悬索桥，桥宽34米，双向六车道，设计时速60公里/时，道路等级为城市主干路，桥梁设计荷载城-A级。主桥设南北门型索塔，南北重力式锚碇^[1]。

北锚碇总长47.5m，宽50.5m，由锚块、鞍部、锚室、压重块等结构部位组成，设计混凝土方量6万m³。施工开挖基坑深度达44m，距川维铁路平面位置最近距离仅约17.65m，安全风险高，施工控制难度大。

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1 重庆长寿长江二桥主桥结构型式（单位：m）

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2 重庆长寿长江二桥北锚碇结构示意图

北锚碇基坑所在址区地质情况为砂泥岩软硬互层。由泥、砂岩互层或厚层砂岩夹泥岩等形成的类似“夹心饼干”的软硬互层，其结构的差异性风化程度及受到高温高湿气候、裂隙水干湿作用^[2]、施工扰动等复杂因素所影响，易造成岩石强度折减、分布不均，从而影响坡面稳定性、存在较大的崩塌风险，给深基坑开挖作业带来极大难题。

2 深基坑施工方案制定

2.1 砂泥岩互层物理特性分析

运用PFC模拟互层岩体特性，模拟高温高湿环境、干湿循环影响下的破坏模式，进行数值模拟分析，得到如下主要结论：

（1）受到高温高湿影响及干湿循环影响后，泥岩的单轴抗压强度和弹性模量都有明显的下降，内摩擦角和粘聚力存在一定程度的减小，岩层破坏从天然状态下的脆性破坏向剪切破坏转变。

（2）互层岩体的破坏主要由泥岩层及砂泥岩界面处的剪切破坏为主，并在此处有少量张拉破坏，且当互层倾角越陡时，此现象越明显；干湿循环后，互层试件破坏时的张拉破坏数量有显著增多，但仍以剪切破坏为主，其中随互层倾角变陡，张拉破坏数量增多的现象越为明显。

（3）在同等条件下，泥岩抗压强度低，具备很强的吸水性，且具备吸水软化的特性，其稳定性及抗干扰能力更差。

（4）在互层岩体特性下的基坑开挖，要采取适当的工艺及措施，避免干湿循环作用加速岩层的风化、破坏；要合理疏排水，尽量减少泥岩强度折减；采取正确的坡面防护处理，避免岩层破碎、坡面滑移。

2.2 深基坑施工方案

结合砂泥岩互层地质情况分析及实际施工环境，充分考虑对既有铁路线的安全防护，制定深基坑开挖总体施工方案如下：

步骤一：在既有铁路线两侧布置抗滑桩防护，做好整个施工范围的疏排水设施及进出道路；

步骤二：为尽量减少岩层扰动，采用机械开挖作业，对深基坑进行分块、分层开挖；

步骤三：深基坑开挖采用分级开挖、逐级防护的逆作法作业方式；对坡面采用桩板挡墙、锚喷等防护；

步骤四：分区分块清底，及时封闭，完成深基坑开挖作业。

为确保施工安全，全过程对深基坑及既有铁路线进行监测。

3深基坑主要施工技术研究

3.1 邻近铁路线边坡台阶法开挖

随着基坑开挖深度逐步增加，边坡土体承受的压力也逐步增加，土体深层位移及剪切力的变化会影响边坡及既有线路稳定。为消除影响，在深基坑开挖过程中，有效结合锚碇结构特征，对临近铁路线侧边坡采取台阶法分层开挖，减少土体破坏，尽量维持原状土特性，并通过台阶延伸增加坑底侧壁土体厚度，保证边坡稳定。同时，台阶法作业可以提升工作效率，实现岩面及时封闭，减少暴露时间，有效防止薄弱岩层风化。

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3 基坑近铁路线侧边坡台阶法开挖

3.2 永久结构强化边坡支护

随着深基坑逐层开挖，在近铁路线侧变坡上及时施作挡墙，将抗滑桩连成整体，进行边坡支护。

同时，结合边坡台阶法开挖作业，及时将锚碇鞍部底座、锚体按照大体积混凝土分块作业法进行有序施工，优先完成与基岩面接触部位的永久结构物，实现基岩快速封闭的同时，将永久结构钢筋混凝土与桩板挡墙连接成为整体，以达到增加支挡结构厚度、自重的目的，从而强化边坡支护，稳定基坑土体，确保基坑、既有线路安全。

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4 基坑近铁路线侧边坡台阶法开挖

3.3 嵌合锚固钢筋快速封底

基底外露部分易风化、遇水软化且基础施工周期较长，天气因素不可控，雨后会影响基底质量，大大减弱基底摩阻系数。为减少基岩大面积暴露，深基坑施工至坑底后，采用探坑法，提前进行基底检测及摩阻试验。

基底满足设计要求后，对基底进行分块施工，及时清理。为提高施工效率，保证结合质量，改变传统垫层封底工艺，采用嵌合锚固钢筋法实现基底快速封闭，保护基底摩阻系数等力学性能，为后续基础施工提供更好条件。

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5 嵌合锚固钢筋快速封底

4 深基坑施工全过程监测

采用徕卡TM50测量机器人、徕卡三维变形监测系统进行平面位移监测，采用太阳能固定式测斜仪自动采集传输深层位移变形数据，构建半自动化监测系统，对深基坑及铁路线进行全过程监测监控，实施基坑施工变形位移的智能预测与控制，确保深基坑及既有铁路线安全。

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6 太阳能固定式测斜仪自动采集传输数据

5 结束语

通过数值模拟技术分析砂泥岩互层物理特性，结合试验成果及施工实际情况，采取分层分块、逐层开挖、及时支护的逆作法施工工艺进行深基坑作业，针对性地应用台阶法作业、利用永久结构强化支护、嵌合锚固钢筋快速封底、全过程智能监测监控等技术，顺利完成长寿二桥北锚碇深基坑作业，优质高效、安全可控、绿色环保，创造了良好的效益。

参考文献

[1] 王超，李丹，张川龙．大跨度悬索桥重力式锚碇基础结构优化分析[J]. 城市建筑，2021，18（18）：172-176.

[2] 叶四桥，梁炳新，曾彬，等．温湿循环作用对三峡库区岸坡粉砂质泥岩力学特性及能量演化的影响研究[J]. 工程地质学报，2021，29（3）：594

[3] 郑洪能．悬索桥锚碇施工技术特点及应用[J].交通世界，2020：110-111.

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