胡 平

北京京投交通发展有限公司 北京 102606

1 工程概况

1.1 项目概况

北京新机场高速公路地下综合管廊（南五环—新机场）一期工程在过大龙河后下穿京沪高铁。综合管廊在京沪高铁处采用2＋1舱分别下穿高铁高架桥。

管廊两舱段（2.0 m电力舱＋2.6 m电力舱）与京沪高铁交叉处为京沪高铁下行线K25＋117，交叉角度90°，管廊从京沪高铁北京特大桥的D521#—D522#墩之间穿过；管廊单舱段（3.9 m水信舱）与京沪高铁交叉处为京沪高铁下行线K25＋150，交叉角度90°，综合管廊从京沪高铁北京特大桥的D522#—D523#墩之间穿过（图1、图2）。

综合管廊下穿处高架桥墩上采用32.7 m跨预应力简支箱梁（双线），顶进坑围护桩距高铁桥墩最小距离7.37 m，下穿位置桥下净高15 m。桥墩采用圆端形实体桥墩，主墩基础均采用12根直径1.0 m的灌注桩基础，设计桩长为36～37 m；采用2层承台，总厚度3.5 m，承台底层尺寸为8.0 m×11.0 m×2.0 m（长×宽×高），上层尺寸为4.5 m×8.0 m×1.5 m（长×宽×高）。

图1 综合管廊下穿京沪高铁桥墩平面

图2 管廊穿越京沪高铁结构断面

1.2 工程地质概况

拟建场区位于北京市南部大兴区永定河冲洪积扇下游，在本次最大勘探深度范围内分布的土层，按沉积年代、成因类型可分为第四系全新统人工填土层及第四系全新统冲洪积层，按地层岩性及工程特性，勘察揭露地层（最深20 m）从上往下为：杂填土、粉细砂、粉土、黏土、粉质黏土、粉土及黏土。其中管廊结构主要位于粉质黏土、粉细砂、黏土及粉土。

场地勘察期间地下20 m范围内未揭露地下水，根据拟建场区周边的水文地质资料，场区1959年最高地下水位接近自然地面，近3～5 a沿线最高地下水位标高为20.0 m，结构设计抗浮设防水位按地表下2 m左右，即绝对高程32.0 m考虑。

2 工程重、难点

邻近和穿越高铁施工时，如何确保运营京沪高铁行车安全，最大限度地减小综合管廊顶进施工对邻近高铁桥墩产生的影响，是工程过程控制的关键，其中高速桥墩的差异控制是主要因素[1-4]。

1）国内首次采用2＋1舱矩形综合管廊分跨顶进下穿高铁桥墩技术，如何在控制分跨顶进间隔时序及保证工程质量、安全、进度的情况下，防“抬头”和防坍塌，顺利完成顶进施工，是施工的重点。

2）高铁桥墩沉降变形控制要求极高，综合管廊顶进施工时，如何将高铁桥墩沉降变形控制在指标范围内是施工的难点[5-7]。

3 顶进方案

3.1 顶进方案简介

根据TB 10182—2017《公路与市政工程下穿高速铁路技术规程》要求，下穿高速铁路桥梁墩台的水平及竖向位移均须≤2 mm，控制标准要求极高。在综合管廊顶进穿越京沪高铁桥墩工程实施前，对穿越方案进行数次专家会讨论和论证，最终从原始三舱整体顶进方案调整为2＋1舱分跨顶进，即：下穿京沪高铁分2次顶进下穿，在高铁桥墩D521#和D522#之间以及D522#和D523#之间，管廊顶进框架桥均采用5.2 m×6.4 m（高×宽）的矩形断面钢筋混凝土结构，净高3.5 m。框架桥顶进施工完成后再施工管廊结构。顶板厚0.70 m、底板厚1.00 m、边墙厚0.70 m，中墙厚0.25 m和0.25 m，顶板加腋均采用0.5 m×1.5 m结构形式。京沪高铁框架桥工作坑设置在高铁南侧，由南向北顶进，框架桥总长40 m，顶程50.4 m，最大顶力为24 800 kN。

3.2 顶进施工流程

施工流程：顶进坑围护桩施工→京沪高铁地基加固处理→开挖支护顶进坑→施作顶进后背及基坑滑板→基坑内预制顶进框架桥→顶进框架桥压重→顶进切土、出土施工→顶进框架桥就位→顶进完成。

3.3 分跨顶进安排

分跨顶进施工的整个工期计划为14 d，先期顶进主线框架桥（D521#—D522#之间），顶进计划用时7 d，顶程50.4 m；其次再顶进支线框架桥（D522#—D523#之间），顶进计划用时7 d，顶程50.4 m。

4 施工技术要点

4.1 顶进围护桩及后背桩施工

下穿高铁桥墩顶进工作坑在高铁桥墩南侧采用放坡开挖，其余三侧采用钻孔灌注桩＋内支撑形式支护开挖，顶进坑围护桩采φ800 mm@1 200 mm、桩长16 m钻孔灌注桩，桩顶设置800 mm×800 mm冠梁；京沪高铁下设置φ1 250 mm@1 500 mm、桩长13m钻孔灌注桩，桩顶设置1 250 mm×1 000 mm冠梁；后背桩采用φ1 250 mm@1 500 mm、桩长15 m钻孔灌注桩，桩顶设置1 250 mm×1 250 mm冠梁，如图3所示。

图3 顶进围护桩及后背桩平面

灌注桩现场采用旋挖钻机“隔一打一”方式成孔，高铁桥下旋挖钻机施工时应注意高铁桥墩的成品保护；双排后背桩顶冠梁及连梁施工时应同时浇筑，以保证其连接的整体性。

4.2 基底旋喷桩加固

1）京沪高铁框架桥基底采用φ600 mm@1 300 mm旋喷桩进行加固处理，基底旋喷桩土体加固范围从地面至结构底板下2.5 m，梅花形布置，加固范围如图4所示。

图4 顶进范围旋喷桩加固平面

2）旋喷桩采用跳孔施工，隔2～3孔，工艺流程为：钻机就位→钻孔至设计深度→插入喷射管→高压喷射浆液并逐步提升喷射管→喷射结束→拔管。

3）根据工程水文地质情况，采用42.5级普通硅酸盐水泥单液浆三重管旋喷加固，旋喷桩施工时，水泥浆水灰比控制在1.0左右。注浆压力不得小于20 MPa，且满足加固后土体的28 d无侧限抗压强度≥1.0 MPa要求。

4）高压喷射注浆时，应由下而上均匀喷射，喷射管分段提升的搭接长度不小于100 mm。

5）高压旋喷桩注浆完毕后应迅速拔出喷射管。必要时应在原孔位采取冒浆回灌或二次注浆措施。

6）旋喷桩施工允许偏差不大于50 mm。

7）旋喷桩质量检验时应对桩身完整性、均匀性及无侧限抗压强度进行检测，检查数量为施工总桩数的0.2%，且不少于3根。

4.3 顶进坑开挖支护

顶进范围灌注桩及旋喷基底加固完成之后，开始进行基坑冠梁及土方开挖支护施工，基坑内采用1道600 mm× 800 mm钢筋混凝土支撑，支撑均撑在冠梁上。混凝土支撑水平间距约6.0 m，个别位置根据实际情况调整。基坑平面内一般采用对撑，基坑桩间设置φ8 mm @150 mm× 150 mm钢筋网，并喷射厚10 cm的C20早强混凝土。

基坑土方需待混凝土支撑达到设计强度后方可开挖，开挖时应遵循“先撑后挖，分层对称，严禁超挖”的原则。为减少桩体和地面变形，确保施工安全，基坑开挖时应分层、分段对称平衡开挖，基坑四周需预留三角土护坡，每层挖土厚度不宜超过2.5 m，开挖至距坑底300 mm时应由人工开挖、找平，并对坑底进行及时封闭，不允许欠挖，尽量减少超挖。

4.4 框架压重

为控制顶进施工期间的高铁桥墩变形，在施工期间采取卸载＋压重的方式，补偿因顶进卸荷之后引起的桥墩沉降变形[3]，在框架桥顶部33.4 m×4.8 m范围填筑厚30 cm压重碎石道砟，如图5所示。

图5 框架桥压重顶进立面

具体施工顺序为：

1）顶进工作坑内浇筑框构主体时，预埋压重挡砟块钢筋，将框顶挡砟块一并浇筑。

2）顶进开始前填筑压重材料，填至设计厚度30 cm。

3）顶进施工过程中，压重要根据现场监测数据及时调整厚度。

4.5 顶进施工

4.5.1 顶进设备布置

京沪高铁框架桥总顶程为50.4 m，其中空顶顶程2 m。设计最大顶力24 800 kN。顶铁、顶柱按顶力、顶程实际情况配置，顶进设备利用系数按0.7考虑。顶进时配备流量为63 L/min的高压油泵1台，500 t级顶镐7台。

顶进过程中安放顶铁、顶柱时要做到3个“一致”，即轴线一致、长短搭配一致、位置一致。每间隔4/6 m顶柱长设横梁一道。顶铁长度有6.0、4.0、2.0、1.2、0.6、0.3、0.2、0.1 m等，断面尺寸0.6 m×0.5 m。顶铁拆装采用吊车配合。根据桥体顶进土方数量，配置2辆挖掘机、10辆自卸翻斗车。

4.5.2 布置顶铁

顶铁或顶柱保持与立交桥轴线平行布置，横梁与顶柱垂直。每行顶铁和顶柱的中线与千斤顶轴线平行，各行长度一致。顶进时注意观察顶柱受力情况，防止崩出伤人。在其上填土碾压，填土厚度与底板相同。各行顶铁松紧程度应一致。楔紧顶铁时不得用锤猛击，以免铁垫板卷边，不易楔平楔严，如发现有卷边飞剌，应修整后再用。顶进前将不同规格尺寸的顶铁、顶柱进行排列组合，以便根据每次顶程填补或更换。安装顶柱前事先做好安排，准备好足够的拖运和起重设备。使用2台25 t汽车吊机安装横梁、顶铁、顶柱，配合顶进施工，如图6所示。

图6 顶进设备布置

4.5.3 启动（空顶）

京沪高铁框架桥空顶距离8.695 m，顶进施工是整个工程的关键环节，因此开顶前必须进行试顶。试顶顶力不宜过大，一般为桥结构自重的0.6～1.0倍。开始启动时不能突然增到此数值，应使顶镐同步加压，每升压一次稳定几分 钟，并派专人对设备及滑板、后背、桥体进行检查，如一切正常，方可加压正式顶进。在加压过程中，如油表压力突然下降，表明桥体与滑板脱离，桥体向前移动。

空顶时严格控制桥体方向，防止偏离中线给顶进工作带来困难。

4.5.4 框架桥顶进

京沪高铁框架桥顶程50.4 m，顶进前端按1∶1.5进行放坡，顶进过程应做到“短进尺，快开挖，勤顶进”，严格控制一次土方开挖的数量。顶进时根据现场监测情况及时调整顶力和顶进方向，防止箱体偏转和扎头，如图7所示。

顶进时开动高压油泵，使千斤顶受液压力而产生顶力，推动箱身前进，一镐一顶。箱身前进后使千斤顶的活塞恢复原位，在空当处填放顶铁。每顶进0.8～1.0 m后，由挖掘机和装载机配合自卸汽车出土，根据实际情况，出土时间约2 h，出土清理完毕后再次开镐顶进，如此反复循环，直至箱身就位。

图7 顶进断面

4.5.5 挖土及出土

京沪高铁框架桥顶进出土时受桥体内净空（净宽5.0 m，净高3.5 m）的限制，顶进过程中无法仅采用桥内常规开挖作业，因此2个高铁框构桥顶进作业时采用地表及桥内双出土的形式。每次纵向开挖沿顶进方向按每镐顶进长度取土，开挖深度为地面以下4.5 m，由前端地表装车外运。剩余土方按桥内出土，洞内配一台装载机，由桥内开挖剩余1.2 m土方，装车外运。

顶进出土时预留两侧刃角土，为避免顶进时桥体两侧坍塌，两侧刃角墙体部位采用人工提前挖土，防止桥体两侧由于吃土过多造成土体坍塌。土方挖运完成且刃角清除完毕后，马上开始顶进。每次开挖顶进长度控制在30～40 cm，严禁超挖。

4.6 后背拆除及刃角补齐

1）后背及桩的拆除。顶进施工完成后，拆除后背梁和混凝土桩体，恢复回填顶进坑。

2）刃角补齐施工。顶进就位后，应将刃角混凝土凿毛再进行补墙施工，补墙钢筋要与刃角伸出钢筋焊接，刃角底板下铺厚20 cm的C20混凝土垫层，后补底板与侧墙应同时浇筑施工。刃角混凝土浇筑完毕后，进行刃角背部土方的回填工作，回填土方应分层进行，确保回填密实。

5 变形监测及分析

依据相关文件要求，在顶进的工前、工时、工后对施工影响范围内D520#—D524#高铁桥墩基础沉降及墩顶位移进行监测，以确保高铁运行安全。

5.1 桥墩变形监测点布置

1）桥墩沉降监测。D521#、D522#、D523#墩的4个方向均布设测点，共布设12个测点，D520#、D524#墩各布设1个测点，基准点与既有线路基准点共用。

2）桥墩水平位移监测。每个桥墩底部布置2个测点，桥墩顶部布置2个测点，共布设12个测点，设置2个水平变形基准点。

5.2 监测控制指标及频率

根据安全评估文件要求，将控制值的85%作为报警值，70%作为预警值。

高铁桥梁两侧20 m范围内打桩及土方开挖期间（45 d），每天监测4次；管廊结构施作至回填期间（30 d），每3 d监测1次；结构完成，回填完成后，每7 d监测1次，持续90 d。监测周期：基坑施工前至回填后3个月且监测数据稳定。

5.3 监测结果分析

目前综合管廊顶进下穿京沪高铁已完工1 a有余，根据监测数据得到高铁桥墩沉降变化趋势，如图8、图9所示。

图8 高铁桥墩垂直沉降曲线

图9 高铁桥墩水平位移曲线

从图8可以看出：

1）管廊框架桥顶进下穿高铁桥墩引起的竖向变形主要为隆起变形。

2）在初期顶进坑开挖支护阶段，随着基坑开挖卸荷的影响，距高铁桥墩较远的D520#和D524#桥墩隆起值较小，此时隆起最大值为0.56 mm；距离顶进坑较近的D521#、D522#、D523#桥墩隆起变化相对较大，其中位于两顶进坑中间的D522#桥墩因受两基坑同步开挖支护施工影响，隆起值变化要高于其他桥墩，此时最大隆起达到0.82 mm。

3）随着顶进施工开始，桥墩基础之间土方卸荷，各高铁桥墩竖向隆起变形急剧增大，其中受影响较大的D521#、D522#、D523#桥墩隆起变化要高于两侧D520#与D524#桥墩；因受分跨顶进影响，位于两顶进坑中间的D522#桥墩隆起最大，最大隆起高达1.2 mm，逼近预警值1.4 mm。

4）随着管廊框架桥顶进就位，顶进基坑回填及后续现浇结构施工回填完成，高铁桥墩基础随着回填荷载的增加，隆起变形逐渐回落，最终各桥墩最大隆起变形稳定在0.78 mm。

从图9可以看出：

1）桥墩水平位移变形随着基坑开挖支护及顶进施工影响，墩顶水平位移呈正负交替变化。

2）初期基坑开挖支护阶段，随着桥墩附近卸荷及施工因素影响，桥墩水平位移逐渐增大，水平位移最大值0.59 mm。

3）随着管廊框架桥顶进施工开始，桥墩水平位移逐渐增大，其中D522#桥墩水平位移变化最大，向东位移最大1.28 mm。

4）随着框架桥顶进就位，基坑回填荷载量逐渐增大，桥墩水平位移逐渐减小，最终变化最大的D522#桥墩水平位移稳定在0.53 mm。

综上分析，综合管廊框架桥下穿顶进高铁桥墩施工引起的桥墩水平及竖向（隆起）变形均小于预警值（1.4 mm）和控制值2 mm，整个施工过程中未发生监测预警情况，确保了高铁运行安全，同时管廊顶进施工风险得到有效控制。

6 结语

北京新机场高速综合管廊下穿京沪高铁在综合管廊类工程中非常具有代表性，同时综合管廊采用分跨顶进下穿高铁桥墩的方案也尚属首例。管廊下穿位置位于京沪高速铁路高架段，穿越施工对京沪高速铁路桥墩变形的控制要求很高。现场实践表明：通过采取加强支护桩、旋喷加固土体、增加压重、分跨先后顶进穿越等一系列措施，有效地将顶进开挖卸荷对桥墩变形的影响减少到了可控制的范围内。目前，我国高铁建设和运营里程正在快速增长，本工程的成功实施，为今后类似城市综合管廊穿越高速铁路工程的规划、设计及施工提供了参考经验。