范晓亮

中铁建工集团有限公司 贵州 贵阳 550002

近几年，我国铁路快速建设与发展，铁路站房建设仍处于大干快建的热潮当中。随着人们出行频率的增加，各城市交通建设已成为重点基建工程。为了保证乘客的出行方便，各个城市均会建设交通枢纽工程，尤其是大型城市铁路站房与轨道交通、城市公交、长途客运等一体化建设，从而满足乘客出行的零换乘需求。然而，受铁路及轨道交通建设情况不同的影响，部分铁路或轨道交通建设时会出现邻营业线建设现象，即铁路上跨既有轨道交通线路或轨道交通线路下穿既有铁路。在该情况下，建设施工对既有营业线路及设备的安全影响就成为施工重点[1-4]。本文依托新建重庆至利川铁路重庆北站站房及相关工程中重庆轨道交通10号线上部基坑土石方的开挖施工，根据运营轨道交通10号线与铁路出站层结构关系及该部位岩石类土石方情况，采用静力切除、降排水、分层开挖、隧道监测等相关措施，保证基坑在土石方开挖过程中不对运营中的轨道交通10号线造成影响。

1 工程概况

重庆轨道交通10号线为地下线路，位于重庆北站高架站房区域正下方（图1）。隧道开挖采用暗挖方法，现阶段隧道埋置深度12.8～16.5 m，后期铁路实施时利用转换结构跨过地铁区间，其转换结构底板距离运营中的轨道交通10号线隧道结构外边缘最短为2.4 m，隧道两侧转换桩基距离轨道交通10号线隧道结构外边缘最短为2.0 m。

图1 建设结构与轨道交通剖面位置关系

根据地勘报告，该区段土石方主要为表层素填土、砂质泥岩及砂岩，场区地下水主要为基岩裂隙水及岩土层渗透水。场地砂岩的渗透系数为0.232～0.297 m/d，属弱透水岩体，砂质泥岩的渗透系数为0.009～0.020 m/d，属微透水岩体。

2 邻营业线岩石类基坑土石方开挖难点分析

1）国铁土石方开挖后，轨道交通区间隧道由深埋隧道变为浅埋隧道，其荷载边界条件发生变化，会造成一定的隧道位移及区间结构变形等。应提前进行站房土石方开挖对轨道交通隧道影响的模拟分析并通过计算确定开挖方式、开挖顺序、开挖深度等，并对轨道交通隧道进行位移监测，确保隧道结构稳定。

2）国铁基坑下部为轨道交通隧道，基坑土石方开挖过程中的积水将对隧道结构造成影响，应针对基坑土石方开挖进行分层分段降排水。

3）国铁基坑区域地质主要为砂质泥岩及砂岩，岩石强度较高，破碎过程中振动较大，应采用静力切割工艺控制振速，并针对轨道交通区间隧道进行振速、位移监测，确保土石方开挖不影响区间隧道结构。

3 基坑岩石静力切割

根据工况模拟计算，基坑分4层开挖，每层开挖深度3.3 m，基坑开挖完成后再施作结构，以确保轨道交通区间隧道的位移等满足要求，且基坑开挖过程中振动不得大于2 cm/s。

针对工程特点及模拟工况的分析，该基坑土石方开挖采用破碎＋静力切割方式。转换梁结构及上部2 m范围内土石方采用静力切割方式，采用金刚石绳锯配合水钻按照0.5 m×0.5 m×0.8 m尺寸进行切割，切割后在土石方上部植筋，采用汽车吊吊装至地面位置，最后统一吊运装载到渣土运输车上进行外运。上部土石方采用大型岩石切割锯进行分离切割，最后采用破碎机进行分离破碎。土石方开挖过程中，在运营中的轨道交通10号线区间隧道结构中埋设监测点，振动监测警戒值按照1.5 cm/s要求进行控制，确保岩石切割破碎不对轨道交通结构造成影响。

3.1 岩石切割分离破碎

3.1.1 工艺流程

开挖淤泥井→场地平整→测量放线→表层土方开挖→铺轨→沿轨道进行土石方切割→切割1层后开始挖除→渣土运输→下道土石方铺轨→沿轨道进行土石方切割→土石方开挖完成→修边和清底→验槽

3.1.2 施工方法

1）轨道安装。按照切割尺寸铺设轨道后将切割机搬移到轨道上，调整导轮与导轮的间距使之相等，利用机器4个油缸升降使切石机平放于轨道上。升降油缸时特别注意前后双油缸以50 mm距离交替升降，严禁四缸同时升降或单缸升降，同时还要防止切割机倾斜度过大。当完成一进作业后需移动切割机到另一条轨道上，这时应提升切割机铺入横向辅助轨道，然后利用横向辅助轨道将切割机推到另一条轨道上，进行新一轮切割作业。切割机安装时岩石表面要平整，以保证轨道铺设的平行与平衡。可通过垫枕木来调整轨道平面的高低，如图2所示。矿山机轨道铺设时，2条轨道的平面A及平面B必须在同一个水平面xy上，相互平行，并且无“爬坡”现象。

图2 矿山机安装水平示意

2）机械开挖次序。采用矿山切割机将岩石按照提前埋设好的轨道进行切割，由挖掘机进一步分离装车外运。根据模拟计算，基坑分层开挖，每层深度不超过3.3 m，使用岩石切割锯每层切割开挖深度为1.5 m，整个基坑全面同步开挖。

3.2 金刚石绳锯链条切割

3.2.1 工艺流程

定位放线→混凝土切割机切割→水钻钻孔→混凝土金刚石绳锯安装调试→绳锯切割（局部水钻直接切割）→植入钢筋吊钩→起吊拆除切割石块→搬运石块到指定堆放处→石块集中搬运出场处理→工完场清后移交工程

3.2.2 施工方法

金刚石无损钻切技术主要利用金刚石工具，包括金刚石绳锯、金刚石圆盘锯、金刚石薄壁钻、水钻等，通过对既有土石方进行锯切、切削与钻孔，形成切割面，将结构需切割拆除的部分与保留的结构分离，达到静力切割。

土石方切割前，先按照排版尺寸（0.5 m×0.5 m× 0.8 m，考虑切割后吊运方便及装车外运）进行放线，然后使用混凝土切割机对土石方进行切割，使用水钻在切割线交叉位置进行钻孔，从而保证金刚石链条可切割厚土石方底部。之后使用金刚石链条绳锯从切割土石方底部进行水平切割，最终将石块与既有基岩分离，最后植筋并采用汽车吊吊运。

1）按照排版尺寸对拟开挖基坑进行放线排版，根据土方消纳及渣土运输车装运能力，将石方按照0.5 m×0.5 m×0.8 m尺寸进行排版切割。

2）水钻静力钻孔：在定位放线后的转角和切割线端部采用水钻静力钻孔的方式进行钻孔切割（图3）。

图3 水钻钻孔施工示意

3）金刚石绳锯安装调试：将金刚石绳锯安置在钻好的孔洞内，调试好绳锯的方向及机器摆放位置，准备切割基坑土石方。

4）金刚石绳锯或圆盘锯切割土石方：采用从上部往下部的方式逐边进行切割。切割完成后，植入钢筋吊钩，准备起吊。

5）植入钢筋吊钩：在每块需要切割的石块四角部位植入4根φ25 mm钢筋吊钩，作为起吊施工时的吊点。

6）起吊施工：采用25 t汽车吊将切割好的石块直接吊运至不影响施工的区域内，进行集中堆放。

7）工完场清：基坑石块切割完成或部分完成后，将集中切割的石块直接吊运至渣土车上进行外运。

4 基坑土石方开挖排水

该地质水文主要为基岩裂隙水及岩土层渗透水，因此基坑土石方开挖过程中采用明排水方式，在基坑顶部一圈设置200 mm×200 mm排水沟，基坑底部四周设置400 mm×400 mm排水沟，并在每2个站台区域位置设置集水井，根据分层开挖的顺序，每层均按照上述方法设置排水沟及集水井，并整体按照由北往南、由中间向两边放坡，将基坑内积水通过排水沟引流至集水井，最后通过水泵进行抽排，保证基坑内不积水（图4）。

图4 基坑土石方开挖及排水平面示意

5 轨行区隧道监测

基坑土石方开挖后可能引起周围土体位移变形，从而会引起轨道交通结构变形、隧道围岩应力状态变化、隧道结构内力状态变化，因此在基坑开挖过程中需对隧道结构水平净空收敛、拱顶沉降进行自动化监测，并对隧道结构水平、竖向位移和道床水平位移、沉降进行人工监测，同时还需对隧道结构裂缝进行监测等。

5.1 测点布置

5.1.1 隧道结构自动化监测点布置

在隧道上、下行结构中分别布设监测断面，监测断面间距10 m，每个监测断面设置水平净空收敛和拱顶沉降监测点各1个（图5）。

图5 自动化监测断面的测点布置剖面

5.1.2 隧道结构人工监测点布置

最终仿真结果如图4中红色曲线所示,其中蓝色曲线为电路仿真结果。红色曲线上的A1、A2两点是通带边频点,其插损分别达到了0.43 dB和0.38 dB;而B1、B2是带外抑制点,分别达到73.4 dB和36.2 dB;另外C点是由飞杆引起的谐波,不影响通带外的抑制要求,而谐波从9 GHz附近开始对远端抑制产生影响。

在隧道上、下行结构中分别布设监测断面，每个监测断面布置3个水平、竖向位移监测点及1个道床水平位移、沉降监测点。点位埋设在隧道拱顶、两侧拱腰及道床上（图6），将φ10 mm专用不锈钢监测点标芯灌入其中并用环氧树脂进行封闭，在标芯上安装监测专用棱镜。

5.2 隧道结构水平净空收敛、拱顶沉降

图6 人工监测断面的测点布置剖面

对区间隧道内的监测点采用自动化变形监测系统进行实时和连续的观测，量测精度为1 mm。该系统硬件包括布设于隧道内的监测设备和布设于办公室的远程控制设备。在隧道内设置自动化监测设备，监测点按断面以一定的间隔布设于影响区域，隧道内的其他设备都布设在控制箱内，通过远程控制中心处理系统传输到接入互联网的计算机上。该系统远程无线传输结构如图7所示。

图7 远程无线传输结构示意

每期监测结束后，与前期数据成果进行比较。每个监测点的周期成果可构成时间序列组合，可以此绘制变形过程曲线并作比较和相关分析。

5.3 隧道结构水平、竖向位移及道床水平位移、沉降

对区间隧道内的人工监测断面采用测量机器人进行人工监测，监测点按断面以一定的间隔布设于影响区域。周期性地将测量机器人架设至工作基点上对监测点进行观测。起零观测时连续观测2次，取平均值作为起零值。

在每期监测时，先通过基准点观测数据实时动态解算测站的坐标，系统采用网平差模型进行解算，以提高动态解算测站坐标的精度，每次均对基准点的稳定性作相应判断。每期监测结束后，以稳定的已知点为基准点进行基准网平差，以平差成果为基础计算当期变形监测点的坐标，与前期数据成果进行比较。每个监测点的周期成果可构成时间序列组合，可以此绘制变形过程曲线并作比较和相关分析。

5.4 隧道结构裂缝监测

对受影响区间隧道进行外观检查，并做好原始记录，对原有裂缝位置做好裂缝监测标志，以后每期现场巡查裂缝现状，对裂缝宽度、长度、走向进行监测。

5.5 隧道振速自动化监测

振速监测点按x、y、z三个方向，在安装传感器时，加工拾振器安装专用配件，以保证拾振器安装时，结构不受破坏。

5.6 监测周期及频率

监测周期及频率按照施工期及运营期进行。其中：施工期监测周期为16个月，实时自动化监测1～6次/d，人工监测1次/月；运营期监测2年（基坑回填后进入运营期），第1年频率为1次/季度，第2年为1次/年。

5.7 监测控制及预警

根据监测控制值，预警分为正常、黄色、橙色、红色4个等级，并分别设定预警数值。当实际变形值达到预警值时，将发出警告，提醒工作人员采取施工对策，以预防最终变形值超限。

6 结语

通过采用上述静力切割方法进行岩石基坑开挖，在施工过程中采用全过程监控，岩石开挖过程中振速均未达到1.5 cm/s的预警值，且轨道交通隧道水平净空收敛、隧道拱顶沉降累计变化量和变化速率均在控制值范围内，表明重庆北站高架站房基坑开挖对轨道交通10号线的正常运营无影响。

本文对轨道交通轨行区上部岩石基坑土石方开挖工艺及施工采用的安全保障措施进行了阐述，通过对基坑开挖后隧道条件变化的模拟验算分析，制订详细的开挖方案，并通过采用静力切割工艺控制振速，严格按照计算数值控制基坑开挖，施工过程中严控基坑排水、实时进行区间隧道监测，最终保证了施工期间轨道交通的正常运营，达到了理想目标，为类似工程提供了借鉴方案。

本方案采用岩石切割锯及金刚石绳锯静力切割，土方开挖过程中存在大量施工用水，产生较多泥浆，但泥浆排放未能完全按照方案进行逐层明排，导致基坑内泥浆清运较为混乱。后期需针对泥浆排放单独制作泥浆池进行抽排沉淀后外运，该项工作为后续重点研究内容。