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摘要：铁路线下板桩墙基础开挖通常采用止水帷幕加固土体，由于受地质条件及净空限制，人工开挖方案实施困难，安全隐患较多。本文针对限高条件下的钻孔桩施工方案进行探讨，旨在提高工作效力，克服或减少安全隐患提出建议。
关键词：铁路线下钻孔桩 方案 探析
一、工程概况
沪昆线K2638＋946海埂路道口平改立工程，设计为2－19.05m框架桥，D型便梁架空开挖土体，采用25米深人工挖孔板桩作D型便梁支墩， 高压旋喷桩止水帷幕加固土体，人工开挖板桩（见图一）。受高液限地质条件及铁路火车动载影响，板桩开挖至6米深度时，两侧土体变形加剧，承压水和基底流砂从板桩护壁接缝处涌出，破坏了板桩护壁，直接影响到行车安全和线下作业人员安全。调整采用线下钻孔桩桩基托梁代替人工挖孔板桩支墩施工。
二、方案介绍
板桩墙开挖深度为6米，换填具有较高承载力的碎石土，在板桩墙两侧设置1米宽的小板桩作为钻孔桩工作坑支护墙，小板桩挖深6.5米，采用人工开挖。小板桩施工完毕后，进行钻孔桩工作坑开挖。浇筑40cm厚底板混凝土作为流沙地基上的钻机作业平台，预留钻孔桩桩位。将改装后的钻机钻架吊入坑内进行组装，实施钻孔桩施工。
1、工作坑开挖
工作坑土方在注浆止水结束后进行，按分层分段开挖。根据挖深及地质情况，坑内土方采用纵向分格分段，竖向分层的施工方法，每个工作坑的土方分4层开挖：
a、第一层开挖高度挖至锁口下2m，安装线下水平支撑；
b、第二层开挖深度1.5m，开挖时垂直铁路方向以1：1~1.5仰坡开挖；
c、第三层土方开挖在旋喷桩施工完毕后作业，高度1.3m，水平开挖长度第一次5m，按1：1.0仰坡开挖掘进，以后每次开挖长度2.5m；土方开挖进度必须以最后一层土方开挖进度交叉进行；
d、第四层水平开挖长度每次2.5m，同样按1：1.0仰坡开挖掘进，底部支撑工字钢，按照开挖一段，支护一段进行施工，施工时留出底板钻孔桩位置，待混凝土强度达到设计要求后再进行开挖下一段土方（见开挖工序图二）；
2、钻孔桩施工
根据设计要求，钻孔桩桩顶距軌顶6.5m（不含预留钢筋）。设φ1m钻孔桩40棵，桩长28m，桩间距为2.5倍桩径，梅花形布置。桩基主筋直径φ32mm 。（如图三所示）
钻孔桩实施作业：对钻机进行改装，根据钻孔工作坑断面尺寸宽5.5m×净高5.5m，改装钻机尺寸为：长5m，高5.3m，宽2.3m。（如图四所示）
由于线下钻孔桩处于前期施工的止水帷幕位置，受前期施工止水帷幕注浆的影响，以及因工作坑位置原人工挖孔深度已达八米，在开挖小板桩时为确保行车安全，回填了约3米左右的片石、碎石。故钻孔桩不宜使用循环钻机成孔，采用3台冲击钻机成孔。
2.1施工前准备
钻孔桩施工前必须做好准备工作，包括泥浆池设置、钻孔顺序布置，钻机进出场走向等。线下钻孔桩开始施工前，必须对机械作试运行检查，防止设备重复组装。根据施工现场情况，钻孔桩泥浆池设置在工作坑端头，同时，根据需要在地面上设置一个储浆池，储浆池容量为30m3。每个钻孔桩开始施工时埋设1m深护筒。钻机由北侧进入，由南向北施工边钻边退。
2.2钻孔桩施工
根据设计图纸、施工规范要求，综合考虑钻孔桩施工环境，线下钻孔桩施工按如下工序作业：
2.2.1钢筋笼的分节制作：根据钻孔桩工作坑作业操作高度5.5m的净空，钢筋笼分节采用有效长度为3.5m，制作长度4.5m施工。
2.2.2钢筋笼的连接方式：由于钢筋笼接头较多（227个），为加快钢筋连接施工速度，缩短成孔后桩孔放置时间，钢筋连接接头采用锥螺纹连接方式，钢筋接头长度区段内受力钢筋接头面积的最大百分率根据《公路桥涵施工技术规范》要求按如下方式设置：
主钢筋焊接接头：受拉区50%，受压区：不限制（机械连接接头依照焊接接头要求办理）
2.2.3钻孔施工
护筒设置：钻孔前埋设直径1.2m，高1.0m护筒，护筒高出底板混凝土面0.2m。
钻机就位：钻孔施工前应对钻孔位置进行测量定位。
冲击钻孔要求：因钻孔桩位于粉砂层，冲击钻孔桩处于易塌地层，采用泥浆相对密度1.2~1.4，粘度在19~28Pa.s，含砂率8%~4%。成孔采用冲击钻施工，由于钻孔桩位于线下7m，且板桩底部在粉砂层上，冲击钻施工对地质有震动影响，钻孔时使用小冲程施工，冲锤重量不大于2t。冲击成孔时，冲程控制在1.5m范围内。
为保证施工完毕后钻孔桩质量，避免冲击钻孔过程中对相邻孔桩的影响，根据铁路桥涵施工规范要求，应等待临孔混凝土浇注完毕且混凝土的强度达到2.5Mpa抗压强度后方可开钻。
成孔要求：钻孔施工完毕后，必须进行清孔，清孔后成孔质量必须达到如下要求：孔径不小于设计，孔深达到设计要求，沉渣厚度不得大于200mm，泥浆相对密度在1.2。
2.2.4混凝土浇注
混凝土的坍落度控制在180mm~220mm。
混凝土浇注采用输送泵输送到位。
导管安放距离孔底最小0.2m。
封底混凝土浇注：根据参考计算公式：V≥πD2/4（H1+H2）+πd2h1得：
V≥1.9m3（2#工作坑为：1.8m3）
封底混凝土浇注导管埋植深度不小于2.0m。
施工过程中拔管前必须先检测孔深，确保导管埋深度在2m以上。
三、工期计划及劳力、机械配备
1、线下工作坑开挖20天，线下钻孔桩计划施工31天。
2、 计划投入施工机械：新增改装冲击钻机：4台（三个工作坑各一台，含备用1台），混凝土输送泵：1台，泥浆泵：3台，25t吊机2台。
3、主要工程数量：线下钻孔桩主要数量为：钢筋制安：137吨，Ф1m钻孔桩：1090m。浇注水下混凝土：856m3。
4、劳力配置：钻机操作手：18人，钢筋工（焊工）：16人，普工：10人。
四、施工质量控制
本项目为双线铁路缓和曲线区段，板桩间距按24米跨度D型便梁墩位进行设计，通道长度结合线路间距和现场地形设计，通道内孔桩数量根据支墩承载力验算孔深。
由于钻孔桩布置位置受工作坑尺寸影响，钻孔桩施工质量是施工中的控制重点，主要控制措施如下：
钢护筒选用的材质、制造工艺焊缝和质量检验标准均按设计和规范要求进行。为防止钢护筒在运输和吊装过程中发生变形，钢护筒在加工时，每节护筒内均用型钢设置支撑。为确保钢护筒的下沉精度，设置下沉导向架。
钻孔要连续进行，不得随意中途停钻。孔内泥浆液面应始终高于地下水位2m左右，以加强护壁，防止塌孔。升降钻头要平稳，以免碰撞孔壁。拆装钻杆要迅速，尽量减少停钻时间。
钢筋笼安装时用专用的起吊工具卡起吊，避免钢筋笼起吊变形过大。两节笼对接时，上下节中心线保持一致，不得将偏斜、弯扭的钢筋笼安放入钻孔桩内。安装到位后及时固定，防止脱落和浇筑时上浮。
混凝土浇注时对导管埋深进行记录，同时用浇注砼方量校核测深锤测得混凝土面标高，始终保持导管埋深在2～6m，砼浇注前对导管要每根桩进行试压，并舍弃使用时间长或壁厚较薄的导管，确保导管有一定的强度。
保证混凝土供应，确保钻孔桩混凝土浇注连续是保证不发生断桩的必要条件。按设计安设声测管，声测管下端用钢板焊接封堵，上口用木塞塞紧，防止泥浆和水流入。
钻孔桩施工中，钻机及钢筋笼吊放应保证离接触网带电部分不得小于2m。
五、安全控制
钻孔桩施工在铁路线下作业，且基坑内有地下水，施工必须严格按照安全技术要求作业。施工用机械设备必须设置漏电保护装置，开关箱严格按“一机一闸一漏”设置。钻孔桩因采用24小时不间断施工，在夜间施工时配备的照明必须满足施工要求，计划每个作业点配置1000w照明灯具两盏。施工用电就近由配电箱引入，架空线立杆稳固，线排整齐。沿地面布设的必须使用电缆线，电缆线必须无破损。施工过程中，注意观察线路两侧土体的变化情况，做好D便梁支墩及工作坑两端支护板桩的沉降观测。施工线下钻孔桩期间，必须在夜间增设一次板桩和D便梁沉降观测，每天按早中晚观测3次。 在工作坑两端必须设置维护设施，夜间必须设置有照明灯具。
施工期間既有线的安全控制从以下方面采取措施：
（1）既有线施工严格按铁道部、铁路局有关营业线施工安全管理的有关规定与铁路有关部门签订施工安全协议，现场进行防护及检查，按规定设置驻站联络员、安全防护员，按规定设置施工防护信号。
（2）铁路线路两侧设安全隔离墙，防止车辆及行人侵入铁路限界。
（3）尽量避免跨线搬运材料。施工机具不得侵入铁路建筑接近限界，所有施工机械、材料、人员离接触网带电部分不得小于2m。
（4）施工期间，架空线限速45Km/h，在列车通过时间，应停止一切与既有线有关的施工
（5）有关影响既有线列车运行的施工，应编制详尽实施计划报昆明铁路局运输处审批后实施，纳入路局的行车计划；施工过渡与正式工程的施工，必须在昆明铁路局有关业务部门配合配合下进行。
（6）既有线上施工实行“八不准”制度：施工计划未经审批，不准施工；未按规定签订施工安全协议书，不准施工；没有合格的施工负责人不准施工；没有经过培训，并考试合格的人员不准施工；没有准备好必须、充分的施工料具不准施工；不登记要点不准施工；配合单位人员不到位不准施工；没有制定安全应急措施不准施工。
六、结语
在铁路线下开挖土方，由于铁路限界的要求，一般采用人工开挖方式开挖线下土方，这样不仅能够的保证铁路营业线的行车安全，还能够节约投资。但是，在施工中，总会遇到不可预见的地质不良情况。在铁路线下限制净空高度的情况下用改装钻机实现作业的这个方案中，虽然增加了一部份的投资，但却最大限度的保证了营业线的行车安全及减少了铁路线下作业人员的数量，规避了作业环境及人的不安全因素，实现了建设工程投资、进度、质量、安全四大目标的统一。
注：文章内的图表及公式请以PDF格式查看
关键词：铁路线下钻孔桩 方案 探析
一、工程概况
沪昆线K2638＋946海埂路道口平改立工程，设计为2－19.05m框架桥，D型便梁架空开挖土体，采用25米深人工挖孔板桩作D型便梁支墩， 高压旋喷桩止水帷幕加固土体，人工开挖板桩（见图一）。受高液限地质条件及铁路火车动载影响，板桩开挖至6米深度时，两侧土体变形加剧，承压水和基底流砂从板桩护壁接缝处涌出，破坏了板桩护壁，直接影响到行车安全和线下作业人员安全。调整采用线下钻孔桩桩基托梁代替人工挖孔板桩支墩施工。
二、方案介绍
板桩墙开挖深度为6米，换填具有较高承载力的碎石土，在板桩墙两侧设置1米宽的小板桩作为钻孔桩工作坑支护墙，小板桩挖深6.5米，采用人工开挖。小板桩施工完毕后，进行钻孔桩工作坑开挖。浇筑40cm厚底板混凝土作为流沙地基上的钻机作业平台，预留钻孔桩桩位。将改装后的钻机钻架吊入坑内进行组装，实施钻孔桩施工。
1、工作坑开挖
工作坑土方在注浆止水结束后进行，按分层分段开挖。根据挖深及地质情况，坑内土方采用纵向分格分段，竖向分层的施工方法，每个工作坑的土方分4层开挖：
a、第一层开挖高度挖至锁口下2m，安装线下水平支撑；
b、第二层开挖深度1.5m，开挖时垂直铁路方向以1：1~1.5仰坡开挖；
c、第三层土方开挖在旋喷桩施工完毕后作业，高度1.3m，水平开挖长度第一次5m，按1：1.0仰坡开挖掘进，以后每次开挖长度2.5m；土方开挖进度必须以最后一层土方开挖进度交叉进行；
d、第四层水平开挖长度每次2.5m，同样按1：1.0仰坡开挖掘进，底部支撑工字钢，按照开挖一段，支护一段进行施工，施工时留出底板钻孔桩位置，待混凝土强度达到设计要求后再进行开挖下一段土方（见开挖工序图二）；
2、钻孔桩施工
根据设计要求，钻孔桩桩顶距軌顶6.5m（不含预留钢筋）。设φ1m钻孔桩40棵，桩长28m，桩间距为2.5倍桩径，梅花形布置。桩基主筋直径φ32mm 。（如图三所示）
钻孔桩实施作业：对钻机进行改装，根据钻孔工作坑断面尺寸宽5.5m×净高5.5m，改装钻机尺寸为：长5m，高5.3m，宽2.3m。（如图四所示）
由于线下钻孔桩处于前期施工的止水帷幕位置，受前期施工止水帷幕注浆的影响，以及因工作坑位置原人工挖孔深度已达八米，在开挖小板桩时为确保行车安全，回填了约3米左右的片石、碎石。故钻孔桩不宜使用循环钻机成孔，采用3台冲击钻机成孔。
2.1施工前准备
钻孔桩施工前必须做好准备工作，包括泥浆池设置、钻孔顺序布置，钻机进出场走向等。线下钻孔桩开始施工前，必须对机械作试运行检查，防止设备重复组装。根据施工现场情况，钻孔桩泥浆池设置在工作坑端头，同时，根据需要在地面上设置一个储浆池，储浆池容量为30m3。每个钻孔桩开始施工时埋设1m深护筒。钻机由北侧进入，由南向北施工边钻边退。
2.2钻孔桩施工
根据设计图纸、施工规范要求，综合考虑钻孔桩施工环境，线下钻孔桩施工按如下工序作业：
2.2.1钢筋笼的分节制作：根据钻孔桩工作坑作业操作高度5.5m的净空，钢筋笼分节采用有效长度为3.5m，制作长度4.5m施工。
2.2.2钢筋笼的连接方式：由于钢筋笼接头较多（227个），为加快钢筋连接施工速度，缩短成孔后桩孔放置时间，钢筋连接接头采用锥螺纹连接方式，钢筋接头长度区段内受力钢筋接头面积的最大百分率根据《公路桥涵施工技术规范》要求按如下方式设置：
主钢筋焊接接头：受拉区50%，受压区：不限制（机械连接接头依照焊接接头要求办理）
2.2.3钻孔施工
护筒设置：钻孔前埋设直径1.2m，高1.0m护筒，护筒高出底板混凝土面0.2m。
钻机就位：钻孔施工前应对钻孔位置进行测量定位。
冲击钻孔要求：因钻孔桩位于粉砂层，冲击钻孔桩处于易塌地层，采用泥浆相对密度1.2~1.4，粘度在19~28Pa.s，含砂率8%~4%。成孔采用冲击钻施工，由于钻孔桩位于线下7m，且板桩底部在粉砂层上，冲击钻施工对地质有震动影响，钻孔时使用小冲程施工，冲锤重量不大于2t。冲击成孔时，冲程控制在1.5m范围内。
为保证施工完毕后钻孔桩质量，避免冲击钻孔过程中对相邻孔桩的影响，根据铁路桥涵施工规范要求，应等待临孔混凝土浇注完毕且混凝土的强度达到2.5Mpa抗压强度后方可开钻。
成孔要求：钻孔施工完毕后，必须进行清孔，清孔后成孔质量必须达到如下要求：孔径不小于设计，孔深达到设计要求，沉渣厚度不得大于200mm，泥浆相对密度在1.2。
2.2.4混凝土浇注
混凝土的坍落度控制在180mm~220mm。
混凝土浇注采用输送泵输送到位。
导管安放距离孔底最小0.2m。
封底混凝土浇注：根据参考计算公式：V≥πD2/4（H1+H2）+πd2h1得：
V≥1.9m3（2#工作坑为：1.8m3）
封底混凝土浇注导管埋植深度不小于2.0m。
施工过程中拔管前必须先检测孔深，确保导管埋深度在2m以上。
三、工期计划及劳力、机械配备
1、线下工作坑开挖20天，线下钻孔桩计划施工31天。
2、 计划投入施工机械：新增改装冲击钻机：4台（三个工作坑各一台，含备用1台），混凝土输送泵：1台，泥浆泵：3台，25t吊机2台。
3、主要工程数量：线下钻孔桩主要数量为：钢筋制安：137吨，Ф1m钻孔桩：1090m。浇注水下混凝土：856m3。
4、劳力配置：钻机操作手：18人，钢筋工（焊工）：16人，普工：10人。
四、施工质量控制
本项目为双线铁路缓和曲线区段，板桩间距按24米跨度D型便梁墩位进行设计，通道长度结合线路间距和现场地形设计，通道内孔桩数量根据支墩承载力验算孔深。
由于钻孔桩布置位置受工作坑尺寸影响，钻孔桩施工质量是施工中的控制重点，主要控制措施如下：
钢护筒选用的材质、制造工艺焊缝和质量检验标准均按设计和规范要求进行。为防止钢护筒在运输和吊装过程中发生变形，钢护筒在加工时，每节护筒内均用型钢设置支撑。为确保钢护筒的下沉精度，设置下沉导向架。
钻孔要连续进行，不得随意中途停钻。孔内泥浆液面应始终高于地下水位2m左右，以加强护壁，防止塌孔。升降钻头要平稳，以免碰撞孔壁。拆装钻杆要迅速，尽量减少停钻时间。
钢筋笼安装时用专用的起吊工具卡起吊，避免钢筋笼起吊变形过大。两节笼对接时，上下节中心线保持一致，不得将偏斜、弯扭的钢筋笼安放入钻孔桩内。安装到位后及时固定，防止脱落和浇筑时上浮。
混凝土浇注时对导管埋深进行记录，同时用浇注砼方量校核测深锤测得混凝土面标高，始终保持导管埋深在2～6m，砼浇注前对导管要每根桩进行试压，并舍弃使用时间长或壁厚较薄的导管，确保导管有一定的强度。
保证混凝土供应，确保钻孔桩混凝土浇注连续是保证不发生断桩的必要条件。按设计安设声测管，声测管下端用钢板焊接封堵，上口用木塞塞紧，防止泥浆和水流入。
钻孔桩施工中，钻机及钢筋笼吊放应保证离接触网带电部分不得小于2m。
五、安全控制
钻孔桩施工在铁路线下作业，且基坑内有地下水，施工必须严格按照安全技术要求作业。施工用机械设备必须设置漏电保护装置，开关箱严格按“一机一闸一漏”设置。钻孔桩因采用24小时不间断施工，在夜间施工时配备的照明必须满足施工要求，计划每个作业点配置1000w照明灯具两盏。施工用电就近由配电箱引入，架空线立杆稳固，线排整齐。沿地面布设的必须使用电缆线，电缆线必须无破损。施工过程中，注意观察线路两侧土体的变化情况，做好D便梁支墩及工作坑两端支护板桩的沉降观测。施工线下钻孔桩期间，必须在夜间增设一次板桩和D便梁沉降观测，每天按早中晚观测3次。 在工作坑两端必须设置维护设施，夜间必须设置有照明灯具。
施工期間既有线的安全控制从以下方面采取措施：
（1）既有线施工严格按铁道部、铁路局有关营业线施工安全管理的有关规定与铁路有关部门签订施工安全协议，现场进行防护及检查，按规定设置驻站联络员、安全防护员，按规定设置施工防护信号。
（2）铁路线路两侧设安全隔离墙，防止车辆及行人侵入铁路限界。
（3）尽量避免跨线搬运材料。施工机具不得侵入铁路建筑接近限界，所有施工机械、材料、人员离接触网带电部分不得小于2m。
（4）施工期间，架空线限速45Km/h，在列车通过时间，应停止一切与既有线有关的施工
（5）有关影响既有线列车运行的施工，应编制详尽实施计划报昆明铁路局运输处审批后实施，纳入路局的行车计划；施工过渡与正式工程的施工，必须在昆明铁路局有关业务部门配合配合下进行。
（6）既有线上施工实行“八不准”制度：施工计划未经审批，不准施工；未按规定签订施工安全协议书，不准施工；没有合格的施工负责人不准施工；没有经过培训，并考试合格的人员不准施工；没有准备好必须、充分的施工料具不准施工；不登记要点不准施工；配合单位人员不到位不准施工；没有制定安全应急措施不准施工。
六、结语
在铁路线下开挖土方，由于铁路限界的要求，一般采用人工开挖方式开挖线下土方，这样不仅能够的保证铁路营业线的行车安全，还能够节约投资。但是，在施工中，总会遇到不可预见的地质不良情况。在铁路线下限制净空高度的情况下用改装钻机实现作业的这个方案中，虽然增加了一部份的投资，但却最大限度的保证了营业线的行车安全及减少了铁路线下作业人员的数量，规避了作业环境及人的不安全因素，实现了建设工程投资、进度、质量、安全四大目标的统一。
注：文章内的图表及公式请以PDF格式查看