摘要：在既有线旁开挖基坑施工，传统的防护方法为基坑侧采用挖孔桩支墩，另一侧采用枕木垛支墩，然后用纵横梁架空线路，形成单面扣轨体系。本文介绍的单支点悬臂支护施工技术在确保既有线安全的同时，能够降低施工难度，节约工程造价。该技术在某铁路站排洪涵施工中得到了应用，取得了较好的工程效果。
关键词：既有线、基坑、单支点、悬臂、支护
一、工程概况
我单位施工的某铁路站排洪涵，位于既有某铁路专用线及某货运铁路上行线之间，两线间距最窄处为12.7m，埋深最深处为4m（路肩以下），涵净空横断面为2.5m×3.0m，沿既有线纵向方向长度为107m。
设计的施工方案如下：既有专用线防护，基坑侧采用挖孔桩支墩，另一侧采用枕木垛支墩，用纵横梁架空线路，形成单面扣轨支护体系；既有货运上行线防护，采用放坡开挖，坡面挂网喷混防护。
二、施工方案比选
类似工程的施工方法一般包括以下两种：架空线路施工和悬臂桩支护施工等。
按设计采用架空线路施工，是安全可行的，相应技术也相当成熟，对线路行车干扰较小，缺点就是施工时间长。排洪涵作为排洪应急使用，其施工工期很短，仅两个半月，如采用架空方案，工期难以保证。而且排洪涵全长107m，施工过程中需反复的拆、安扣轨材料，所需扣轨材料数量庞大，且操作繁琐，施工难度较大。
如采用悬臂桩支护施工，则工期问题迎刃而解。而且该方案既有线无须扣轨，在保证既有线行车安全的同时，节省了大量的扣轨材料，相比架空施工更具有经济优势。
基于以上多方面综合考虑,决定改挖孔桩支墩架空为悬臂支护桩。为了合理减少悬壁支护桩的埋深，决定在支护桩桩顶增加拉杆支撑形成单支点悬臂支护体系。
三、单支点悬臂支护桩的设计
主要设计内容包括桩全长、锚固深度及桩顶支点顶力（因本设计的关键在于锚固深度及桩顶支点顶力，桩间距、截面尺寸、配筋设计限于篇幅，不再列出）。
1、单支点悬臂支护桩开挖断面如下图
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图1：基坑开挖断面示意图（单位：m）
2、桩深计算，取计算宽度1m为计算单元
①因桩顶上有列车活载，轨底距路基顶面距离为h渣=0.5m，根据《铁路桥涵设计规范》4.3.4，折算成均布荷载：
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根据土压力理论知列车中活载折算均布活载后，对墙背产生的压力呈矩形分布，即Ea=ka（P列+P渣）·ho，土的内摩擦角取Φ=34°。
主动土压力系数为
ka=tan2(45-Φ/2)=tan2(45°-34°/2)=0.283
被动土压力系数为
kp=tan2(45+Φ/2)=tan2(45°+34/2)=3.537
桩顶处土压力压强为：
ear=rh0ka=17×3.4×0.283=16.357kN/m2
桩底处主动土压力最大压强为（设锚固板深度为h锚）
ea2=r(h0+H+h锚)ka=4.811(7.4+h锚)
主动土压力为：
Ea=1/2(ea1+ea2)×(H+h锚)
=(25.979+2.406h锚)(4+h锚)。
Ea距桩顶的距离为：
Ha=(4+h锚)/3×[16.357+4.811(7.4+h锚)×2]÷
[16.357+4.811(7.4+h锚)]
=(1.333+)(87.560+9.622h锚)/(51.958+4.811·h锚)
Ea对桩顶A点的力矩为:
Ma=(25.979+2.406h锚)(4+ h锚) (1.333+×h锚)
×(87.560+96.22 h锚)/(51.958+4.81 h锚)
桩底处最大压力压强为
ep=r·h锚·kp=17×3.537 h锚=60.129 h锚
被动土压力为：
Ep=1/2×ep×h锚=30.065 h2锚
Ep距桩顶的距离为：
Hp=(h锚+H)=h锚+4.0
EP对A点的力矩为：
MP=EP·HP=20.043 h3锚+120.26 h2锚
根据单支点悬臂支护理论（支护结构保持稳定）:
ΣMA=MP-Ma=0
则有 MP=Ma
即 20.043 h3锚+120.26h2锚=[(25.979+2.406 h锚)×(4+ h锚)]×[(1.333+ h锚)×(87.35+9.622 h锚)÷(51.958+4.811 h锚)]
用试算法得h锚=2.00m
③总桩长选定
此时 MP-Ma=641.384-639.478=1.91kN.m≈0
由此可知，桩体锚固段深度仅需2.00m即能满足桩体的稳定。
为了安全起见：桩体锚固深度取3.0m，则总桩长
H总=4+3=7.0m。
④求桩顶约束力
由ΣX=0
EP+Ra-Ea=0
EP=30.065 h2锚=120.26kn
Ea=(25.979+2.406×h锚)(4+ h锚)
=184.746kN
Ra=Ea-Ep=64.486kN
3、单支点悬臂支护体系与一般悬臂支护体系比较
以上为采用单支点悬臂支护体系计算所得数据。如采用一般悬臂支护体系，经相似理论计算可得出锚固深度为6.0m，较单支点悬臂支护体系桩加深了近4.0m。单支点悬臂支护体系因桩顶施加拉力，极大地改善了桩的受力性能，在减少了工程数量的同时还降低了施工难度。
四、施工注意事项
1、由于单支点悬臂支护是建立在桩顶施加拉力或支撑顶力的基础上，因此在基坑开挖前应做好拉杆或顶撑才能进行基坑开挖，并对拉杆或顶撑进行结构设计并检算。施工过程中需要经常检查桩与拉杆或桩与顶撑的工作状态是否正常。
2、单支点悬臂支护施工时，应根据地质情况在相邻悬臂桩之间采用打入型土钉喷射砼加设挡板或砌筑防护墙的方法，以加强桩间土的稳定性，从而确保线路安全。
3、单支点悬臂支护体系防护既有线应避免大面积开挖，在开挖过程中应注意观测桩顶位移和线路水平变化。
五、结束语
单支点悬臂支护体系在某铁路站排洪涵基坑开挖施工过程中，结构稳定有效，既确保了既有线的行车安全，又极大地减少了既有线防护的支护工程数量，还大大缩短了施工周期，保障了工期目标。该支护体系在类似的既有线基坑施工中有较好的借鉴参考意义。
参考文献
[1] 姜显明.土钉墙支护、悬臂桩与单支点桩板支护的结构计算及经济性研究.兰
州理工大学.2005
[2] 张洋，莫云.深基坑悬臂式支护结构优化设计分析.西部探矿工程.2013
[3] 苏德利.悬臂式基坑支护结构选型与整体稳定性分析.河南城建学院学报.2010
[4] 龚晓南，高有潮.深基坑工程设计施工手册.1998