北翟路地道上穿規(guī)劃地鐵隧道的節(jié)點設(shè)計

張飛鵬

（上海城投公路投資（集團）有限公司，上海市200335）

北翟路地道上穿規(guī)劃地鐵隧道的節(jié)點設(shè)計

張飛鵬

（上海城投公路投資（集團）有限公司，上海市200335）

上穿地道施工后，遠期地鐵盾構(gòu)掘進勢必對已建隧道產(chǎn)生影響。對上海北翟路上穿規(guī)劃16號線節(jié)點建立了數(shù)值模型，分析了盾構(gòu)掘進對已建地道的影響，為節(jié)點設(shè)計提供一定參考。在該節(jié)點詳細設(shè)計時，宜將結(jié)構(gòu)變形縫設(shè)置在盾構(gòu)穿越范圍之外，且應(yīng)考慮加強的抗剪構(gòu)造和防水措施。地道基坑施工時，格構(gòu)柱和底板泄水孔布置盡量避讓規(guī)劃地鐵線路。地道圍護設(shè)計時，應(yīng)采用易于遠期盾構(gòu)穿越的結(jié)構(gòu)型式，且宜對盾構(gòu)穿越范圍進行必要的加固，減少盾構(gòu)掘進施工對已建地道結(jié)構(gòu)的影響。

車行地道；上穿；地鐵隧道；節(jié)點設(shè)計

0　引言

近年來，由于車行地道投入使用后對城市景觀和周邊環(huán)境影響較小，在市民聚集的鬧市區(qū)、商業(yè)集中的開發(fā)區(qū)、對周邊環(huán)境保護等級較高的景觀區(qū)得到廣泛應(yīng)用。然而，隨著大城市地鐵工程建設(shè)的蓬勃發(fā)展，地鐵線路下穿已建車行地道的工程案例屢見不鮮。若車行地道在修建時不重視遠期地鐵隧道的穿越，將可能引起地鐵盾構(gòu)切屑樁基、掌子面不穩(wěn)定等一系列問題，進而影響到車行地道自身的防水性能和結(jié)構(gòu)安全。

本文以規(guī)劃建設(shè)的上海市北翟路地道工程為背景，對車行地道上穿規(guī)劃地鐵線路的節(jié)點設(shè)計進行探討，總結(jié)節(jié)點處理的一些常用方法，分析后建地鐵隧道對已建車行地道的影響，為相似工程提供參考。

1　工程概況及地質(zhì)條件

1.1工程概況

上海規(guī)劃北翟路地道西側(cè)位于協(xié)和路以西接外環(huán)立交［1］，東側(cè)位于劍河路以東接地，后接中環(huán)立交，平面線位走向見圖1。

北翟路地道為城市快速路，雙向六車道，設(shè)計時速80 km/h。地道沿北翟路自西向東依次下穿協(xié)和路、福泉路、淞虹路、平塘路、劍河路，線位兩側(cè)為眾多已建商品住宅、廠房、辦公樓等，局部北臨吳淞江。地道結(jié)構(gòu)總長1 780 m，其中敞開段分別長120 m、180 m，暗埋段長為1 480 m。地道采用自然通風(fēng)結(jié)合機械排煙的通風(fēng)方式，地面道路中央分隔帶內(nèi)局部設(shè)通風(fēng)井。每孔隧道內(nèi)包含兩條小車道和一條大車道，橫斷面布置見圖2。

北翟路地道于淞虹路上穿規(guī)劃軌道交通16號線區(qū)間隧道。規(guī)劃16號線區(qū)間隧道采用盾構(gòu)法施工，隧道結(jié)構(gòu)外徑6.2 m，與即將開工建設(shè)的北翟路地道平面90°相交，豎向間距僅為3.5 m，見圖3、圖4。

1.2地質(zhì)及水文條件

場地為正常沉積區(qū)［2］，場地地基土主要由飽和粘性土、粉性土和砂土組成。土層由上至下為：①填土、②1褐黃色粉質(zhì)粘土、②2灰黃色粉質(zhì)粘土、③灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、④灰色淤泥質(zhì)粘土、⑤1-1灰色粘土、⑥暗綠～草黃色粉質(zhì)粘土、⑦1-1草黃色粘質(zhì)粉土夾粉質(zhì)粘土、⑦1-2草黃～灰黃色砂質(zhì)粉土、⑧1灰色粉質(zhì)粘土。各土層物理力學(xué)性質(zhì)詳見表1。

擬建場地淺部地下水屬潛水類型，潛水位動態(tài)變化主要受控于大氣降水、地面蒸發(fā)及地表水的補給與調(diào)節(jié)的影響，主要補給來源為大氣降水、吳淞江和周邊河道。潛水位埋深一般為地表下0. 3～1.5 m，年平均地下水位為地表下0.5～0.7 m，設(shè)計高水位0.3 m，設(shè)計低水位1.5 m［2］。

2　盾構(gòu)下穿既有結(jié)構(gòu)的影響分析

根據(jù)規(guī)劃，下穿北翟路地道的地鐵16號線區(qū)間段將采用盾構(gòu)法施工。目前上海地鐵常用的盾構(gòu)設(shè)備為泥水和土壓平衡盾構(gòu)。盾構(gòu)的主要施工工藝為：機頭刀盤切削掌子面土體；泥水混合物或被切削下的土體來平衡掌子面的地層壓力；盾尾千斤頂將已拼裝在盾殼內(nèi)的整環(huán)襯砌推出，實現(xiàn)盾構(gòu)的前進，并同步注漿用以填充襯砌與地層之間的空隙；依次循環(huán)完成隧道結(jié)構(gòu)的貫通。盾構(gòu)將兩次穿越北翟路地道，開挖卸載、盾構(gòu)頂推和同步注漿將可能對地道結(jié)構(gòu)安全和防水效果造成影響。

圖1　北翟路地道平面線位圖

表1　地層物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)表

目前盾構(gòu)穿越既有結(jié)構(gòu)的案例較少，作者運用有限差分法建立三維數(shù)值模型，通過模擬盾構(gòu)施工過程，分析盾構(gòu)穿越對北翟路地道結(jié)構(gòu)的影響，三維數(shù)值模型見圖5。

圖5　地鐵穿越既有地道結(jié)構(gòu)的三維數(shù)值模型

通過數(shù)值計算，盾構(gòu)穿越使得北翟路地道豎向隆起，且地道盾構(gòu)掘進方向一側(cè)的隆起量較大，見圖6。盾構(gòu)掘進使得北翟路地道沿盾構(gòu)掘進方向發(fā)生側(cè)向位移，地道底部側(cè)移較大，見圖7。盾構(gòu)掘進造成地道結(jié)構(gòu)最大剪切應(yīng)力集中在中隔墻處，見圖8。

圖6　北翟路地道結(jié)構(gòu)豎向位移云圖

圖7　北翟路地道結(jié)構(gòu)水平位移云圖

圖8　北翟路地道最大剪切應(yīng)力云圖

3　節(jié)點設(shè)計

3.1車行地道結(jié)構(gòu)設(shè)計

針對遠期盾構(gòu)穿越可能造成的不利影響，地道結(jié)構(gòu)應(yīng)采取相應(yīng)的主動加強措施。

3.1.1變形縫設(shè)置及構(gòu)造措施

為減少混凝土澆筑后的收縮裂縫和長期環(huán)境下的溫度應(yīng)力，地道結(jié)構(gòu)縱向每隔一定距離（20～30 m）設(shè)置一處變形縫［3］。數(shù)值分析結(jié)果顯示，越靠近地鐵隧道頂部，地道結(jié)構(gòu)的變形量越大，且位于兩條地鐵隧道中間區(qū)域的地道結(jié)構(gòu)存在變形疊加。結(jié)合巖土破裂角，地道結(jié)構(gòu)變形縫不宜設(shè)置在地鐵隧道的破裂角范圍（見圖9）。因此，北翟路地道上穿規(guī)劃16號線節(jié)段長度宜為32 m。

圖9　上穿規(guī)劃16號線的北翟路地道變形縫設(shè)置

變形縫是結(jié)構(gòu)受力的薄弱區(qū)域，該節(jié)點節(jié)段之間的連接構(gòu)造及防水措施尤為重要。一般變形縫寬度約為20～30 mm［4］，北翟路地道將變形縫寬度設(shè)計為10 mm，減少節(jié)段間允許錯動量。在結(jié)構(gòu)變形縫的抗剪方面，地道節(jié)段間的底板設(shè)凹凸抗剪接頭，頂板和側(cè)墻分別設(shè)置Φ40@500的剪力筋，保證結(jié)構(gòu)能抵抗豎向的剪切應(yīng)力。變形縫的防水則主要采用外貼式止水帶+中埋式橡膠止水帶+內(nèi)嵌高模量聚氨密封膠。根據(jù)規(guī)范，變形縫止水帶的性能要求為B型，保證其較高的拉伸強度和撕裂強度。

3.1.2其他構(gòu)造措施

地道基坑在施工時，格構(gòu)柱澆筑在頂?shù)装逯畠?nèi)。當(dāng)格構(gòu)柱割除以后，頂?shù)装甯駱?gòu)柱處往往成為防水的薄弱點。北翟路地道采取頂?shù)装甯黝A(yù)埋一處止水鋼板進行格構(gòu)柱的止水，且格構(gòu)柱的布置則選在兩條地鐵隧道中間。

由于承壓水影響，地道基坑開挖時需在底板上設(shè)一定數(shù)量的泄水孔，待主體結(jié)構(gòu)能夠抵抗承壓水壓力后再將其封堵。在上穿規(guī)劃地鐵節(jié)點處，北翟路地道盡量減少泄水孔數(shù)量，且泄水孔位置盡量避開地鐵隧道的頂部，減少遠期盾構(gòu)施工對泄水孔薄弱區(qū)域的影響。

3.2基坑設(shè)計

3.2.1圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計

規(guī)劃16號線將于淞虹路口下穿北翟路地道，結(jié)合路口交通組織，該區(qū)段兩側(cè)設(shè)封堵墻，作為一個單獨基坑進行施工。地道圍護結(jié)構(gòu)采用型鋼水泥土攪拌墻，地道施工結(jié)束，拔除型鋼水泥土攪拌墻內(nèi)的型鋼，未來軌道交通盾構(gòu)機施工時可直接切削穿越水泥土攪拌樁，為規(guī)劃軌道交通16號線實施留有可能性。

3.2.2加固工程

為減少遠期盾構(gòu)施工對北翟路地道結(jié)構(gòu)影響，地道基坑設(shè)計方案考慮對盾構(gòu)穿越范圍進行高壓旋噴樁土體加固，并對盾構(gòu)穿越孔進行旋噴弱加固，見圖10。

圖10　北翟路地道節(jié)點加固示意圖

此外，立柱樁的平面布置也盡量避讓和遠離軌道交通線位。

4　結(jié)語

本文通過對北翟路地道上穿規(guī)劃16號線節(jié)點的分析，主要得到以下體會：

（1）數(shù)值模擬顯示遠期盾構(gòu)掘進對北翟路地道結(jié)構(gòu)存在一定影響，設(shè)計人員應(yīng)予以重視。

（2）遠期地鐵盾構(gòu)影響范圍內(nèi)，地道結(jié)構(gòu)不宜設(shè)置變形縫。且變形縫寬度需合理取值，盡量減少節(jié)段間的錯動量。變形縫宜采用凹凸榫或剪力筋加強縫的抗剪能力。此外，變形縫宜考慮中埋和外貼組合的防水形式，減少遠期施工對地道防水效果的影響。

（3）地道結(jié)構(gòu)頂?shù)装甯駱?gòu)柱處設(shè)止水加強措施，且格構(gòu)柱布置盡量避讓或遠離軌道交通線路。

（4）盡量減少穿越區(qū)域地道結(jié)構(gòu)底板的泄水孔數(shù)量，且泄水孔布置盡量避開盾構(gòu)隧道的頂部區(qū)域。

（5）地道圍護應(yīng)采用易于遠期盾構(gòu)穿越的結(jié)構(gòu)型式，避免盾構(gòu)切削鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

（6）地道施工時，宜對遠期盾構(gòu)穿越范圍進行必要的加固，減少盾構(gòu)掘進施工對已建地道結(jié)構(gòu)的影響。

此外，遠期盾構(gòu)隧道的施工質(zhì)量直接影響了已建地道結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)安全和防水效果。設(shè)計人員在做好車行地道的加強措施時，應(yīng)考慮對盾構(gòu)施工參數(shù)提出指導(dǎo)性意見，為盾構(gòu)穿越的質(zhì)量控制提供參考。

［1］ 北翟路（外環(huán)線-中環(huán)線）快速路工程初步設(shè)計報告［R］.上海市城市建設(shè)設(shè)計研究總院，2013.

［2］ 北翟路（外環(huán)線-中環(huán)線）快速路工程詳勘報告［R］.上海市城市建設(shè)設(shè)計研究總院，2013.

［3］ GB50010-2010，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范［S］.

［4］ GB50108-2008，地下工程防水技術(shù)規(guī)范［S］.

U412.37+3.1

B

1009-7716（2015）05-0017-03

2015-01-23

張飛鵬（1981-），男，遼寧朝陽人，工程師，從事設(shè)計管理工作。