市政工程中磁懸浮保護方案初步探討與分析

王文娟

（上海市政工程設(shè)計研究總院（集團）有限公司，上海市 2 00092）

市政工程中磁懸浮保護方案初步探討與分析

王文娟

（上海市政工程設(shè)計研究總院（集團）有限公司，上海市 2 00092）

上海磁懸浮專線是世界上第一條真正投入商業(yè)運營的高速磁懸浮，近年來，隨著市政工程的建設(shè)發(fā)展，多處市政工程在實施過程中與磁浮設(shè)施發(fā)生矛盾，對相關(guān)的磁浮設(shè)施采取合理的保護措施，確保市政項目的正常實施以及磁浮運營的安全至關(guān)重要。依托上海凌空路-迎賓大道立交改建工程，初步探討工程中幾種常用的磁浮保護方案，得出適用于項目特點的針對性的保護方案，并進行相應(yīng)的驗算和評估，可為同類工程提供借鑒。

市政工程；磁懸浮；電纜溝；保護方案；評估

1 工程概況[1]

迎賓大道西起環(huán)東立交，東至浦東國際機場，全長約14.5 km，是聯(lián)系浦東國際機場及市區(qū)的一條交通干道。1999年建成通車，按城市快速路標準建設(shè)，紅線寬度100 m。設(shè)計速度80 km/h，機動車道雙向八車道，全封閉全立交。

凌空路為浦東新區(qū)規(guī)劃的南北向城市次干路，設(shè)計速度40 km/h，擬建雙向六快二慢，四塊板斷面。

工程擬采用雙層菱形立交形式，凌空路為地面層，連接南北路段，打通斷頭路；迎賓大道設(shè)跨線橋跨越凌空路，并在凌空路東、西兩側(cè)各設(shè)置一對上下匝道。項目總體布置見圖1。

圖1 凌空路-迎賓大道立交改建工程總體布置圖

2 與磁懸浮的關(guān)系，影響及對策

2.1 與磁浮的關(guān)系

工程范圍內(nèi)磁懸浮線位位于迎賓大道中心線北側(cè)56 m，近似平行迎賓大道走向，磁浮主線為高架形式，跨徑24.768 m，梁底標高12.95 m左右。

規(guī)劃凌空路線位由北向南依次與磁懸浮和迎賓大道交叉，在規(guī)劃凌空路中心線處，磁浮線路下方，現(xiàn)狀建有磁浮開關(guān)站，順凌空路向?qū)? m，橫凌空路方向長6.6 m，為地面一層建筑。既有北向西匝道（上海市區(qū)方向）從凌空路P0779～P0780墩穿過。

磁浮主線高架投影下方埋設(shè)有磁浮電纜溝，凌空路道路范圍內(nèi)向北繞行，于磁浮主線北側(cè)2～10 m范圍內(nèi)橫穿規(guī)劃凌空路，并埋入地面以下。根據(jù)物探和磁懸浮相關(guān)設(shè)計資料顯示，強電排管2組（150×12+100×24）孔埋深分別為1.2 m和1.3 m。弱電排管80×20孔埋深為0.8 m，均已采用鋼筋混凝土包封鋼管過路。并均按普通城市道路設(shè)計，車載考慮汽-20，并提出對排管基礎(chǔ)軟弱土層（耕植土、淤泥等）的換填要求[2]。凌空路與磁懸浮位置關(guān)系見圖2。

圖2 凌空路與磁懸浮電纜溝位置關(guān)系示意圖

2.2 影響與對策

經(jīng)征詢磁浮主管部門意見，開關(guān)站對目前磁浮的正常運營關(guān)系重大，如若對其搬遷，會造成磁浮的停運。因此本次按開關(guān)站按照不搬遷進行方案設(shè)計。將開關(guān)站和P0781橋墩一并圍入中央分隔帶。擬建凌空路機動車道需從分別從磁浮P779～P782墩之間下穿，有部分車行道進入了橋墩承臺的上方，尤其對P780范圍最大，需計算路面開挖及新增車輛荷載對既有磁懸浮橋墩承臺的影響。道路穿越電纜溝，需對電纜溝進行保護。

3 保護方案

3.1 磁懸浮沿線類似工程電纜溝及橋墩、承臺保護方案

經(jīng)調(diào)研磁浮沿線類似工程，道路穿越磁懸浮電纜溝時，對其保護方案，主要有以下3類，具體如下：

（1）未見明顯結(jié)構(gòu)保護措施，道路直接穿越電纜溝，如本工程既有北向西匝道（上海市區(qū)方向）、川沙路主線，川沙路東向北匝道等。

（2）條形擴大基礎(chǔ)蓋板保護，如上海羅山路快速化改建工程[3]。

C30鋼筋混凝土蓋板寬度根據(jù)工程具體情況確定，每1 m設(shè)1塊，蓋板與電纜溝之間預留50 cm空隙。蓋板兩側(cè)設(shè)置C30鋼筋混凝土條形擴大基礎(chǔ)，條形基礎(chǔ)下方采用40 cm土工布包裹二灰換填路基，處理結(jié)構(gòu)底部與電纜溝底面齊平。對基礎(chǔ)底板以下土體進行注漿加固，注漿孔間距為1 m，注漿有效長度為4 m。注漿后表層松散物必須清除干凈后再鋪墊層，注漿后地基承載力要求不小于150 kN/m2，見圖3。

圖3 擴大基礎(chǔ)保護結(jié)構(gòu)斷面圖(單位：cm)

（3）護管橋保護，如金科南路新建工程下穿磁懸浮處

該保護方案參照橋梁工程設(shè)計，橋梁跨徑根據(jù)工程具體情況確定，梁底與電纜溝之間預留至少50 cm空隙，以滿足磁懸浮電纜溝日常檢修的需要。該方案對磁懸浮梁底凈空要求較高。

以金科南路保護方案為例，上部結(jié)構(gòu)采用1× 18 m預制空心板梁設(shè)計，下部結(jié)構(gòu)采用排架式橋臺，800 mm鉆孔灌注樁基礎(chǔ)[4]。

3.2 凌空路穿越磁懸浮電纜溝及承臺保護方案比選

經(jīng)咨詢磁懸浮主管部門的意見，結(jié)合本工程的實際情況，考慮到磁懸浮部分承臺已進入車行道范圍內(nèi)，需同電纜溝一并保護，保護長度范圍將近30 m。綜合考慮上述三種保護方案，僅護管橋方案具有可行性。護管橋方案布置見圖4。

圖4 護管橋方案布置圖(單位：mm)

上部結(jié)構(gòu)采用1×30 m預應(yīng)力鋼筋混凝土小箱梁，梁高1.6 m，下部結(jié)構(gòu)采用埋置式輕型橋臺，基礎(chǔ)底部采用10 cm碎石墊層，樁基采用800鉆孔灌注樁。考慮到梁底預留空間不再考慮人鉆入橋下維修空間，僅預留沉降安全高度10 cm。

考慮凌空路下穿磁懸浮處已經(jīng)進入凌空路迎賓大道平面交叉口范圍內(nèi)，凌空路的路面設(shè)計標高需充分考慮迎賓大道跨線橋下凈空的要求。上述護管橋方案梁高較高，對整體方案、交叉口標高以及凈空影響很大，且施工較復雜，施工期間（如打樁、下鋼筋籠等）對磁懸浮運營造成安全隱患，風險較大。因此，結(jié)合本工程的實際特點，提出輕質(zhì)材料換填加鋼筋混凝土板卸載的方案，即穿越電纜溝及承臺范圍內(nèi)的機動車道以EPS板進行等載換填，確保原電纜溝恒載不變。并采用鋼筋混凝土板結(jié)構(gòu)對活載進行卸載，不對電纜溝機承臺增加新的附加應(yīng)力。護管橋方案與蓋板方案對道路縱斷面線形影響對比分析見圖5。

3.3方案評價及影響分析

圖5 護管橋方案與蓋板方案對道路縱斷面線形影響對比分析

（1）磁懸浮電纜溝及承臺頂荷載對比

模型計算原理為采用EPS換填后不增加對磁懸浮電纜溝的附加應(yīng)力（見圖6）。

圖6 換填通用計算模型

等載換填計算公式如下：

式中：γ為路面結(jié)構(gòu)、EPS、土等容重。

經(jīng)計算，恒載方面，采用EPS輕質(zhì)材料換填后，可確保道路填筑后不增加對電纜溝的恒載附加應(yīng)力。

活載方面，磁懸浮設(shè)計階段電纜溝已考慮車輛荷載汽車-20級，由于規(guī)范的變更和凌空路道路等級的提高，本次設(shè)計凌空路段采用城-A級車輛荷載進行復核[5,6]。計算模型見圖7。通過計算對比，當采用城-A級車輛荷載，不采用卸載板時，車輛荷載傳至電纜溝頂面的均布荷載與原設(shè)計采用汽車-20級荷載時車輛均布荷載基本接近，可滿足原設(shè)計要求；當設(shè)計地面標高不小于4.8 m且不采用卸載板時，車輛荷載傳至承臺頂面的均布荷載與原設(shè)計車輛均布荷載基本接近，可滿足原設(shè)計要求。為保證足夠的安全性，考慮到計算誤差，本次方案仍采用卸載板方式減少車輛均布荷載壓力。

圖7 城-A級車輛荷載對電纜溝或承臺頂面均布荷載影響計算模型

（2）項目施工及運營對相鄰磁浮橋墩附加變形的影響分析

通過數(shù)值計算，對擬建凌空路在施工期間及開通運營后，磁浮橋梁下部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的附加變形進行估算，并將估算值與磁浮工程關(guān)于軌道下部結(jié)構(gòu)的位移控制標準進行比較。

原道路寬10 m，位于磁懸浮P0779、P0780墩之間。此次凌空路改造，擬建道路下穿磁懸浮P0779～P0782墩，尤以P0780墩受影響最大。P0780墩西側(cè)現(xiàn)狀道路需挖開挖約0.5 m，東側(cè)現(xiàn)狀地面需開挖1.0～1.3 m，并回填至標高5.0 m，應(yīng)計算拓寬區(qū)域內(nèi)路面開挖及新增車輛荷載對既有磁懸浮橋墩承臺的影響。機動車道拓寬前后與橋墩承臺相對位置見圖8。

圖8 機動車道拓寬前后與橋墩承臺相對位置圖

經(jīng)計算，凌空路工程實施使磁浮結(jié)構(gòu)出現(xiàn)附加側(cè)向變形和豎向沉降，其數(shù)值基本可控，均能滿足附加側(cè)向變形控制值4 mm和豎向沉降控制值4 mm的要求。

4 結(jié)論與建議

依托凌空路立交改建工程對磁懸浮電纜溝及承臺的幾種保護方案進行了初步探討，提出了適用于凌空路-迎賓大道立交改建工程的磁懸浮保護方案，并通過計算對比方案實施前后荷載變化，計算項目在施工期間及開通運營后對磁浮橋梁下部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的附加側(cè)向變形和豎向沉降，驗證了保護方案的合理性和可行性。

（1）經(jīng)計算，采用鋼筋混凝土卸載板和EPS輕質(zhì)材料換填后，可不增加電纜溝及承臺的恒載及活載附加應(yīng)力；擬建項目在施工期間及開通運營后，使磁浮橋梁下部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生附加側(cè)向變形和豎向沉降，但其數(shù)值基本可控。

（2）由于凌空路工程的施工作業(yè)距離磁浮線較近，因此合理的施工設(shè)計、詳細的施工方案、密切的施工監(jiān)測以及周全的施工預案對于避免施工給磁浮線帶來的不利影響相當重要。

（3）在施工過程中，應(yīng)合理安排施工場地及運輸路線，應(yīng)避免在磁浮結(jié)構(gòu)附近大量堆土、堆料，及運行重型車輛等。

（4）加強監(jiān)測，實施信息化施工。考慮到工程施工過程中受到諸多不確定因素的影響，因此，在改建工程實施中必須嚴格遵循有關(guān)規(guī)范，密切監(jiān)測磁懸浮橋梁結(jié)構(gòu)、電纜排管結(jié)構(gòu)的位移發(fā)展變化及發(fā)展趨勢，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果實時調(diào)整施工參數(shù)或采取其他措施，實現(xiàn)信息化施工反饋和控制，最大程度減小改建施工對磁懸浮的影響。

[1]上海浦東建筑設(shè)計研究院有限公司.凌空路～迎賓大道立交改建工程[Z].2015.

[2]上海市政工程設(shè)計研究總院.上海磁懸浮施工圖設(shè)計[Z]. 2000．

[3]上海浦東建筑設(shè)計研究院有限公司.上海羅山路（龍東大道～S20）快速化改建工程施工圖設(shè)計[Z].2012.

[4]上海現(xiàn)代建筑設(shè)計（集團）有限公司.上海金科南路（華夏中路～康橋東路）新建工程施工圖設(shè)計[Z].2011.

[5]DGJ08-2106-2012,城市道路設(shè)計規(guī)程[S].

[6]CJJ 11-2011,城市橋梁設(shè)計規(guī)范[S].

U418.7

B

1009-7716（2017）01-0158-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.01.046

2016-11-16

王文娟（1986-），女，山東濰坊人，工程師，從事道路交通工程設(shè)計工作。