建設大道延長線跨黃孝河節(jié)點優(yōu)化設計方案研究

龔哲+王發(fā)玲+楊衛(wèi)星

摘 要：建設大道延長線是武漢漢口地區(qū)一條重要的城市主干道，在跨越黃孝河處需在現(xiàn)狀地鐵區(qū)間隧道上開挖，同時還涉及到綜合管廊、河道整治等多個工程的同步建設問題。本文考慮綜合管廊、河道整治以及道路工程的施工時序和平面布置，提出了兩種分別采用橋梁和箱涵建設的設計方案，并對方案的優(yōu)缺點進行了方案比選研究，指出箱涵方案可行性較高。最后從建設時序等角度就該類節(jié)點產(chǎn)生的原因和教訓進行了思考。

關鍵詞：道路；明渠；地鐵隧道；橋梁；箱涵；同步建設；方案比選

中圖分類號：U412.351 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）15-0067-03

1 工程概況

建設大道延長線是武漢漢口地區(qū)一條重要的城市主干道，位于規(guī)劃的后湖地區(qū)中部，同中環(huán)線北段及漢口地區(qū)主要通道發(fā)展大道相接，紅線寬50m。道路在和諧大道南側(cè)需跨越黃孝河。

2007年，建設大道延長線完成設計，按當時的黃孝河的規(guī)劃流量計算，設計方案采用5孔BH=6.8m×3.5m的排水箱涵的形式跨越黃孝河。然而由于拆遷等問題延緩了工程的進度，此處節(jié)點迄今仍未建成。而在此期間，地鐵3號線沿建設大道延長線段的區(qū)間隧道建設并竣工，此外由于黃孝河是漢口地區(qū)的排澇通道，隨著黃孝河綜合整治工程的推進，河道的排水標準大大提高，原設計方案已無法適應新場地和新標準，故應當對原方案展開優(yōu)化設計研究。

黃孝河整治斷面為矩形明渠，渠道寬60m，設計黃孝河過流量為Q=210m3/s，現(xiàn)狀河道過流能力（Q=97m3/s），無法滿足現(xiàn)在規(guī)劃的黃孝河過流量，需要進行拓寬和加深，為了保證黃孝河的水質(zhì)，在黃孝河西岸需建設BH=4.0m×3.0m低位箱涵截留污染程度較高的初期雨水。此外由于契合了黃孝河的帶狀的地形，綜合管廊與綠道也均沿著黃孝河的沿岸進行布置，黃孝河綜合管廊尺寸為BH=9m×4.1m，布置在黃孝河西岸，綠道布置在黃孝河東岸，各個工程的平面關系如圖1所示。

綜合管廊、箱涵（或橋梁）、路基、河道整治等工程均涉及到土方開挖或回填，對地鐵隧道的穩(wěn)定性的有威脅。此外各工程分別屬于不同的建設單位，如不提前溝通協(xié)調(diào)，相互預留建設條件，將極大阻礙后續(xù)工程的實施。此外同一節(jié)點反復開挖將造成投資浪費、反復開挖和多次擾動地鐵隧道。另外，河道藍線內(nèi)用地已經(jīng)非常緊張，為避免重復建設，需對相關工程進行協(xié)同考慮，系統(tǒng)建設。

2 場地現(xiàn)狀與地質(zhì)條件

該節(jié)點處的現(xiàn)狀地面、河道、地鐵隧道及其相對關系如圖2所示。

場區(qū)屬長江沖積一級階地，現(xiàn)自然地面下12m深度范圍內(nèi)地層多為中～高壓縮性人工填土、淤泥、淤泥質(zhì)土、粘性土、粉土和砂土，地基均勻性一般，地層分層表見表1。

現(xiàn)狀明渠水面寬度40m。水最深處約2.9m。地鐵3號線在2015年12月28日已投入運營，其中后湖大道站～市民之家站區(qū)間跨越黃孝河路節(jié)點位于本次規(guī)劃建設的建設大道延長線下方，河底覆土約10m，西北岸覆土17m，東南岸覆土13.5m。

3 方案優(yōu)化研究

針對上述問題，作者提出如下設計思路：（1）各工程在設計前期相互避讓，相互預留施工空間和施工條件，確保上述工程均能順利實施。（2）采取保護措施，減小上述工程對地鐵隧道的影響，確保工程施工期間以及建成后地鐵的安全運營。

考慮綜合管廊、河道整治以及道路排水工程的施工時序和平面布置，分以下兩種方案進行比選：

3.1 方案一——橋梁方案研究

建設大道以橋梁形式跨黃孝河，綜合管廊工程、河道整治工程與其同步實施。

此節(jié)點處黃孝河明渠的規(guī)劃過流能力需求≈217立方米/秒。規(guī)劃河道寬60m，水深為2.5m，現(xiàn)狀河道寬僅40m，不能滿足要求，需拓寬現(xiàn)狀河道，開挖岸坡。

橋梁在跨越盾構(gòu)隧道時，墩臺橫向兩柱間跨徑40m。上部結(jié)構(gòu)采用3跨（40m+40m+30m）變高連續(xù)鋼箱梁，梁高2m～3.5m，中墩基礎采用4根Φ1.5m鉆孔灌注樁，橋臺采用橋墩形式，在臺后設置擋土墻，擋土墻后填筑輕質(zhì)泡沫混凝土。綜合管廊和低位箱涵在橋墩中間穿越，基坑與橋墩之間的距離大于7m。該布置方案的縱剖面和橫剖面分別如圖3和圖4。

為了避免后期河道整治和管廊基坑開挖對橋樁的穩(wěn)定產(chǎn)生影響，先實施河道整治和管廊工程。為了避免地鐵上方的土體變形過大，對地鐵隧道上方土體進行加固后再進行河道綜合整治。明渠開挖前，加固體需達到設計強度，河道東南岸可采用排樁擋墻，西北岸采用低位箱涵作為擋墻。綜合管廊和截污箱涵可以在同一基坑內(nèi)施工，基坑采用FSP-Ⅳ型拉森鋼板樁支護，為了避免坑底產(chǎn)生過大變形，對被動區(qū)進行加固，被動區(qū)加固采用D650@450水泥土攪拌樁，厚度約6m。鋼板樁與攪拌樁底標高距離盾構(gòu)區(qū)間凈距離分別為2.8m與1.8m。

為了減小基礎尺寸，橋梁上部結(jié)構(gòu)采用鋼結(jié)構(gòu)，采用工廠預制，現(xiàn)場吊裝焊接，采用少支架施工法。

結(jié)合現(xiàn)場實際情況，考慮采用鋼棧橋法搭設施工便道；下部結(jié)構(gòu)施工時，利用鋼棧橋先插打鋼護筒，搭設施工平臺，然后安裝鉆孔機具，施工樁基礎，樁基礎施工完畢，下沉鋼板樁圍堰，澆筑承臺混凝土，最后施工橋墩墩身。為減小對地鐵的影響，鋼管樁插打建議采用靜力壓樁，但實際后期尚需根據(jù)更深入的地質(zhì)勘察情況確定靜壓樁是否可行。如采用震動沉樁，后期還需重點研究震動沉樁對地鐵隧道的影響。

現(xiàn)狀黃孝河范圍內(nèi)開挖深度0.6～2.0m，擴寬段開挖深度2～6m，渠底與盾構(gòu)區(qū)間的凈距離為7.5～10m，均大于一倍的洞涇。經(jīng)初步計算，渠道整治施工對下方盾構(gòu)抗浮均無影響，主要影響是卸載引起的盾構(gòu)變形，根據(jù)相關咨詢單位采用MIDAS GTS NX三維有限元計算的結(jié)果顯示，采用該方案盾構(gòu)隧道的豎向位移可達30mm以上。

考慮到橋梁的蓋梁和橋的支座出地面高度的要求，橋梁處的路面比原施工圖方案抬高約2.7m，影響范圍約600m，沿線均需填方，對地鐵隧道的擾動范圍較大，同時對相交道路的高程有一定影響。同時填方路基段沉降值不能滿足設計要求，需進行深層處理，可采用預制高強管狀勁性體進行加固，樁長約14～15m，樁間距為2.0～2.2m，正方形布置。endprint

3.2 方案二——箱涵方案研究

建設大道以箱涵的形式跨越黃孝河，綜合管廊工程、河道整治工程與其同步實施。

此節(jié)點處黃孝河明渠的規(guī)劃過流能力需求≈217m3/s，原設計方案的5孔箱涵無法滿足規(guī)劃需求，需改為8孔BH=7.8m×3.5m箱涵。為了避免此節(jié)點的反復開挖擾動，將綜合管廊、截污箱涵與其同步、同基坑實施。該布置方案的縱剖面如圖5。

施工順序：（1）隧道上方土體加固；（2）放坡開挖基坑；（3）澆筑綜合管廊和箱涵的主體結(jié)構(gòu)，（4）回填形成路面。

基坑深度7.5m，兩級坡，如果采用常規(guī)的放坡開挖方式，邊坡采用1：3放坡施工，中間平臺寬度2m。為了防止邊坡滑動，在各級平臺上施打拉森鋼板抓，經(jīng)計算邊坡整體穩(wěn)定性系數(shù)1.164>二級邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)1.15。基坑總開挖寬度130m，需拆除現(xiàn)狀黃孝河兩側(cè)的多棟民房。此方案需削除大量土體，經(jīng)過數(shù)值模擬，該方案地鐵隧道的變形達到了接近60mm，顯然無法滿足安全運營的要求。

為了減小地鐵隧道的變形，從三個方面來改進該方案：（1）對地鐵上方土體進行加固，增大土體的剛度強度和穩(wěn)定性；（2）對開挖邊坡土體進行加固，減小放坡開挖的坡率，減少開挖的土方量；（3）分成多部分開挖和施工，避免一次大量開挖卸載，澆筑完成一部分即回填一部分。通過計算可知此方法可以有效減小地鐵隧道的變形。

另一方面，黃孝河本身為漢口地區(qū)重要的排水通道，因此施工時需要對河道進行導流。采用分邊施工的導流方式，宜選擇在黃孝河枯水季節(jié)施工，施工期應保證施工處最小斷面能通過黃孝河豐水季節(jié)流量的40%，即84m3/s。根據(jù)箱涵的布置，先實施箱涵黃孝河東岸部分。待東岸4BH =7.5m×3.5m箱涵實施好了之后，拆除圍堰，實施剩余箱涵和管廊，已建好的4BH=7.5m×3.5m箱涵可以滿足黃孝河枯水季節(jié)的過流要求。

4 結(jié)論和相關建議

對兩種方案進行比較，比選情況如表2。

考慮到此節(jié)點附近的建設大道延長線道路已經(jīng)基本形成且連入周邊路網(wǎng)，如果采用橋梁方案需要大范圍地抬高路面高程，一方面本條道路的部分已建成路段需要重建，對附近的相交的道路的高程也需調(diào)整，而且由于本段道路路基采用路堤的形式，不利于后期接入支路，此外大范圍的填土也會造成地鐵隧道大范圍的擾動，因此不建議采用橋梁方案。

箱涵方案無需抬高路面，有利于路網(wǎng)的形成，建議采用此方案。但是箱涵方案在此節(jié)點處對地鐵的影響相對與橋梁方案要更大，故在后期設計施工時應加強安全措施，并充分論證。

5 對本工程的思考

此節(jié)點存在的最大難點就在于對擬建道路下方的軌道交通線路的保護。而本節(jié)點在2007年即已完成了設計，地鐵則在2015年才建成通車，如果在地鐵建設之前先將道路跨黃孝河的箱涵先行建設完成，而其他拆遷難度大的位置則可后期實施，采用這樣的方案只需要對箱涵下方的地基進行適當?shù)募庸瘫苊獾罔F建設對其產(chǎn)生較大的影響即可，大大減小了建設難度和風險。

以此為教訓，本工程涉及到其他的后續(xù)建設的工程如綜合管廊、截污箱涵、河道拓寬等均應與建設大道延長線同步實施完成，以避免后期這些工程在穿越此節(jié)點時存在更大的困難。endprint