道路施工對下臥軌道交通結構的變形影響研究

潘學凱，耿寧寧

（1.安徽省綜合交通研究院股份有限公司，安徽 合肥 230000；2.合肥市軌道交通集團有限公司，安徽 合肥 230000）

0 引言

城市軌道交通具有沿市政道路（含規劃）敷設的特點，在市政道路建設中，經常遇到上跨或與軌道交通結構并行的情況。新建市政道路施工過程中存在加卸載工況，必然引起地層擾動，對既有軌道交通結構變形有著顯著影響。因此掌握道路施工過程中既有軌道交通結構變形量及趨勢對軌道交通保護是至關重要的[1-2]。

本文結合新建市政道路沿合肥軌道交通4號線上方敷設的工程案例，利用有限元分析方法，構建市政道路施工和既有軌道交通結構的數值模型。根據數值模型計算結果，研究上方新建市政道路施工對既有軌道交通結構的變形影響及控制。

1 工程背景

1.1 工程概述

新建市政道路為城市主干路，道路紅線寬45m，機動車道設置為雙向六車道。路面結構面層采用3層瀝青混凝土，下設水泥穩定碎石基層和底基層，路面結構層總厚度為73cm。根據本工程管綜平面設計圖，擬建道路下方敷設有眾多市政管線，如雨水、污水、給水、電力、燃氣等，擬建道路下方雨、污水管均采用放坡開挖施工。擬建道路與既有軌道交通區間空間位置關系如圖1。

圖1 擬建道路與軌道交通結構位置關系圖

1.2 地質概況

根據擬建項目詳勘報告及軌道交通詳勘報告，擬建場地第四紀地貌形態屬二級階地地貌單元，場地內高差較大，最高堆土區高約4.3m。勘察期間勘探深度范圍內揭露場地內地下水類型主要為上層滯水，主要受大氣降水補給；場地內土層主要有①1雜填土、②2黏土、⑥2黏土、⑥3粉質黏土、⑨11全風化砂質泥巖、⑨12強風化砂質泥巖、⑨13中風化砂質泥巖。其土層物理學參數如表1所示。

土層物理學參數 表1

2 軌道交通結構現狀

合肥市軌道交通4號線翠柏路站位于翠柏路與銅陵北路交口，沿銅陵北路南北向偏翠柏路東側跨路口布置。本站為地下兩層雙跨島式車站，為地下雙層結構，車站外包總長249.7m，標準段寬19.7m，有效站臺長120m，站臺寬度為11m。車站主體頂板覆土厚度2.15～3.47m，主體結構型式為鋼筋混凝土箱型框架結構。

合肥市軌道交通4號線天水路站～翠柏路站區間，主要采用盾構法施工，右線局部采用明挖法施工。明挖區間設置于翠柏路站小里程端，長度約116m，為單層單跨箱型結構，標準斷面尺寸5.9m×7.1m，基坑支護體系為φ800鉆孔灌注樁+內支撐；盾構區間內徑5.4m，壁厚 0.3m。線路間距約為10～16.39m，覆土厚度約8.06m～20.86m。

根據現狀調查資料，新建市政道路影響范圍內，軌道交通結構無裂縫及滲漏水情況發生。盾構管片出廠檢測報告顯示，該段區間左與右線盾構管片檢測合格，滿足設計要求。

3 市政道路施工的三維數值計算模擬與分析

3.1 有限三維數值模型

為了較準確地反映市政道路施工對軌道交通結構產生的變形影響，充分考慮時空因素，計算分析采用了三維有限元分析方法，考慮土體的非線性因素，模擬市政道路施工與既有軌道交通結構間的相互影響。計算時的邊界條件為：x軸方向采用x向約束，y軸方向采用y向約束，底部采用豎向約束，上表面為自由面[3-4]，有限元模型如圖2。

圖2 有限元模型

3.2 計算工況

根據施工先后次序，計算中應包括如下計算工況。

①工況1：初始地應力平衡，位移清零。

②工況2：施作軌道交通結構（含車站主體、附屬及區間隧道），位移清零。

③工況3：依次開挖土坡、路基及管槽。

④工況4：敷設管線，回填管槽、壓實路基。

3.3 計算結果

對三維數值模擬計算結果進行分析，旁側堆土卸載施工對既有軌道交通區間結構位移具有顯著影響。堆土卸載完成后，累計豎向位移達到最大值，相關計算結果如圖3所示。

圖3 軌道交通結構位移

由數值模擬結果知，道路施工對車站主體結構的最大附加水平位移約0.56mm，最大附加豎向位移為 2.7mm（隆起）；區間結構的最大附加水平位移1.77mm，最大附加豎向位移為8.05mm（隆起），隧道變形的最小曲率半徑為5.34×104。滿足軌道交通保護的相關要求[5]。

4 結語

①上方新建市政道路施工導致土體應力場、位移場重新分布，導致軌道交通結構呈現不同程度的變形，且主要體現為豎向隆起。

②軌道交通車站結構相比區間隧道結構剛度更大，因此新建市政道路施工對軌道交通區間結構影響較為明顯，在后期監測過程中，應重點監測軌道交通區間結構的變形量及變形速率。

③根據Midas/GTS三維模擬計算結果，土方開挖執行“分層分段，先遠后近”的施工步序，可有效控制軌道交通結構的變形速率，以減小區間快速上浮風險。