市域鐵路下穿城市道路等復雜環境下節點方案選線技術研究

牛樂樂

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司,湖北 武漢 430063)

1 研究背景

近年來,隨著我國社會經濟和城鎮一體化的發展,中心城區與周邊組團及組團之間的聯系越來越緊密,客流交換越來越大。市域鐵路作為服務城鎮之間的軌道系統,具有公交化、大運量、快速便捷的特點,被越來越多的城市所青睞,迎來快速發展期[1]。但是,市域鐵路的服務對象決定了線路需進入城區,另外其速度導致最小曲線半徑較地鐵大,因此市域鐵路在城市中將不可避免地遇到一系列復雜環境下的障礙物。為更好地避開城市中復雜環境下的障礙物,減小對既有建構筑物的影響,本文提出了節點方案選線原則與思路,并以上海機場聯絡線為例進行分析,為其他類似工程方案提供借鑒。

2 節點方案選線原則與思路

2.1 選線原則

2.1.1 市域鐵路應依據網絡功能和客流需求選線,盡可能與鐵路、城市現有及規劃道路相結合,通過針對性的工程措施,合理定線,構建立體集約通道。

2.1.2 線路應避開有法律法規、政府部門、權屬部門等明文規定不可穿越的建構筑物,并根據要求確定線路與建構筑物間的距離。

2.1.3 線路應避開小區、學校、醫院、敬老院等建筑物,根據地方和公示意見等確定二者距離。

2.1.4 線路應盡可能避開如體育館、商場等大型建構筑物,二者距離根據權屬部門要求和工程可行性等綜合確定。

2.1.5 對穿越一般建構筑物,應全面考慮可行方案,對方案進行工程可行性與經濟性比選,并充分征求地方意見,確定最優方案。

2.2 選線思路

市域鐵路選線應根據區域線網規劃和承擔的功能,結合城鎮發展情況,串聯主要經濟據點。針對市域鐵路下穿城市復雜環境下節點選線問題,應首先根據選線原則,分析存在的主要控制因素,抓住主要矛盾,以此為邊界條件,確定通道寬度；然后分析次要控制因素,根據次要因素梳理可行的方案；最后,對各方案從工程可行性、經濟性、對周邊的影響等方面進行優劣勢分析,選定最佳方案。

3 案例分析

3.1 工程概況

上海市軌道交通市域線機場聯絡線工程（以下簡稱機場聯絡線）是國內第一條與國鐵互聯互通的市域鐵路,是上海市第一條新建市域鐵路。線路由閔行區虹橋綜合交通樞紐的虹橋火車站至浦東新區上海東交通樞紐的上海東站,途經閔行區、徐匯區、浦東新區,自西向東經過的主要區域有虹橋商務區、七寶、梅隴、華涇、三林、張江科學城、國際旅游度假區、浦東國際機場、上海東站等,采用市域鐵路運營模式,設計時速160km/h[2]。

在機場聯絡線七寶站～華涇站區間段,受周邊既有房屋建筑、軌道交通、高鐵和高壓走廊等的限制,隧道長距離并行滬杭高鐵,下穿側穿多處高架、市政橋梁,其中G60 高架橋是保障閔行地區交通便利暢通的重要道路交通,隧道近距離側穿G60 高架橋主橋樁與匝道橋樁[3]。

圖1 機場聯絡線滬杭并行段與G60 交叉點平面圖

機場聯絡線與滬杭并行段線路自1 號風井入地至2號風井段,在DK9+780～DK9+900 范圍內緊鄰滬杭高鐵并下穿G60 高速公路[4]。線路東側為滬杭高鐵,西側為居民小區,線路縱斷面標高-31.99～-32.35m。

上海機場聯絡線盾構段雙線大直徑盾構管片整體外徑13 .6m,盾構機刀盤直徑14 m,管片厚度0.55m；單線小盾構管片整體外徑9.0m,盾構機刀盤直徑9.4m,管片厚度0.45m[4]。

3.2 控制因素

3.2.1 西側滬杭高鐵

機場聯絡線盾構西側為滬杭高鐵樁基,為樁徑1.25m鉆孔灌注樁。為確保滬杭高鐵運營安全,避免機場聯絡線建設過程中對滬杭高鐵運營造成影響,要求線路盡量遠離滬杭高鐵,根據《公路與市政工程下穿高速鐵路技術規程》（TB10182-2017）,線路盾構結構邊與滬杭高鐵樁基之間需滿足6D（D 為樁徑）距離要求,即隧道盾構結構邊線距離滬杭高鐵樁基需大于7.5m。

3.2.2 東側小區圍墻

機場聯絡線盾構東側為一小區,考慮拆遷、維護社會穩定、施工風險等因素,地方相關部門明確要求,盾構推進施工中及保護措施不得侵入小區圍墻。

基于以上兩條主要控制因素,西側滬杭高鐵禁止侵入線與東側小區圍墻間通道寬度19.8～36.4m,考慮雙洞兩盾構前后推進施工安全,和臨近滬杭高鐵變形控制施做隔離樁的要求,雙洞盾構建設通道寬度需大于27m,因此該區段不具備建設雙洞盾構條件。

3.2.3 G60 高速樁基

西側滬杭高鐵和東側小區圍墻通道內為G60 主道和南北匝道0 高架橋,主道為8.2m×8.4m 混凝土承臺,下部樁基礎為直徑1.2m 的鉆孔灌注樁,樁長50.15m；G60北側匝道承臺為5.2m×5.2m 混凝土承臺,下部樁基礎為直徑1.0m 的鉆孔灌注樁,樁長52m；G60 南側匝道承臺為5.2m×5.2m 混凝土承臺,下部樁基礎為直徑1.0m 的鉆孔灌注樁,樁長50m。

西側滬杭高鐵保護范圍與東側圍墻邊界通道內,共有G60 高速公路樁基六處,分別為主道樁基1 處,匝道樁基5 處,其中主道樁基為樁徑1.2m、樁長49.15～50.15m 鉆孔灌注樁,匝道樁基為樁徑1.0m、樁長52m 鉆孔灌注樁。

3.3 方案研究

根據該節點處地表及地下等控制因素,結合機場聯絡線平縱設計要求,共研究了西、中、東三個方案。

3.3.1 西方案

該方案盾構邊線緊貼滬杭高鐵禁止侵入線6D（7.5m）,下穿G60 高速樁基。

圖2 靠近滬杭高鐵西方案示意圖

此方案需托換G60 高速匝道D、E、F 三處樁基礎,托換樁基臨近滬杭高鐵既有線。

3.3.2 中方案

該方案盾構邊線中穿G60 橋梁樁基,保證盾構邊線至兩側最近G60 高速公路樁基距離相等。

圖3 中穿G60 樁基方案示意圖

該方案不需托換橋梁樁基,盾構結構外邊線距離G60 高速主道樁基B 和匝道樁基F 均為0.8m,刀盤距離樁基0.6m。該方案在施工階段需采取必要加固措施,以確保市政橋梁安全。

3.3.3 東方案

為避免進入南側小區,東方案盾構邊線緊貼西側小區圍墻,下穿G60 高速公路樁基（圖4）。

圖4 靠近小區圍墻東方案示意圖

此方案需托換G60 高速主道樁基B。如將線路繼續東移,將導致盾構南段不可避免進入小區圍墻,方案不可行。

3.4 方案比選及結論

機場聯絡線下穿G60 段共研究了西、中、東三個方案,西方案緊貼滬杭高鐵禁止侵入線,需托換G60 匝道三處樁基,且緊鄰滬杭高鐵施工；中方案正穿G60 兩側樁基,無需托換樁基,刀盤邊線距離樁基0.6m,需采取加固措施；東方案緊貼東側居民小區圍墻,需托換G60 主道一處樁基。

由于該位置西側緊鄰既有滬杭高鐵,東側為小區,范圍內橋梁樁基密集,施工作業場地狹小,采用樁基托換實施難度大。G60 高速公路是上海對外交通主干道,交通量大,過渡工程耗資大,如采取不中斷交通樁基托換,施工風險高。既有高鐵對沉降要求極高,盾構臨近高鐵施工需采用隔離樁加固處理,并報送鐵路部門批準,協調和實施難度大。盾構緊貼小區圍墻施工,存在社穩及后期運營期間震動等問題,協調難度大。

因此,從維護社會穩定、對既有線的影響、避免橋梁樁基托換、工程投資等方面考慮,機場聯絡線推薦采用中方案穿越G60 匝道橋墩分布區域。由于盾構刀盤距離G60 橋墩僅0.6m,是目前國內盾構隧道穿越橋梁樁基最近工程,為減少盾構推進過程中對高架橋梁的影響,需對橋梁墩臺周邊進行隔離樁加固[5]。另外,在盾構推進過程中,注意加強盾構推進姿態控制,做好同步注漿與二次注漿,確保盾構穿越過程中的環境安全。

4 結論

表1 方案比選表

本文針對目前市域鐵路在城市中遇到的復雜環境,提出了復雜環境下節點方案選線原則和研究思路。以上海機場聯絡線盾構穿越G60 高速公路橋梁樁基為例,首先分析了控制通道的兩個主要因素西側滬杭高鐵和東側小區圍墻,基于控制通道寬度,說明了該區段不具備建設雙洞盾構條件；其次以主要控制因素為邊界條件,分析了采用大盾構的西、中、東三個方案；最后,從維護社會穩定、對既有線的影響、避免橋梁樁基托換、經濟性等方面進行了比選,機場聯絡線穿越G60 高速公路橋墩推薦采用刀盤邊線距離樁基0.6m 的中方案。節點方案選線原則和研究思路可為類似工程提供借鑒。