地鐵隧道頂部跨線橋引道設(shè)計與附加荷載計算分析

李 鋒

（中國鐵建港航局集團有限公司第一工程分公司，廣東 廣州 511442）

0 引言

輕質(zhì)泡沫混凝土具有重量輕、強度高，能有效減少建筑荷載的優(yōu)點。廣州機場第2高速G106國道快捷化改造項目引道施工中，跨線橋南側(cè)路基段需同步抬高并與跨線橋接順，為減小對地鐵的影響，路基填土采用輕質(zhì)泡沫混凝土。本文對跨線橋進行引道設(shè)計，通過附加荷載的計算，分析引道填土荷載對隧道頂部附加荷載的影響，進一步分析地鐵結(jié)構(gòu)上方施工輕質(zhì)泡沫混凝土引道對地鐵既有結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響，驗證地鐵結(jié)構(gòu)上方建設(shè)輕質(zhì)泡沫混凝土引道的可行性，所得經(jīng)驗可為類似工程提供參考。

1 工程概況

1.1 基本情況

G106 國道快捷化改造(白云五線-人和大橋)為 G106快捷化改造工程中段，起點對接白云五線越嘴立交，沿著現(xiàn)狀G106路線向北，經(jīng)南村、南勝莊，北村等，終點為人和橋，路線長約5.14km。

G106國道（白云五線-人和大橋）與機場第2高速、在運營的地鐵三號線共線，目前機場第2高速北段已開始施工，南段正在開展設(shè)計，國道106 改造、機場第2高速建設(shè)的實施條件受限，兩個項目相互影響、制約，涉及到設(shè)計方案、征地拆遷、勘察等各方面協(xié)調(diào)。設(shè)置跨線橋跨越北太路，在北太路跨線橋設(shè)置北村中橋跨越沙坑河，該段跨線橋與機場第2高速橋墩共墩，共墩段采用雙層橋設(shè)計，下部結(jié)構(gòu)均為雙層門式墩；上層蓋梁支撐機場二高上部結(jié)構(gòu)，下層蓋梁支撐北太路跨線橋上部結(jié)構(gòu)。共墩段平面位置如圖1所示。

圖1 共墩段平面位置圖

1.2 自然條件

1.2.1 地質(zhì)

本項目線位北段位于珠三角斷陷區(qū)，屬于廣花平原區(qū)，地表覆蓋層較厚，未見有對線路影響較大的斷裂穿過，地質(zhì)構(gòu)造較簡單。地勢較為平坦，為沖積平原地帶，地表為淤泥質(zhì)土、粉質(zhì)黏土，表現(xiàn)為耕植土層，以種植蔬菜為主，下部為淤泥質(zhì)土、殘積粉質(zhì)黏土層。淤泥、淤泥質(zhì)土多為流～軟塑狀，殘坡積層多為可～硬塑狀，下伏基巖為泥巖、頁巖、泥質(zhì)粉砂巖、鈣質(zhì)泥巖、泥質(zhì)灰?guī)r。淤泥質(zhì)土工程性能較差，殘坡積層工程性質(zhì)稍好，下伏基巖工程性質(zhì)比較好，可作為基礎(chǔ)持力層。

1.2.2 氣象和水文

項目地處北回歸線以南，屬南亞熱帶季風性氣候。全年降水豐沛，雨季明顯日照充足。夏季炎熱，冬季一般比較溫暖。項目地處華南沿海臺風區(qū) (IV)，年平均降雨量1696.5mm，歷年最大降雨量2864.7mm，最大月平均降雨量288.7mm，最大日降雨量284.9mm，年平均風速1.91m/s。

2 跨線橋引道設(shè)計

2.1 引道工程總體設(shè)計

北太路跨線橋北側(cè)引道左幅起點接橋臺側(cè)墻端部，樁號為K11+273.902，終點樁號為K11+380，長度為106.099m。右幅起點接橋臺側(cè)墻端部，樁號為K11+269.518，終點樁號為K11+392，長度為122.483m。引道在地鐵正上方，屬于地鐵特別保護區(qū)，按廣州地鐵集團有限公司（穗鐵地保〔2018〕65號）“施工堆載對地鐵既有結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的附加荷載不得大于20kPa[1]?！钡囊?，對跨線橋進行引道設(shè)計，并確保引道填土荷載對隧道頂部附加荷載影響能滿足相關(guān)要求[2]。

由于縱斷面抬高，橋臺處填土高約1.5m，跨線橋南側(cè)路基段需同步抬高并與跨線橋接順，為減小對地鐵的影響，路基填土采用輕質(zhì)泡沫混凝土。引道填土平面位置如圖2所示。

圖2 引道填土平面位置圖

2.2 引道擋土墻結(jié)構(gòu)設(shè)計

左幅西側(cè)引道擋墻高度為0.386～2.63m，每隔15m設(shè)置一道沉降縫，分為7段，編號為Z-W1-W7。左幅東側(cè)引道擋墻高度為0.621～2.865m，每隔15m 設(shè)置一道沉降縫，分為7段，編號為Z-E1-E7。右幅西側(cè)引道擋墻高度為0.682～3.643m，每隔15m 設(shè)置一道沉降縫，分為8 段，編號為Y-W1-W7。右幅東側(cè)引道擋墻高度為0.448～3.408m，每隔15m設(shè)置一道沉降縫，分為8段，編號為YE1-E7。擋墻地基承載力要求不小于80kPa，引道擋土墻采用鋼筋混凝土懸臂式擋土墻，混凝土強度等級為C30[3]。

2.3 引道擋土墻基礎(chǔ)設(shè)計

根據(jù)地質(zhì)資料揭示，工程位置處地質(zhì)條件良好，天然地基承載力能滿足要求，采用換填30cm厚碎石墊層進行處理。根據(jù)地鐵部門要求，地鐵范圍地面附加荷載不能大于20kPa，故擋墻間填輕質(zhì)泡沫混凝土[4]。擋土墻具體參數(shù)（H1、H2、h）詳見引道擋土墻橫斷面圖，擋土墻埋深60cm，擋墻范圍內(nèi)填土采用輕質(zhì)泡沫混凝土，回填高度為（h-0.6）m，輕質(zhì)泡沫混凝土容重為6.5kN/m3。引道填土段平面圖見圖3，引道擋墻橫斷面圖見圖4～圖5，引道擋墻立面圖見圖6～圖9所示。

圖3 引道填土段平面圖

圖4 引道擋墻橫斷面圖(跨線橋左幅)

圖5 引道擋墻橫斷面圖(跨線橋右幅)

圖6 引道擋墻縱斷面圖(左幅-東側(cè))

圖7 引道擋墻縱斷面圖(左幅-西側(cè))

圖8 引道擋墻縱斷面圖(右幅-東側(cè))

圖9 引道擋墻縱斷面圖(右幅-西側(cè))

3 引道填土荷載對隧道頂部附加荷載的影響

3.1 計算依據(jù)

機場第2高速公路項目與國道106快捷化改造工程引道填土段見圖4～6，北太路跨線橋北側(cè)引道左幅起點接橋臺側(cè)墻端部，樁號為K11+273.902，終點樁號為K11+380，長度為106.099m。右幅起點接橋臺側(cè)墻端部，樁號為K11+269.518，終點樁號為K11+392，長度為122.483m。擋土墻埋60cm，擋墻范圍內(nèi)填土采用氣泡混合輕質(zhì)土，回填高度是（h-0.6）m，輕質(zhì)泡沫混凝土容重是6.5kN/m3。引道填土最高為3.176m，引道長為124m，寬為 13m，采用氣泡輕質(zhì)土回填（計算時重度按照10kN/m3）。根據(jù)現(xiàn)在路面，隧道埋深12m。參考《廣州市軌道交通三號線北延段（新機場線）龍歸～人和區(qū)間詳細勘察階段巖土工程勘察報告》進行隧道頂部附加荷載計算。參照《建筑地基處理規(guī)范JGJ79-2012》表4.2.2 土和砂石材料壓力擴散角，得到地基壓力擴散角θ取為23°。

3.2 計算信息

（1）基礎(chǔ)類型：矩形基礎(chǔ)。

（2）幾何參數(shù):基礎(chǔ)寬度b=13.0m；基礎(chǔ)長度L=124m

（3）計算參數(shù)：基礎(chǔ)埋置深度dh=0.600m；地基壓力擴散角θ：23°；隧道埋深h=12m

考慮氣泡輕質(zhì)土的吸水及施工誤差等復(fù)雜不利因素，計算時氣泡輕質(zhì)土的重度取10kN/m3。

由于填土高度為0～3.2m，計算時沿長度方向（L=124m）分為5段，每段長24.8m，取填土高度2.56～3.2m段為最不利工況進行計算。

（4）荷載信息：填土自重F1=(24.8×13.0)×(3.2+2.56)/2×10kN=9285.12kN；

汽車活載F2=24.8×13.0×0.5×10kN=1612kN。

（5）計算基礎(chǔ)底面處的平均壓力值pk：

pk=(F1+F2)/(b×L)=(9285.12+1612)/(13.0×24.8)=33.8kPa

（6）計算相應(yīng)于荷載效應(yīng)標準組合時，隧道頂面處附加壓力值pz：

pz=L×b×pk/[（b2×z×tanθ）×（L+2×z×tanθ）]=24.8×13.0×33.8/[（13.0+2×12×tan23°）×（24.8+2×12×tan23°)]=13.43kPa＜20kPa

3.3 分析結(jié)果

經(jīng)計算，機場第2高速公路項目與國道106 快捷化改造工程引道填土段施工引起地鐵上方隧道附加荷載為13.43kPa＜20kPa，荷載滿足規(guī)范要求。

4 結(jié)束語

通過收集地鐵3號線北延段龍歸-人和區(qū)間盾構(gòu)隧道沉降監(jiān)測資料，初步分析該部分地鐵隧道結(jié)構(gòu)的健康狀態(tài)，引道在地鐵正上方，屬于地鐵特別保護區(qū)，引道擋土墻結(jié)構(gòu)設(shè)計時，擋墻地基承載力要求不小于80kPa，引道擋土墻采用鋼筋混凝土懸臂式擋土墻，混凝土強度等級為C30。經(jīng)計算，機場第2高速公路項目與國道106 快捷化改造工程引道填土段施工引起地鐵上方隧道附加荷載為13.43kPa＜20kPa，荷載滿足規(guī)范要求。從地鐵結(jié)構(gòu)保護方面考慮，該工程設(shè)計方案基本可行，對地鐵的運營不會產(chǎn)生影響，所得經(jīng)驗可為類似工程提供參考。