區(qū)間隧道穿越甬臺溫鐵路節(jié)點設(shè)計

【摘? ? 要】：針對周圍條件復(fù)雜地鐵區(qū)間下穿鐵路風(fēng)險高的特點，以實際工程為例，從設(shè)計方案選擇及圍護結(jié)構(gòu)、主體結(jié)構(gòu)等方面對穿越節(jié)點設(shè)計情況進行了說明，采用區(qū)間隧道與鐵路箱涵合建的方式，順利穿越了鐵路。

【關(guān)鍵詞】：地鐵；區(qū)間隧道；鐵路；箱涵

【中圖分類號】：U231.1【文獻標(biāo)志碼】：C【文章編號】：1008-3197（2024）01-16-03

【DOI編碼】：10.3969/j.issn.1008-3197.2024.01.005

收稿日期：2023-03-27

作者簡介：曲喜濤（1991 - ）， 男， 工程師， 從事城市軌道交通工程設(shè)計工作。

Design of the Interval Tunnel Crossing the Ningbo-Taizhou-Wenzhou Railway Node

QU Xitao

（China Railway Fifth Survey and Design Institute Group CO. Ltd.， Beijing 102600，China）

【Abstract】：In view of the complex surrounding environment and the high risk of subway crossing the railway， the paper explains the design of crossing nodes from the aspects of design scheme selection， envelope structure and main structure and adopts the way of joint construction of section tunnel and railway box culvert to successfully cross the railway.

【Key words】：subway;interval tunnel; railway; box culvert

地鐵區(qū)間隧道穿越既有鐵路方案受區(qū)間平面線位、縱斷面坡度、兩端車站站位、埋深、建筑功能、結(jié)構(gòu)形式及工程造價等因素制約，目前修建的地鐵區(qū)間隧道穿越鐵路多以下穿路基方案為主，但寧波市軌道交通5號線海晏南路站—百丈路站區(qū)間穿越段的鐵路路基采用了薄壁管樁且樁長較大，如采用區(qū)間繞避方案會引起線路縱斷面埋深加大，不經(jīng)濟[1]，而采用暗挖法穿越路基方案風(fēng)險較高[2]，因此需要深入研究地鐵區(qū)間結(jié)構(gòu)與鐵路箱涵結(jié)構(gòu)結(jié)合方案，在保證鐵路正常運營和公路交通運力的前提下，選擇合理的線路方案及施工方法。

1 工程概況

寧波市軌道交通5號線海晏南路站—百丈路站區(qū)間長約1.2 km，整體沿海晏南路敷設(shè)。海晏南路為寧波市東部新城區(qū)主干道路，南北向布置，東西兩側(cè)為新規(guī)劃地塊，現(xiàn)狀多為在建高層建筑。海晏南路與環(huán)城南路路口設(shè)海晏南路站，與百丈東路路口設(shè)百丈路站，海晏南路在兩站之間自南向北依次經(jīng)過甬臺溫鐵路、興寧東路、野塘河、海晏南路6#橋、海晏南路5#橋、海晏南路4#橋、海晏南路3#橋，周邊環(huán)境復(fù)雜。

海晏南路與甬臺溫鐵路相交處有一混凝土箱涵，在箱涵頂部鋪設(shè)甬臺溫鐵路。該箱涵由4個獨立涵洞組成，箱涵兩側(cè)為非機動車道，結(jié)構(gòu)凈寬8.0 m、凈高6.4 m、側(cè)墻厚度0.9 m、頂板厚度0.7 m、底板厚度1.0 m；中間為機動車道，結(jié)構(gòu)凈寬14.5 m、凈高5.7 m、側(cè)墻厚度1.25 m、頂板厚度1.05 m、底板厚度1.35 m。箱涵基礎(chǔ)采用預(yù)應(yīng)力薄壁管樁加固，樁徑0.4 m、樁長32 m、間距2.3 m，預(yù)應(yīng)力管樁樁頂設(shè)0.5 m厚碎石墊層，樁進入硬底層≮1.50 m，按正方形布置。

2 地質(zhì)及水文情況

地層自上而下依次為雜填土、黏土、淤泥質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、黏土、粉質(zhì)黏土、中砂、粉砂層，區(qū)間主要穿越土層為粉質(zhì)黏土及淤泥質(zhì)黏土。

場地內(nèi)地下水分為孔隙潛水、孔隙承壓水和基巖裂隙水。潛水位埋藏淺，勘察期間實測孔隙潛水埋深一般在現(xiàn)地面下0.5～3.0 m，相應(yīng)標(biāo)高0.79～2.29 m。根據(jù)本地經(jīng)驗，抗浮設(shè)防水位可取設(shè)計室外地坪下0.5 m或鄞東中塘河規(guī)劃100 a一遇的防洪設(shè)計水位2.96 m（1985國家高程基準(zhǔn)）。

3 隧道區(qū)間與鐵路節(jié)點設(shè)計

沉降的控制標(biāo)準(zhǔn)：沉降量不超過2 mm/d，最終累計沉降量控制在10 mm以內(nèi)，每條線路的兩條軌道高差≯2 mm，以限值的70%作為報警值[3]。

3.1 設(shè)計方案分析

U形槽結(jié)構(gòu)兩側(cè)地塊建設(shè)用地為多高層住宅。若采用避繞U形槽的方案，則線位走向曲折且侵入海晏南路西側(cè)地塊，對住宅基礎(chǔ)影響很大；若采用盾構(gòu)法施工完全避開樁基下穿鐵路路基，則區(qū)間兩端車站規(guī)模及與海晏南路站連接的車輛段規(guī)模需增大，從而使得工程實施難度和周邊環(huán)境風(fēng)險增大，工期節(jié)點滯后，造價大幅度增加；若采用礦山結(jié)合盾構(gòu)法施工，可以優(yōu)化線位縱向坡度，對減小站位埋深影響有利，但施工風(fēng)險和對運營鐵路影響仍然較大[4]。盾構(gòu)下穿繞避方案從經(jīng)濟和功能上均不合理，礦山法可行但存在較大風(fēng)險，因此本工程采用與既有鐵路箱涵結(jié)合的方式，采用明挖施工，地鐵區(qū)間從既有鐵路箱涵的兩側(cè)非機動車道通過，壓縮既有箱涵2個非機動車道為人非混行車道，單側(cè)寬度3 m，既可以保障海晏南路路面交通能力，同時將對鐵路的影響降到最低。見圖1。

3.1.1 優(yōu)點

1）線路沿海晏南路路中下穿甬臺溫鐵路，線形較順直。

2）可利用既有鐵路箱涵，相對下穿路基方案，對鐵路正常運營影響較小。

3）海晏南路站為地下兩層車站，百丈路站為地下三層站，車輛段為地面層，總土建費用相對下穿路基方案大幅度減少。

3.1.2 缺點

1）線路縱斷面出海晏南路站后須采用28‰上坡接至既有箱涵標(biāo)高，并以22.5‰坡度下穿，線形較差，運營過程中舒適度較差。

2）須占用既有鐵路箱涵非機動車道，故對海晏南路交通存在一定影響。

3）線路縱斷面不能滿足盾構(gòu)施工覆土要求且需對原U形槽下立交結(jié)構(gòu)底板進行破除施工，故海晏南路—興寧路間采用明挖法進行施工，需在海晏南路兩側(cè)綠地設(shè)置工作井，施工造價較盾構(gòu)高。

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，現(xiàn)狀海晏南路車輛較少且周邊存在多條規(guī)劃路可分流海晏南路車流量，方案能滿足目前車輛的通行能力。綜合考慮施工和運營兩個階段對交通運力和環(huán)境規(guī)劃的影響等關(guān)鍵因素，相對于下穿路基方案，利用非機動車道方案線路順直，對鐵路運營影響較小，實施風(fēng)險性較小的優(yōu)勢。

3.2 圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計

區(qū)間明挖結(jié)構(gòu)近鐵路箱涵處的基坑底與鐵路箱涵底板底標(biāo)高基本一致，開挖對鐵路箱涵的影響很小，對于路基和箱涵過渡段考慮將基坑圍護結(jié)構(gòu)水平向延伸一段距離，減少基坑開挖對過渡段的不利影響。為了穿越兩側(cè)非機動車道，線路出海晏南路站后經(jīng)鐵路節(jié)點過程中線間距變化較大，不利于明挖順作一次性施工完成，線間距較大處需分成兩個基坑來分別實施完成[5]。區(qū)間基坑最大開挖深度15.9 m、寬度5.8 m，所處地層以淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土為主，地質(zhì)情況較差，地下水位于地表下0.5～2 m，埋深較淺。綜合考慮現(xiàn)場場地條件、工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件及施工設(shè)備條件等因素并結(jié)合當(dāng)?shù)毓こ探?jīng)驗，與既有結(jié)構(gòu)結(jié)合段既有結(jié)構(gòu)下采用復(fù)合地基；坑內(nèi)水滲流小，可采用鉆孔灌注樁圍護結(jié)構(gòu)結(jié)合鋼支撐形式，坑外采用水泥攪拌樁作為止水帷幕。經(jīng)驗算，各工況下圍護結(jié)構(gòu)強度、變形均滿足設(shè)計要求。見圖2。

為避免降水引起基坑周邊建筑物及地表沉降過大，在保證基坑內(nèi)干槽作業(yè)條件下，應(yīng)盡可能減少抽排量，同時對坑外水位進行觀測，當(dāng)坑外水位下降較大時，可通過回灌井進行回灌。

3.3 主體結(jié)構(gòu)設(shè)計

區(qū)間結(jié)構(gòu)與箱涵脫開，減少對既有箱涵改造施工帶來的風(fēng)險和運營階段的管理風(fēng)險，專業(yè)接口可以內(nèi)部協(xié)調(diào)解決，對外需配合協(xié)調(diào)內(nèi)容較為簡單；基礎(chǔ)采用樁基礎(chǔ)變剛度調(diào)平，經(jīng)計算沉降和相對變形量滿足鐵路和軌交運營要求，可以不單獨設(shè)置沉降縫。見圖3。

3.4 主體抗浮設(shè)計

區(qū)間結(jié)構(gòu)抗浮計算時考慮最不利情況，即地下水位取至地面，結(jié)構(gòu)自重不考慮軌道板及車輛荷載，抗浮安全系數(shù)為0.99＜1.1，因此從抗浮角度區(qū)間結(jié)構(gòu)需要采取抗浮措施。

可以考慮增加頂板覆土和綠化，增加1.38 m覆土厚度即滿足抗浮要求；或考慮改造既有結(jié)構(gòu)抗滑樁，目前抗滑樁樁長20 m、縱向間距5.5 m，減少1～1.5 m的樁長，根據(jù)地質(zhì)資料抗拔承載力150 kN，可以滿足抗浮要求。

4 結(jié)構(gòu)沉降控制

明挖區(qū)間在改造U形槽范圍內(nèi)，可以考慮原結(jié)構(gòu)復(fù)合地基承載力和壓縮模量對減小沉降的作用。由于鐵路箱涵基礎(chǔ)采用預(yù)制管樁，間距較密、承載力高、持力層深，為保證地鐵運營階段軌面平順，靠近框構(gòu)的過渡段應(yīng)采用樁基礎(chǔ)保證沉降變形協(xié)調(diào)。設(shè)計考慮過渡段范圍內(nèi)基礎(chǔ)剛度均勻變化，在鐵路箱涵兩側(cè)60 m范圍內(nèi)布設(shè)間距6 m、樁長30 m鉆孔灌注樁，60～120 m范圍內(nèi)布設(shè)間距10 m、樁長25 m鉆孔灌注樁。按照GB/T 50783—2012《復(fù)合地基技術(shù)規(guī)范》進行復(fù)合地基沉降計算，計算時取標(biāo)準(zhǔn)組合，認(rèn)為U形槽及鐵路箱涵已固結(jié)沉降完成，該處只計算荷載變化所引起的沉降，可以滿足軌道結(jié)構(gòu)差異沉降控制值10 mm。

5 結(jié)語

從工程實施、投資控制、與相關(guān)權(quán)屬單位協(xié)商難易程度、對周邊環(huán)境影響、施工和運營期間對交通影響等幾個方面進行分析，區(qū)間采用線路直行、利用既有鐵路箱涵非機動車道結(jié)構(gòu)方案，對下立交U形槽結(jié)構(gòu)改造施工，采用剛度大的鉆孔灌注樁結(jié)合鋼支撐的圍護結(jié)構(gòu)體系，坑底進行加固提高被動區(qū)土體抗力，施作止水帷幕進行坑內(nèi)降水。區(qū)間明挖結(jié)構(gòu)近鐵路箱涵處的基坑底與鐵路箱涵底板底標(biāo)高基本一致，基坑開挖對鐵路箱涵的影響很小，對于路基和箱涵過渡段考慮將基坑圍護結(jié)構(gòu)水平向延伸一段距離，以減少對鐵路路基和周邊結(jié)構(gòu)的變形和影響。實施過程中的風(fēng)險主要是鐵路箱涵結(jié)構(gòu)及路基沉降和變形。工程實施過程中，嚴(yán)格控制打樁、挖土等作業(yè)對鐵路的擾動。通過荷載比較分析，荷載變化引起的沉降9.89 mm，若考慮鐵路箱涵兩側(cè)60～120 m范圍內(nèi)新布設(shè)的間距10 m、樁長25 m鉆孔灌注樁的有利作用，則結(jié)構(gòu)沉降量會有所減小；在沉降控制方面需考慮增設(shè)一定數(shù)量的工程樁，調(diào)平地鐵縱向結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的線剛度。既有結(jié)構(gòu)改造后的變形、沉降可以滿足運營階段地鐵、公路、鐵路的使用要求。

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