鄭州站西出口地道設(shè)計與施工

王春梅

(中鐵第四勘測設(shè)計院集團(tuán)有限公司,武漢 430063)

鄭州站西出口地道設(shè)計與施工

王春梅

(中鐵第四勘測設(shè)計院集團(tuán)有限公司,武漢 430063)

鄭州站西出口工程為鄭州站改建工程,共有 3座地道,其中南、北旅客地道均為既有地道接長,寬均為7.05m,中央旅客進(jìn)站地道為新建地道,寬 12m。由于本工程位于既有車站,周邊環(huán)境復(fù)雜,制約因素多,設(shè)計、施工復(fù)雜。本工程的地道均采用明挖和頂進(jìn)相結(jié)合的施工方法,而且為了適應(yīng)本項(xiàng)目的特殊情況,南、北旅客地道頂進(jìn)節(jié)的結(jié)構(gòu)形式均采用了雙層結(jié)構(gòu)。以南旅客地道為例,主要介紹該地道的一些設(shè)計構(gòu)思以及施工措施等。

既有鐵路車站;地道;雙層結(jié)構(gòu);架空;頂進(jìn);設(shè)計;施工

鄭州站位于鄭州市城市中心,京廣、隴?？蛙嚲€呈“十”字交叉引入,4條貨車正線在鄭州站西側(cè)與鄭州站基本平行通過(相距約 55m),將城市分割成東西兩部分。由于客流集中于車站東側(cè),受城市道路和站前廣場的交通制約,人流、車流進(jìn)出站較為不便,為此鐵道部提出了新建西出口站房工程。為了配合西出口站房工程,需將東側(cè)的既有南、北旅客地道接長至西出口,并新建一座 12m寬的中央旅客進(jìn)站地道下穿貨線連接?xùn)|西站房。

西出口工程位于既有車站內(nèi),地道修建會影響站內(nèi)部分既有股道的行車,經(jīng)與站內(nèi)協(xié)商,既有 16、17道以及 4條貨線均不能停運(yùn),因此施工時必須對這些股道進(jìn)行架空處理?？拷鼥|站房附近的地道,由于基坑深度不深,約 6.5m,可以采用明挖基坑現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的施工方法。由于貨線路基高程比東站房內(nèi)其他股道高出 4.08m,基坑深達(dá) 10.5 m,若采用明挖法施工,開挖影響范圍大,而且基坑深、防護(hù)難度大,因此設(shè)計采用了頂進(jìn)法施工。結(jié)合本工程的特點(diǎn),其中南、北旅客地道均采用了一種特殊的雙層結(jié)構(gòu)形式,該結(jié)構(gòu)適應(yīng)了本工程的特殊情況,為此類工程積累了經(jīng)驗(yàn),值得今后借鑒。

1 地質(zhì)概況

表層為(1)1：Q4ml人工填土,稍密,潮濕,成分較雜,主要為粉土、砂夾礫碎石,局部表層為混凝土,Ⅰ類,σ[0]=100 kPa,厚 0 ～ 6.95m;其下為 (2)4-2：

Q3

al+pl粉土,褐黃色,稍密,稍濕 ～潮濕,局部夾薄層黏性土,Ⅱ類,σ[0]=120kPa,厚 2.3 ～ 3.2m;以下為(2)1-1：Q3

al+pl粉砂,褐黃色,松散,潮濕 ～飽和,局部夾薄層黏性土,Ⅰ類,σ[0]=80 kPa,厚 2.8～4.7m;以下為 (2)5-1：Q3al+pl粉質(zhì)黏土,灰綠色夾褐黃色,軟塑,局部偏硬,局部夾少量礓石,Ⅱ類,σ[0]=150 kPa,厚 1.8～3.5m;以下為(2)2-2：Q3al+pl細(xì)砂,褐黃色,中密 ,飽和,Ⅰ類,σ[0]=150 kPa,厚 0 ～1.6m;局部為 (2)2-3：Q3

al+pl細(xì)砂 ,褐黃色 ,中密,飽和 ,Ⅰ類,σ[0]=200 kPa,厚 0～1.2m;最后為(2)5-2：Q3al+pl粉質(zhì)黏土 ,褐黃色 ,硬塑,局部夾 5%～10%礓石,Ⅲ類,σ[0]=220kPa。

地道結(jié)構(gòu)除部分站臺出入口位于(1)1填土層以外,其余結(jié)構(gòu)基本位于(2)4-2粉土層和(2)1-1粉砂層內(nèi)。

2 地道設(shè)計與施工

2.1 地道概況

地道中心里程為 GK676+229.304,為既有地道接長,即從既有 6站臺轉(zhuǎn)角接長上 7站臺,并將洞身接長下穿貨線通至新建西站房。

地道洞身寬 7.05 m,高 3.27 m,洞身長 138.596 m;出入口形式為雙側(cè)臺階式,寬 4.05 m,出入口單側(cè)長19.04m。

地道洞身共分 5節(jié),其中 4節(jié)采用明挖基坑現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)法施工;下穿貨線的一節(jié)則采用預(yù)制鋼筋混凝土頂進(jìn)法施工。

2.2 地道結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.2.1 結(jié)構(gòu)方案的確定

對于普通段的地道方案,由于基坑不深,設(shè)計采用明挖基坑現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的施工方法。對于不能停運(yùn)的既有 16、17道采用架空處理。

對于 4條貨線,由于貨車密度較大,不能停運(yùn)。施工期間也必須要對股道進(jìn)行架空處理?？紤]到貨線部分的路基比車站內(nèi)其他段的路基高 4.08m,采用明挖法施工實(shí)施的可能性較小,其原因主要有以下幾點(diǎn)：(1)該部分基坑深達(dá)到 10.5m,基坑防護(hù)困難,施工難度大,且防護(hù)造價高;(2)車站內(nèi)貨車密度大,站內(nèi)要點(diǎn)困難,大部分時間只能在天窗時間作業(yè),因此施工進(jìn)度緩慢,無法滿足工期的需要;(3)若明挖,股道架空的要求也必須相應(yīng)提高,施工期間運(yùn)輸安全性降低。因此,決定采用頂進(jìn)法施工。另外,考慮到地道頂進(jìn)過程中,會在一定程度上造成路基隆起或沉降,危及到行車安全,為此,設(shè)計要求頂進(jìn)過程中先將結(jié)構(gòu)頂板的土體和道砟全部清除。為了減少頂部土體開挖的高度,盡量減小開挖對路基的影響,設(shè)計采用了雙層結(jié)構(gòu)形式,以抬高結(jié)構(gòu)頂板的高度。

2.2.2 地道結(jié)構(gòu)形式及尺寸的擬定

(1)結(jié)構(gòu)形式

地道洞身和出入口封閉段均采用箱形框架結(jié)構(gòu),出入口敞開段采用 U形結(jié)構(gòu)。

(2)尺寸的擬定

明挖現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu),在內(nèi)凈空上扣除裝修所需的空間要求后與既有地道基本保持一致。在擬定結(jié)構(gòu)厚度時,先參考類似工程初擬一個參數(shù),然后采用SAP84結(jié)構(gòu)計算軟件進(jìn)行驗(yàn)算,最后根據(jù)計算結(jié)果和配筋情況對原參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。根據(jù)本工程的地質(zhì)情況及受力情況,經(jīng)計算,明挖結(jié)構(gòu)側(cè)墻厚度采用 0.45m,頂、底板厚度采用 0.5m,其結(jié)構(gòu)剖面如圖1(a)所示;頂進(jìn)部分的雙層結(jié)構(gòu)側(cè)墻厚度采用 0.55m,頂?shù)装褰Y(jié)構(gòu)厚度采用 0.6m,上下層結(jié)構(gòu)之間的中間隔板厚度采用 0.3m,其結(jié)構(gòu)剖面如圖1(b)所示。

2.2.3 頂進(jìn)部分

(1)結(jié)構(gòu)設(shè)計

貨線下的地道頂進(jìn)節(jié)長度設(shè)計為 20m,采用了雙層結(jié)構(gòu)形式,上層結(jié)構(gòu)與下層同寬。上層凈空高為2.5m,其取值主要考慮以下因素：①結(jié)構(gòu)頂板上部土體開挖深度要小;②地道頂進(jìn)時可以在其上設(shè)置一定高度的支撐;③盡量降低結(jié)構(gòu)的工程造價。設(shè)計考慮上層結(jié)構(gòu)在竣工初期暫時封閉,以后可以作為管線通道。下層結(jié)構(gòu)為旅客通道,結(jié)構(gòu)寬 7.05 m,高 4.1m,與一般段在結(jié)構(gòu)上存在一定高差,由于整個地道結(jié)構(gòu)沿頂進(jìn)方向?yàn)樯掀?頂進(jìn)角度較難控制,為此將該頂進(jìn)節(jié)設(shè)計成平坡,并在凈空上留足因坡度所引起的高差。地道內(nèi)頂板保持與其他節(jié)地道順接,高差留在下部,待地道頂進(jìn)到位之后,再通過調(diào)整路面的厚度與其他節(jié)路面順接。

圖1 洞身結(jié)構(gòu)剖面(單位：mm)

(2)頂進(jìn)設(shè)計

頂進(jìn)節(jié)結(jié)構(gòu)長度的確定,主要考慮該節(jié)穿過 4條貨線之后還留有一定的富裕長度,以攔截路基道砟或落石;同時頂進(jìn)節(jié)也不易過長：一是為減少需要的頂推力,降低相關(guān)費(fèi)用;二是盡量降低土建工程造價。綜合考慮上述因素的影響及 4條貨線的線間距,頂進(jìn)節(jié)長度采用了 20m?；彘L度采用了 23 m。地道頂進(jìn)段立面如圖2所示。

如圖2所示,設(shè)計時后背采用了樁基礎(chǔ)加承臺的結(jié)構(gòu)形式。施工時原后背的位置作為施工通道使用,后背改為通過打設(shè)鋼軌樁,樁后墊枕木垛,并通過錨索將鋼軌樁錨固。如圖3所示。

圖2 地道頂進(jìn)段立面(單位：mm)

圖3 后背示意

經(jīng)計算,地道頂進(jìn)需要 8臺 320 t的千斤頂,施工時設(shè)置了 10臺,2臺作為備用,同時在施工期間也可通過調(diào)整千斤頂?shù)奈恢脤Y(jié)構(gòu)進(jìn)行局部糾偏。傳力設(shè)備采用頂柱(截面為 30～40 cm的正方形),橫向每 1 m布置 1根,橫向共布置 9根,縱向可設(shè) 1～8m一節(jié);千斤頂與頂柱之間或頂柱與頂柱之間采用橫梁將頂力均勻傳遞,橫梁長度為 9 m,縱向可每隔 5～6m設(shè)置1道。

2.3 股道架空

2.3.1 架空方案的確定

線路股道架空一般常采用租賃的成品便梁,但對線間距有特殊要求;另外,梁的支撐基礎(chǔ)則一般采用人工挖孔樁。

本地道架空范圍內(nèi)的股道,除了兩條正線外還有道岔,無法采用常規(guī)可租賃的便梁,如果定做,其造價太高,而站內(nèi)需要加固的范圍有好幾處,其通用性差,不經(jīng)濟(jì)。因此,經(jīng)過綜合比選,最后決定采用自制縱橫抬梁。

架空梁的基礎(chǔ),一般采用人工挖孔樁,樁長一般在14～20m,直徑在 1.2～2m。在既有站場內(nèi),在行車密度大要點(diǎn)困難的情況下,深樁基的開挖及吊裝鋼筋籠的難度都很大,工期上也很難保證。因此施工時采用了 4根小直徑(直徑為 0.5m和 0.6m)的挖孔樁加上部承臺來作為架空梁的基礎(chǔ)。

對于樁的施工方法,本工程做了大膽的創(chuàng)新。把挖孔樁傳統(tǒng)的人挖施工方法改成了采用洛陽鏟施工,這樣在樁基施工時,對操作空間和時間要點(diǎn)上的要求都有所降低,從而保證了工期,同時也規(guī)避了在既有車站內(nèi)人工挖深樁基所存在的風(fēng)險。

2.3.2 股道架空

南地道既有的 16、17道架空段位于 188號、200號道岔尖軌和導(dǎo)曲線范圍內(nèi),地道中心距活動尖軌前端 5.71m,架空范圍在 43 kg/m的 1/9道岔敏感地段,架空前停用 200號道岔。為確保 188號道岔在開啟時正常使用,滿足運(yùn)行中所發(fā)生荷載的應(yīng)力、剛度要求和架空體系的整體穩(wěn)定性,線路加固采用以橫抬梁為主、縱梁為輔的橫向加固形式,挖孔灌注樁作為基礎(chǔ),以長16m的 I100型鋼作縱梁,提高架空跨度,橫抬梁由 2片長 6m[32槽鋼背對背拼裝而成,在每個枕木空檔穿1根,有連接桿無法穿橫抬梁時,加吊軌梁代替,扣軌采用 3扣軌束。橫抬梁、縱梁、吊軌聯(lián)接均采用 φ22 mm“U”形螺栓聯(lián)接,橫抬梁頂部加墊 20mm厚木墊板,與基本軌絕緣。線路加固時,增設(shè)防止線路位移的軌距桿,并在縱梁與鋼軌間每隔 2m設(shè)方木頂撐,使整個場區(qū)架空形成一個加固體系,以策整體穩(wěn)定?？v橫梁實(shí)圖見圖4。

圖4 股道架空縱橫梁

架空支點(diǎn)采用挖孔樁作為基礎(chǔ),4組外側(cè)的樁徑為 0.5m,2組中間的樁徑為 0.6m,樁長均為 8m,共計 24根。4組外側(cè)的承臺尺寸為 1.75m×1.75 m×0.6m,2組中間的為 2.1m×2.1m×0.6m,共計 6個。架空平面布置如圖5、圖6所示。

圖5 南旅客地道架空平面布置(單位：cm)

圖6 南旅客地道架空立面(單位：cm)

2.4 施工組織

2.4.1 線路架空

線路架空既是本工程施工的關(guān)鍵,也是本工程的重點(diǎn),因此必須做好該部分的施工組織安排。

首先是進(jìn)行工期安排,提出要點(diǎn)計劃,根據(jù)初步安排,架空需要的慢行時間約 75 d,主要進(jìn)行線路架空、現(xiàn)澆主體結(jié)構(gòu)及拆除架空等工作;其次,對站房內(nèi)通過架空線路的車輛實(shí)施慢行管理,慢行范圍為地道中心里程前后各 20m,慢行總長 40m,慢行速度為 15 km/h。

然后開始進(jìn)行樁基施工。樁基施工采用挖孔樁,設(shè)備主要采用 4套洛陽鏟交叉進(jìn)行開挖。開挖之前,對架空范圍(洞身軸線兩側(cè)各 8m)內(nèi)的線路進(jìn)行扣軌防護(hù)(兩側(cè) 3扣軌束,中間 5扣軌束),開挖完畢后吊裝鋼筋籠并及時澆筑混凝土。

接下來是施作承臺,承臺模板采用木枕和鋼模組合,位于枕木頭位置處采用木枕,另兩側(cè)采用鋼模,木枕同時起到加固線路的作用,模板安裝要求具有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性,最后澆筑混凝土。

承臺施工完畢后,即可進(jìn)行橫抬梁安裝及縱梁安裝。

2.4.2 結(jié)構(gòu)施工

(1)明挖段

對于在既有線附近的出入口以及跨越既有線的那節(jié)洞身,采用鋼板樁防護(hù)開挖;其他 3節(jié)洞身采用放坡開挖?；油诤煤?做墊層及防水層,然后綁扎鋼筋,最后澆筑結(jié)構(gòu)混凝土。

(2)頂進(jìn)段

貨線的架空方案基本同站內(nèi) 16、17股道。

先施工頂進(jìn)工作坑,開挖時,基坑開挖邊坡按 1∶0.75放坡,采用噴錨網(wǎng)防護(hù)。鋼筋網(wǎng)間距為 20 cm×20 cm,采用 φ8mm鋼筋;噴 C20混凝土厚 10 cm,錨桿采用 φ22mm砂漿錨桿,長 4m,間距為 1.5m×1.5m(梅花形布置)?？蚣茼斶M(jìn)面不需噴錨支護(hù),在地道南側(cè)房屋范圍內(nèi)采用樁基圍護(hù)垂直開挖。

基坑做好后,接著做滑板和預(yù)制頂進(jìn)節(jié)結(jié)構(gòu),地道預(yù)制好之后,在地道頂部設(shè)置一定高度且穩(wěn)定可靠的枕木垛作為架空梁的中部支撐(兩頭為挖孔樁)。如圖7所示。

圖7 頂進(jìn)節(jié)

接下來開始頂進(jìn),當(dāng)上部有貨車通過時應(yīng)停止頂進(jìn)。一般情況下,每次可以頂進(jìn) 0.6～1.0m,平均 1 d可以頂 3～4次,因此一般 1 d可以頂 3m左右。

地道頂進(jìn)到位后,再進(jìn)行結(jié)構(gòu)兩側(cè)松動土體的回填夯實(shí),必要時可采用注漿處理。頂部則用級配碎石加 5%的水泥回填,最后鋪道砟和恢復(fù)路線。

3 結(jié)語

本工程地道的最終實(shí)施方案(包括地道結(jié)構(gòu)形式、地道采用的施工方法、架空梁的形式以及樁基的施工等)均適應(yīng)了本項(xiàng)目的特殊情況。同時保證了工期,而且在最大程度上減少了地道施工給站內(nèi)行車所帶來的影響。

[1]TB10002.1—2005,鐵路橋涵設(shè)計基本規(guī)范[S].

[2]GB50010—2002,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].

[3]GB50226—2007,鐵路旅客車站建筑設(shè)計規(guī)范[S].

[4]CJJ69—95,城市人行天橋與人行地道技術(shù)規(guī)范[S].

[5]CJJ74—99,城鎮(zhèn)地道橋頂進(jìn)施工及驗(yàn)收規(guī)范[S].

[6]GB50111—2006,鐵路工程抗震設(shè)計規(guī)范[S].

[7]GB50108—2008,地下工程防水技術(shù)規(guī)范[S].

[8]楊建良.鐵路框構(gòu)橋設(shè)計體會[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計,2009(3)：80-82.

[9]CCES01—2004,混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計與施工指南[S].

U 448.12

A

1004-2954(2010)07-0085-04

2010-05-12;

2010-05-17

王春梅(1972—),女,高級工程師,1994年畢業(yè)于重慶交通大學(xué)。