地鐵高架線(xiàn)過(guò)地裂縫段應(yīng)對(duì)措施研究

張新廣

（中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，710043，西安∥工程師 ）

地裂縫是西安特有的區(qū)域性地質(zhì)災(zāi)害，國(guó)內(nèi)目前尚無(wú)有關(guān)地鐵過(guò)地裂縫段處理措施的規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)。其變形具有三維特性，分為垂直位移、水平位移和水平扭動(dòng)，其中垂直位移且具有隨時(shí)間單項(xiàng)累計(jì)的特征。西安地鐵1、2號(hào)線(xiàn)分別對(duì)地下區(qū)間過(guò)地裂縫處理措施進(jìn)行了深入的專(zhuān)題研究。重點(diǎn)針對(duì)地裂縫垂直位移，提出了包括線(xiàn)路、軌道、區(qū)間結(jié)構(gòu)和防水等方面的綜合處理措施，但對(duì)高架橋梁過(guò)地裂縫處理措施尚無(wú)深入研究，西安地鐵3號(hào)線(xiàn)一期工程北端高架線(xiàn)路在灞河南側(cè)與f1地裂縫相交，為國(guó)內(nèi)首條高架線(xiàn)跨越地裂縫的地鐵線(xiàn)路。本文以西安地鐵3號(hào)線(xiàn)一期工程為例，重點(diǎn)結(jié)合高架橋梁結(jié)構(gòu)，以橋梁基礎(chǔ)產(chǎn)生不均勻沉降為前提，通過(guò)對(duì)線(xiàn)路調(diào)坡、橋梁梁型和支座選型以及軌道結(jié)構(gòu)處理措施等三方面綜合研究分析，提出采用簡(jiǎn)支梁和可調(diào)式框架板道床配合線(xiàn)路適應(yīng)性調(diào)坡的處理方案，為后續(xù)類(lèi)似工程處理提供借鑒。

1 工程概況

西安地鐵3號(hào)線(xiàn)一期工程為魚(yú)化寨至國(guó)際港務(wù)區(qū)段，正線(xiàn)全長(zhǎng)39.150km，其中地下線(xiàn)長(zhǎng)27.131 km，高架線(xiàn)長(zhǎng)11.565km，敞口段長(zhǎng)0.454km。共設(shè)車(chē)站26座，其中19座地下站（含6座換乘站），7座高架站。線(xiàn)路共15次穿越8條地裂縫，其中高架段1次跨越f1地裂縫。作為西安地鐵的第一條高架線(xiàn)路，如何處理好高架橋跨越地裂縫的問(wèn)題，關(guān)系到西安地鐵第一條高架線(xiàn)建設(shè)的成功與否。在長(zhǎng)安大學(xué)《地鐵隧道近距離平行和小角度穿越活動(dòng)地裂縫帶的性狀及防治措施研究》以及1、2號(hào)線(xiàn)地鐵過(guò)地裂縫段工程處理措施的研究基礎(chǔ)上，針對(duì)高架橋跨越f1地裂縫提出合理有效、安全可靠的應(yīng)對(duì)措施。為西安地鐵3號(hào)線(xiàn)的設(shè)計(jì)、施工及安全運(yùn)營(yíng)提供支持。

2 與高架段相交地裂縫的基本情況及本段線(xiàn)路概況

西安地鐵3號(hào)線(xiàn)與f1地裂縫交于線(xiàn)路YK 40＋096.45附近，f1地裂縫在線(xiàn)路附近的平面延伸情況見(jiàn)圖1。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查訪(fǎng)問(wèn)，f1地裂縫與地鐵線(xiàn)路相交處附近并未發(fā)現(xiàn)地面變形及破裂現(xiàn)象，因此目前該段地裂縫呈隱伏狀態(tài)，活動(dòng)不明顯。

圖1 f1地裂縫與地鐵線(xiàn)路關(guān)系圖

2.1 f1地裂縫基本參數(shù)

根據(jù)多年測(cè)量結(jié)果分析，地裂縫變形具有三維特性，分為垂直位移、水平位移和水平扭動(dòng)。三種變形量比為1∶0.31∶0.03，其中：垂直位移最大，且具有隨時(shí)間單項(xiàng)累計(jì)的特征（如圖2所示），對(duì)地鐵工程危害較大；水平位移次之，可通過(guò)軌道長(zhǎng)圓孔鐵墊板來(lái)調(diào)整；水平扭動(dòng)最小，對(duì)土建工程的影響可以忽略。

由現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查結(jié)果顯示，f1地裂縫與地鐵3號(hào)線(xiàn)交匯處─安邸村東側(cè)東三環(huán)路附近活動(dòng)跡象弱，無(wú)明顯活動(dòng)特征，推測(cè)該段地裂縫現(xiàn)階段活動(dòng)速率為1.0～2.0mm／a。

圖2 西安地鐵裂縫累計(jì)沉降曲線(xiàn)圖

根據(jù)長(zhǎng)安大學(xué)《地鐵隧道近距離平行和小角度穿越活動(dòng)地裂縫帶的性狀及防治措施研究》成果：f1地裂縫對(duì)地鐵3號(hào)線(xiàn)影響程度分級(jí)定性評(píng)價(jià)、地鐵設(shè)計(jì)使用期（100年）內(nèi)地鐵3號(hào)線(xiàn)與各地裂縫交匯處地鐵隧道設(shè)計(jì)的最大垂直位移量、最大水平（橫向）位移量和軸向位移量預(yù)測(cè)值、設(shè)防長(zhǎng)度分別如表1、表2所示。

表1 f1地裂縫對(duì)地鐵3號(hào)線(xiàn)影響程度評(píng)價(jià)表

表2 f1地裂縫處地鐵設(shè)計(jì)預(yù)留量

2.2 本段線(xiàn)路概況

f1地裂縫位于浐河?xùn)|─浐灞區(qū)間，線(xiàn)路采用直線(xiàn)跨越地裂縫，線(xiàn)路與地裂縫相交處里程為CK40＋096.45，交叉角度優(yōu)化為88°，跨地裂縫處橋梁跨度為一孔30m，上盤(pán)墩中心里程為CK40＋081.329，下盤(pán)墩中心里程為CK40＋111.329，地裂縫距上下盤(pán)兩墩的距離分別為15.12m和14.88m。縱斷面從CK30＋800開(kāi)始以坡度為9‰、300m長(zhǎng)的下坡至CK40＋100（約等于線(xiàn)路與地裂縫相交處里程），轉(zhuǎn)以平坡接入浐灞站?？绲亓芽p南側(cè)的半島環(huán)路處，凈空最小處約為6.7m。以地裂縫與線(xiàn)路相交處分界，小里程側(cè)為上盤(pán)，大里程側(cè)為下盤(pán)，浐灞站位于f1地裂縫下盤(pán)，車(chē)站距地裂縫最小距離26m。地裂縫附近線(xiàn)路平面及縱斷面如圖3、圖4所示。

圖3 線(xiàn)路平面圖

3 橋梁變形分析

根據(jù)既有地裂縫研究成果，地裂縫上盤(pán)整體相對(duì)下降、下盤(pán)相對(duì)不動(dòng)，錯(cuò)動(dòng)前后橋梁狀態(tài)如圖5所示。

圖4 線(xiàn)路縱斷面圖

圖5 地裂縫錯(cuò)動(dòng)前后橋梁示意圖（單位：cm）

從上圖可以看出，上盤(pán)整體下降后引起橋梁不均勻沉降的基礎(chǔ)為地裂縫上、下盤(pán)相鄰的兩個(gè)基礎(chǔ)，處理段長(zhǎng)度應(yīng)包含這兩處橋梁基礎(chǔ)。

4 應(yīng)對(duì)措施研究

4.1 線(xiàn)路適應(yīng)性調(diào)坡

f1地裂縫最大垂直位移量為150mm，地裂縫錯(cuò)動(dòng)后考慮通過(guò)在上盤(pán)增加一個(gè)坡段，來(lái)對(duì)上下盤(pán)之間的高差進(jìn)行銜接。設(shè)計(jì)中將變坡點(diǎn)設(shè)置在地裂縫與線(xiàn)路交叉處（CK40＋100），上盤(pán)下沉后，下盤(pán)坡度保持不變，仍為平坡。上盤(pán)由地裂縫處的變坡點(diǎn)向小里程取100m的坡段作為調(diào)坡段，即在CK40＋000處設(shè)置一處變坡點(diǎn)，將CK4＋100處的變坡點(diǎn)高程抬升，使后一坡段保持平坡，則調(diào)坡段的坡度會(huì)減小。

設(shè)調(diào)坡段長(zhǎng)度為“L”（100m），地裂縫最大垂直位移為Amax（0.15m），調(diào)坡前坡度為i0（9‰ ），調(diào)坡后坡度為i1，由 L＝Amax／（i0－i1）計(jì)算得i1＝7.5‰。則調(diào)整后該段縱坡9‰≥i≥7.5‰，坡度滿(mǎn)足規(guī)范要求；原坡度分解出一段100m長(zhǎng)的調(diào)坡段后，前一坡段坡長(zhǎng)為200m，坡長(zhǎng)也滿(mǎn)足需求。線(xiàn)路調(diào)坡示意圖見(jiàn)圖6。

圖6 線(xiàn)路調(diào)坡示意圖

地裂縫處理段長(zhǎng)度L處理段應(yīng)為：L處理段＝調(diào)坡長(zhǎng)度＋前邊坡點(diǎn)切線(xiàn)長(zhǎng)T1＋后邊坡點(diǎn)切線(xiàn)長(zhǎng)T2。由于調(diào)整后坡差不會(huì)大于1.5‰，故前邊坡點(diǎn)（CK40＋000）處不需要設(shè)置豎曲線(xiàn)，T1為0。調(diào)坡段長(zhǎng)度較長(zhǎng)，一般均包含上盤(pán)第一個(gè)橋梁基礎(chǔ)，若不包含則加長(zhǎng)上盤(pán)處理長(zhǎng)度，使處理段包含上盤(pán)第一個(gè)基礎(chǔ)，取整5m里程即可。后邊坡點(diǎn)（CK40＋100）處豎曲線(xiàn)T2長(zhǎng)為13.5m，處理段終點(diǎn)里程為CK40＋113.5m，已包含跨地裂縫整孔橋梁。若不包含整孔橋梁，則下盤(pán)處理段長(zhǎng)度也應(yīng)加長(zhǎng)至下盤(pán)第一個(gè)墩以外，取整5m里程即可。

本段L處理段＝100m＋0＋13.5m＝113.5m，設(shè)計(jì)取115m。因此，調(diào)坡范圍為CK40＋000～CK40＋115。以上調(diào)坡通過(guò)軌道結(jié)構(gòu)的調(diào)整予以實(shí)現(xiàn)?？缭絝1的橋跨，兩側(cè)基礎(chǔ)分別位于地裂縫上、下盤(pán)，需設(shè)置為簡(jiǎn)支梁來(lái)適應(yīng)不均勻沉降。

4.2 軌道調(diào)整

穿越地裂縫區(qū)段軌道結(jié)構(gòu)采用可調(diào)式框架板軌道配用大調(diào)量扣件的設(shè)計(jì)方案。

在0～30mm范圍內(nèi)的累計(jì)變形，通過(guò)扣件系統(tǒng)中加設(shè)調(diào)高墊板實(shí)現(xiàn)調(diào)整。

在31～50mm范圍內(nèi)的累計(jì)變形，通過(guò)更換加厚鐵墊板實(shí)現(xiàn)調(diào)整。

變形超過(guò)50mm以后，將扣件所加設(shè)的調(diào)高墊板撤出，并將加厚鐵墊板換成普通鐵墊板，同時(shí)在框架軌道板下方墊入50mm的橡塑墊塊，之后51～100mm范圍內(nèi)的累計(jì)變形仍通過(guò)扣件系統(tǒng)的調(diào)整能力來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)整。

當(dāng)變形達(dá)到100mm時(shí)，將所墊橡塑墊塊撤出，扣件復(fù)原，在框架板下部采用厚度100mm的混凝土墊塊進(jìn)行調(diào)高，之后101～150mm范圍內(nèi)的累計(jì)變形仍通過(guò)扣件系統(tǒng)的調(diào)整能力來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)整，混凝土墊塊通過(guò)粘接劑與基礎(chǔ)混凝土聯(lián)結(jié)，同時(shí)在相鄰混凝土墊塊之間填充混凝土，以確?；炷翂|塊的穩(wěn)定性，最后將框架板側(cè)面的基礎(chǔ)擋臺(tái)部分混凝土進(jìn)行加高處理，以確保框架板的橫向限位。可調(diào)式框架板道床平面、橫斷面及調(diào)整原理見(jiàn)圖7、圖8。

4.3 高架橋應(yīng)對(duì)措施

針對(duì)地裂縫，橋梁結(jié)構(gòu)采取以下措施：

（1）跨越地裂縫的橋梁上部結(jié)構(gòu)采用靜定結(jié)構(gòu)，采用簡(jiǎn)支梁跨越，橋下凈空留足富余，以適應(yīng)地裂縫的可能變形；

圖7 可調(diào)式框架板平面示意圖（單位：mm）

圖8 可調(diào)式框架板橫斷面圖（單位：mm）

（2）跨越地裂縫的橋梁，采用可調(diào)高支座，墩帽預(yù)留足夠的頂梁空間；

（3）跨越地裂縫的橋梁，應(yīng)定期監(jiān)測(cè)地裂縫的活動(dòng)，并根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求及線(xiàn)路、軌道平順度的要求及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，加強(qiáng)維修養(yǎng)護(hù)；

（4）根據(jù)《西安地裂縫場(chǎng)地勘察與工程設(shè)計(jì)規(guī)程》，基礎(chǔ)避讓地裂縫距離滿(mǎn)足上盤(pán)大于6m，下盤(pán)大于4m。

5 結(jié)語(yǔ)

（1）地鐵工程過(guò)地裂縫的應(yīng)對(duì)措施是一項(xiàng)復(fù)雜的綜合性工作，其適應(yīng)性仍有待于在工程實(shí)踐中進(jìn)一步驗(yàn)證、總結(jié)。在設(shè)計(jì)中，有條件時(shí)首選還是從平面上繞避，盡量減少地裂縫對(duì)地鐵工程的干擾；必須穿越時(shí)，應(yīng)盡量增大交叉角度；車(chē)站位置除了滿(mǎn)足地裂縫上下盤(pán)避讓距離要求外，還應(yīng)設(shè)置在線(xiàn)路調(diào)坡范圍以外；縱斷面設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)為線(xiàn)路后期調(diào)坡預(yù)留充足的條件。

（2）地鐵高架線(xiàn)工程過(guò)地裂縫不同于地下隧道，簡(jiǎn)支梁適應(yīng)不均勻沉降能力較強(qiáng)，因此跨地裂縫采用簡(jiǎn)支梁橋?yàn)橐恕＞€(xiàn)路調(diào)坡長(zhǎng)度及軌道處理范圍的確定應(yīng)充分考慮橋梁梁體整體剛性旋轉(zhuǎn)的特點(diǎn)，結(jié)合線(xiàn)路平縱面與橋梁孔跨布置綜合研究確定。

（3）運(yùn)營(yíng)過(guò)程中應(yīng)對(duì)地裂縫進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，根據(jù)具體的監(jiān)測(cè)結(jié)果，選擇合理的軌道調(diào)整量，保證運(yùn)營(yíng)安全。

［1］GB 50157—2003地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［2］DBJ 61－6－2006西安地裂縫場(chǎng)地勘察與工程設(shè)計(jì)規(guī)程［S］.

［3］張家明.西安地裂縫研究［M］.西安：西北大學(xué)出版社，1990.

［4］孟振江，盧全中，李喜安，等.西安三號(hào)線(xiàn)地裂縫發(fā)育特征及活動(dòng)趨勢(shì)［J］.長(zhǎng)安大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2012（1）：66.

［5］長(zhǎng)安大學(xué)，中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，西安市地下鐵道有限公司.地鐵隧道近距離平行和小角度穿越活動(dòng)地裂縫帶的性狀及防治措施研究（設(shè)防參數(shù)研究報(bào)告）［R］.西安：長(zhǎng)安大學(xué)，2010.

［6］中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司.西安市地鐵二號(hào)線(xiàn)工程（鐵路北客站—韋曲段）可行性研究報(bào)告［R］.西安：中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，2006.

［7］中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司.西安市地鐵一號(hào)線(xiàn)一期工程（后圍寨—紡織城）可行性研究報(bào)告［R］.西安：中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，2008.

［8］中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司.西安市地鐵三號(hào)線(xiàn)一期工程（魚(yú)化寨—國(guó)際港務(wù)區(qū)）可行性研究報(bào)告［R］.西安：中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，2010.

［9］李團(tuán)社.西安地鐵穿越地裂縫帶線(xiàn)路與軌道工程方案研究［J］.鐵道工程學(xué)報(bào)，2009（12）：81.

［10］高虎艷，李忠生.西安地裂縫對(duì)線(xiàn)狀工程設(shè)施的破壞及其防治措施［J］.城市軌道交通研究，2012（10）：86.