成都地鐵馬鞍北路站軌排井設(shè)計(jì)

中鐵隧道勘測設(shè)計(jì)院有限公司 610000

摘要：因成都地鐵進(jìn)入BT建設(shè)模式，施工階段發(fā)生總工期變更，導(dǎo)致馬鞍北路站在施工過程中增加變設(shè)計(jì)，增加軌排井基地。由于車站周邊條件和自身結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，再增加軌排井孔洞，對結(jié)構(gòu)的安全性進(jìn)行巨大挑戰(zhàn)。本文對馬鞍北路站的設(shè)計(jì)、計(jì)算和監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行闡述和總結(jié)。

一、引言

在地鐵建設(shè)中，軌道鋪設(shè)的鋼軌需從地面調(diào)入地鐵車站和隧道底板上，單節(jié)鋼軌達(dá)25米長，一般要求在結(jié)構(gòu)板設(shè)置5mX30m臨時(shí)孔洞，這樣的孔洞稱為軌排井。軌排井孔洞狹長，軌排井范圍內(nèi)不能阻擋物，一般在軌排井處，只考慮基坑支護(hù)（圍護(hù)樁+錨索）獨(dú)立受力，不將土壓力傳遞到主體結(jié)構(gòu)。因3號線一期總工期調(diào)整，原有鋪軌基地設(shè)置無法滿足短軌通的工期要求，故提出需在馬鞍北路站站增設(shè)軌排井基地的要求。但馬鞍北路站圍護(hù)樁已施工完畢，基坑周邊房屋密集，房屋基礎(chǔ)距基坑距離為3米左右，基礎(chǔ)埋深4～6米，結(jié)構(gòu)外輪廓無法調(diào)整，不能采用樁+錨索圍護(hù)支護(hù)形式，故采用了加強(qiáng)主體結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)軌排井孔洞。

二、工程概況

成都地鐵3號線一期工程由城市東北走向西南，全長20.35km，全為地下線，共設(shè)置17座車站，馬鞍北路站是一期工程中間站。本站為地下二層明挖車站，采用11m島式站臺(tái)。車站總長227m，標(biāo)準(zhǔn)段寬度為19.7m，帶臨時(shí)停車線242m，標(biāo)準(zhǔn)寬度10.2m。由于場地受限，在車站大里程端渡線處設(shè)置軌排井，軌排井孔洞大小為4mX27m，車站大里程端右線為盾構(gòu)調(diào)出井孔洞7X11m。

三、工程地質(zhì)及水文地質(zhì)

1、巖土分層及其特征

經(jīng)勘察查明[1]，在本車站鉆探揭露深度范圍內(nèi)，場地土由第四系全新統(tǒng)人工填土層（Q4ml），第四系上更新統(tǒng)沖洪積層（Q3al+pl）及白堊系上統(tǒng)灌口組（K2g）基巖組成。各層土的構(gòu)成和特征分布從上至下分述如下：

<1>第四系全新統(tǒng)人工填土層（Q4ml）。

（1-1）雜填土：雜色，松散，稍濕。主要以新近回填的碎石、磚塊、近期拆遷遺留的建筑垃圾及原建筑基礎(chǔ)和地坪殘跡為主。

<2>第四系上更新統(tǒng)沖洪積層（Q3al+pl）：

（3-1-2）粘土：褐黃色，褐色，可塑。含鐵錳質(zhì)氧化物，稍有光澤，干強(qiáng)度高，韌性高，局部含少量灰白色粘土。

（3-2）粉質(zhì)粘土：褐黃、灰褐、灰黃色，可塑。含鐵錳質(zhì)氧化物，無搖振反應(yīng)，稍有光澤，干強(qiáng)度中等，韌性中等，夾少量鐵、錳質(zhì)氧化物，局部手搓砂感明顯，裂隙不發(fā)育。

（3-5）中砂：灰黃色、灰色，飽和，稍密～中密，由長石、石英、云母細(xì)片、暗色礦物及巖屑組成，含少量卵石，呈透鏡體狀分布于卵石土層間。

（3-6-2）稍密卵石：灰黃色～黃褐色，稍密，飽和，卵石粒徑一般3～8cm，個(gè)別達(dá)10cm，呈亞圓形。含55%～65%的卵石，充填中砂、礫石和少量粘性土。N120修正擊數(shù)[2]一般為4～7擊。

（3-6-3）中密卵石：褐黃色～黃色，中密，飽和，卵石粒徑一般4～10cm，呈亞圓形。含65%～70%的卵石，充填中砂、礫石和少量粘土。N120修正擊數(shù)一般為7～10擊。

（3-6-4）密實(shí)卵石：黃～黃褐色，密實(shí)，飽和，卵石粒徑一般4～10cm，個(gè)別大于15cm，呈亞圓形。含70%～80%的卵石，充填中砂、礫石和少量粘土。N120修正擊數(shù)大于10擊。

2、不良地質(zhì)與特殊巖土及應(yīng)對措施

本車站范圍無不良地質(zhì)，存在的特殊巖土為人工填筑土、膨脹土。

<1> 人工填筑土

本車站人工填筑土為雜填土。雜填土以卵石土和碎石土為主，充填大量建筑垃圾。該層土均勻性差，多為欠壓密土，結(jié)構(gòu)疏松，多具強(qiáng)度較低、壓縮性高、受壓易變形的特點(diǎn)。

施工范圍內(nèi)全部挖除該層土，

<2> 膨脹土

（3-1-2）粘土自由膨脹率（FS）=44～48%，平均值為46%，蒙托石平均含量為11.52%，陽離子交換量平均為177.0mmol/Kg，（3-1-2）粘土判定為膨脹土[3]，具弱～中等膨脹性，膨脹力為48.5～81.5kPa，平均值為69.0kPa，分級變形量sc為13.7～21.6mm，地基脹縮等級為Ⅰ級。膨脹土具有遇水軟化、膨脹、崩解，失水開裂、收縮的特點(diǎn)。成都市大氣影響急劇深度為1.35m，大氣影響深度為3.0m。應(yīng)對措施：及時(shí)封閉降低該土層含水率和膨脹力。

3、地下水類型及富水性

<1>地表水

該車站周邊無地表水系流過。

<2>地下水

根據(jù)成都區(qū)域水文地質(zhì)資料、場地土層及地下水的賦存條件，地下水主要有3種類型：一是賦存于填土里的上層滯水，二賦存于卵石層的孔隙潛水。

（1）上層滯水

上層滯水主要賦存于粘土層之上的填土層中，受大氣降水、溝渠和附近居民的生活用水為其主要補(bǔ)給源。

由于其水量相對小，對地下工程基本無影響。

（2）砂、卵石土層中的孔隙潛水

孔隙潛水賦存于中砂（3-5）、卵石層（3-6）中?？辈炱陂g測得本車站地下水穩(wěn)定水位埋深為6.9～7.3m、標(biāo)高為496.31～497.29m.（3-6）層滲透系數(shù)約為18m/d，屬強(qiáng)透水性[1]。

車站采用坑外降水至底板下0.5m。

<3>抗浮水位

抗浮為地表下3m。

4、地質(zhì)參數(shù)建議值表

設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)尺寸：結(jié)構(gòu)頂板900mm、中板400mm、夾層板200mm、內(nèi)隔墻300mm、底板1000mm、側(cè)墻700、800mm，圍護(hù)樁A1200@2000mm，鋼支撐

A609，壁厚14mm，橫向間距3500mm，縱向支撐在頂板、夾層板和中板位置。

軌排井孔洞旁為車站盾構(gòu)調(diào)出孔洞，盾構(gòu)孔洞封堵前需用鋼支撐A609，壁厚14mm臨時(shí)支撐軌排井孔洞。盾構(gòu)孔洞封閉后拆除臨時(shí)鋼支撐，吊裝鋼軌。在軌排井開洞范圍內(nèi)中板永久孔洞全部臨時(shí)封堵，軌排井孔洞封堵后再鑿開封閉永久孔洞。

五、軌排井結(jié)構(gòu)計(jì)算

1、工況一：盾構(gòu)孔未封堵

在盾構(gòu)井封堵前，軌排井須架設(shè)臨時(shí)鋼支撐，保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。計(jì)算采用sap2000進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，板采用shell單元模擬，梁，柱、支撐采用框架模擬。整體計(jì)算選取軌排井向兩端各取15m進(jìn)行建模，車站地基采用文克爾地基模型，土體對結(jié)構(gòu)的彈性反力用彈簧代替，彈簧剛度依據(jù)詳勘資料中的垂直基床系數(shù)和水平基床系數(shù)選取。由于車站在縱向上剛度十分大，在整體模型兩端對車站的縱向位移進(jìn)行約束。為安全起見，此次計(jì)算不考慮圍護(hù)樁的有利作用。

荷載計(jì)算：

頂板、中板，風(fēng)道板上施工荷載：5kN/m2；

土壓力：FCT1=20×3.5X0.35=24.5 kN/ m2；

FCT2=0.35×12.48×20+24.5=112kN/ m2；

盾構(gòu)施工期間端墻上超載：75*0.35=26.25 kN/ m2

先建立三維整體幾何模型，再對板單元，框架單元賦予屬性，施加荷載，對模型使用自動(dòng)網(wǎng)格劃分，最后進(jìn)行計(jì)算。

2、工況二：盾構(gòu)孔封堵，拆除軌排井內(nèi)支撐，進(jìn)行軌排施工

在盾構(gòu)井封堵后，軌排井架設(shè)的臨時(shí)鋼支撐須拆除，進(jìn)行軌排施工。計(jì)算采用sap2000進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，板采用shell單元模擬，梁，柱、支撐采用框架模擬。整體計(jì)算選取軌排井向兩端各取15m進(jìn)行建模，車站地基采用文克爾地基模型，土體對結(jié)構(gòu)的彈性反力用彈簧代替，彈簧剛度依據(jù)詳勘資料中的垂直基床系數(shù)和水平基床系數(shù)選取。由于車站在縱向上剛度十分大，在整體模型兩端對車站的縱向位移進(jìn)行約束。為安全起見，此次計(jì)算不考慮圍護(hù)樁的有利作用。

荷載計(jì)算：

頂板、中板，風(fēng)道板上施工荷載：5kN/m2；

土壓力：FCT1=20×3.5X0.35=24.5 kN/ m2；

FCT2=0.35×12.48×20+24.5=112kN/ m2；

先建立三維整體幾何模型，再對板單元，框架單元賦予屬性，施加荷載，對模型使用自動(dòng)網(wǎng)格劃分，最后進(jìn)行計(jì)算。

六、軌排井結(jié)構(gòu)監(jiān)測數(shù)據(jù)

監(jiān)測數(shù)據(jù)為軌排井拆撐過程孔洞周邊橫梁橫向變形值，符合計(jì)算預(yù)期值，結(jié)構(gòu)安全。

七、結(jié)語

1、采用結(jié)構(gòu)加強(qiáng)形式滿足軌排井基地設(shè)置需求，但結(jié)構(gòu)需進(jìn)行嚴(yán)格建模計(jì)算，避免結(jié)構(gòu)剛度小變形大產(chǎn)生裂縫。

2、采用此種結(jié)構(gòu)加強(qiáng)形式比錨索+圍護(hù)樁形式工期快，所需施工場地小，但后期鑿除混凝土量大，成本高，浪費(fèi)交大。

今后設(shè)計(jì)軌排井還需綜合各種因素選擇軌排井圍護(hù)和結(jié)構(gòu)形式。

參考文獻(xiàn)：

[1]《成都地鐵3號線一期工程 馬鞍北路站詳細(xì)勘察階段巖土工程勘察報(bào)告》（中國建筑西南勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司 2012年8月）

[2]《成都地區(qū)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（DB51/T5026-2001）

[3]《鐵路工程特殊性巖土工程勘察規(guī)程》（TB10038-2001，J126-2001）