趙 斌, 朱 愷, 阮 松
(中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司, 北京 100055)
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新建道路近距離平行上穿地鐵車站方案研究
趙斌, 朱愷, 阮松
(中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司, 北京 100055)
【摘要】新建城市道路近距離上穿地鐵車站,將引起地鐵車站所在土體的隆起,尤其是地下水位較高時(shí),此時(shí)既要保證下方地鐵的正常運(yùn)營,又要保證上方道路工程的正常施工與經(jīng)濟(jì)性,制定合適的施工方案尤為重要。文章基于成都市西3線道路工程近距離平行上穿地鐵1號(hào)線南延線工程華陽站,通過midas civil 軟件,建立三維模型,并考慮地下水位影響,計(jì)算表明:隨著施工進(jìn)尺(單次開挖長度)的增加,底板隆起值及其縱向影響范圍呈增加趨勢(shì);在相同施工進(jìn)尺情況下,跨柱開挖引起的隆起值更大,且隨著施工進(jìn)尺的增加,這一現(xiàn)象趨于不明顯;地鐵車站標(biāo)準(zhǔn)段,施工進(jìn)尺按15 m(1.5倍柱距)控制;地鐵車站擴(kuò)大段,施工進(jìn)尺按10 m(1倍柱距)控制。
【關(guān)鍵詞】近距離;平行上穿;地鐵車站;高地下水位
隨著我國城市軌道交通的快速發(fā)展,城市新建市政工程與地鐵工程產(chǎn)生交叉、上穿等[1]相互影響日益增多。此時(shí)既要保證下方地鐵的正常運(yùn)營,又要保證上方工程的正常施工與經(jīng)濟(jì)合理。關(guān)于這一點(diǎn),溫鎖林[2]結(jié)合上海東西通道跨越地鐵二號(hào)線工程,提出了采用SMW工法施工基坑圍護(hù)墻和分隔墻將基坑分為若干小基坑,小基坑采用跳倉和分層方式開挖;盧光杰[3]通過數(shù)值模擬,提出對(duì)于上穿工程,夾層土體理論上存在合理的厚度H,使得上穿工程對(duì)既有地鐵隧道結(jié)構(gòu)的動(dòng)、靜荷載綜合影響達(dá)到最優(yōu);劉歡[4]通過數(shù)值模擬,得出了上穿施工引起地鐵隧道變形規(guī)律,即隨著間距的增加,既有結(jié)構(gòu)變形較??;戴文彬[5]基于西安地鐵,數(shù)值模擬了抽水引起的地鐵隧道變形,并與解析解進(jìn)行對(duì)比,指出抽水對(duì)地鐵隧道變形影響明顯??梢?,人們對(duì)于上穿地鐵隧道已有了不少研究成果,而對(duì)于上穿地鐵車站的研究并不多見。對(duì)于地鐵車站,其覆土往往較地鐵隧道淺很多,對(duì)于地下水位較高的城市,如成都的地鐵車站常設(shè)置抗浮腳趾、抗拔樁及壓頂梁等抗浮措施,若是在雨季施工,地鐵車站可能產(chǎn)生較大的隆起變形,嚴(yán)重威脅地鐵的正常運(yùn)營。該文基于成都市西3線道路工程近距離平行上穿地鐵1號(hào)線南延線工程華陽站,針對(duì)車站的不同段,提出相應(yīng)的施工方案,既可以保證對(duì)于地鐵車站的安全運(yùn)營,又保證了上方工程的施工與經(jīng)濟(jì)性。
1工程概況與計(jì)算模型
1.1工程概況
西3線道路工程位于成都市高新區(qū)中和片區(qū),地勢(shì)較平坦,場(chǎng)地較為開闊,有網(wǎng)狀的鄉(xiāng)村公路,交通相對(duì)較便利。該道路工程規(guī)劃紅線寬度30 m,設(shè)計(jì)全長1 214.16 m,類別為城市次干路,路面等級(jí)為高級(jí)路面,交通等級(jí)為重交通。道路工程橫斷面組成為:人行道3.5 m+車道23.0 m+人行道3.5 m,沿規(guī)劃中線對(duì)稱布置。
西3線道路工程在K0+000—K0+240段,與已建的地鐵1號(hào)線南延線華陽站主體平面位置重合。該段西3線道路路面平均高程為479.874 m,道路結(jié)構(gòu)層厚為1.66 m(設(shè)計(jì)土路基以上結(jié)構(gòu)為80 cm厚連砂石加強(qiáng)層+20 cm厚級(jí)配碎石墊層+50 cm厚水泥穩(wěn)定碎石層+16 cm厚瀝青面層),成型后的路面與車站主體頂面高差約為2.5 m,該范圍內(nèi)車站頂板平均高程為477.339 m(表1)。道路與車站平面及剖面關(guān)系如圖1~圖3所示。
表1 西3線道路與地鐵結(jié)構(gòu)物頂面高程關(guān)系 m
從表1可以看出,路面施工期間,車站上方覆土沿車站主體縱向變化較大,最小處約為0.2 m,最大處約為1.1 m,平均覆土僅為0.79 m。
根據(jù)西3線工程地勘報(bào)告及地鐵工程地勘報(bào)告,車站抗浮水位取地下2.5 m,每1 m水頭浮力按10 kPa考慮。對(duì)主體結(jié)構(gòu)取縱向1 m長度進(jìn)行抗浮穩(wěn)定性驗(yàn)算。道路施工時(shí),上部覆土厚按0.79 m考慮,車站標(biāo)準(zhǔn)段橫斷面抗浮安全系數(shù)為:K=(結(jié)構(gòu)自重+覆土)/水浮力=(2 237.2+374.46)/2 705.29=0.96<1.05,不滿足抗浮要求。
圖1 道路與車站平面關(guān)系
圖2 標(biāo)準(zhǔn)段剖面關(guān)系
圖3 擴(kuò)大段剖面關(guān)系
1.2計(jì)算模型
車站標(biāo)準(zhǔn)段橫斷面尺寸如圖2所示,模型中頂、中、底板采用板單元模擬,中柱、頂縱梁、中縱梁、底縱梁采用梁單元模擬,地層采用受壓彈簧模擬模型如圖4、圖5所示。
圖4 車站模型圖1
1.3計(jì)算參數(shù)
車站主要環(huán)境信息、結(jié)構(gòu)見表2、表3。
表2 結(jié)構(gòu)尺寸 mm
表3 車站環(huán)境信息
1.4計(jì)算荷載
地鐵結(jié)構(gòu)按鋼筋混凝土,容重取25 kN/m3,由程序自動(dòng)加載。結(jié)構(gòu)頂板、側(cè)墻及底板外荷載見表4、表5。
表4 標(biāo)準(zhǔn)段荷載 kN/m2
表5 擴(kuò)大段荷載 kN/m2
(a)標(biāo)準(zhǔn)段
(b)擴(kuò)大段圖5 車站模型圖2
2安全控制指標(biāo)
根據(jù)CJJ/T 202-2013《城市軌道交通結(jié)構(gòu)安全保護(hù)技術(shù)規(guī)范》[7]附錄B表B.0.2城市軌道交通結(jié)構(gòu)安全控制指標(biāo)值,隧道豎向位移預(yù)警值為10 mm,控制值為20 mm,隧道變形曲率半徑控制值為15 000 m。
同時(shí)文獻(xiàn)[6]指出意大利國家鐵路規(guī)范對(duì)軌道控制值要求如下:縱向410 m長度內(nèi)絕對(duì)沉降20 mm,10 m縱向長度內(nèi)差異沉降1‰。
本文計(jì)算時(shí),與華陽站軌道專業(yè)負(fù)責(zé)人溝通協(xié)調(diào),考慮到軌道的可調(diào)整空間,認(rèn)為10 mm及縱向變形曲率半徑R≥15 000 m作為安全控制指標(biāo)是合理的。
3計(jì)算結(jié)果分析
3.1標(biāo)準(zhǔn)段
(1)工況一:施工進(jìn)尺10 m時(shí)荷載示意見圖6、圖7。
圖6 柱間開挖
圖7 跨柱開挖
(2)工況二:施工進(jìn)尺15 m時(shí)荷載示意見圖8。
圖8 開挖15 m荷載示意
(3)工況三:施工進(jìn)尺20 m時(shí)荷載示意見圖9、圖10。
表6為標(biāo)準(zhǔn)段施工進(jìn)尺與底板隆起值的關(guān)系表??梢姡弘S著施工進(jìn)尺的增加,底板隆起值及其縱向影響范圍呈增加趨勢(shì);在相同施工進(jìn)尺情況下,跨柱開挖引起的隆起值更大,
圖9 柱間開挖
圖10 跨柱開挖
且隨著施工進(jìn)尺的增加,這一現(xiàn)象趨于不明顯;當(dāng)施工進(jìn)尺為20 m時(shí),隆起值已達(dá)10.17 mm,超過控制值;而施工進(jìn)尺為10 m,隆起值為6.40 mm,距離控制值較大;同時(shí)三種施工進(jìn)尺情況的縱向變形值都小于相應(yīng)的縱向變形允許值。
表6 標(biāo)準(zhǔn)段施工進(jìn)尺與隆起值關(guān)系
注:表中縱向變形允許值是以R=15 000 m作為計(jì)算依據(jù),按各工況下實(shí)際影響范圍作為計(jì)算條件計(jì)算得到的。
表7為標(biāo)準(zhǔn)段施工進(jìn)尺與頂板、中板、底板裂縫寬度關(guān)系表。可見:隨著施工進(jìn)尺的增加,頂板、中板、底板上的彎矩呈增加趨勢(shì),且底板上彎矩增加最為明顯;在相同施工進(jìn)尺的情況下,跨柱開挖引起的板彎矩增加更大;同時(shí)在三種施工進(jìn)尺條件下,結(jié)構(gòu)頂板、中板、底板的裂縫均能達(dá)到要求。
綜上,對(duì)于車站標(biāo)準(zhǔn)段,縱向開挖施工進(jìn)尺可取為15 m。
3.2擴(kuò)大段
表8為擴(kuò)大段施工進(jìn)尺與底板隆起值的關(guān)系表??梢姡弘S著施工進(jìn)尺的增加,底板隆起值及其縱向影響范圍呈增加趨勢(shì);在相同施工進(jìn)尺情況下,跨柱開挖引起的隆起值更大;當(dāng)施工進(jìn)尺為15 m時(shí),隆起值已達(dá)10.17 mm,超過控制值;同時(shí)三種施工進(jìn)尺情況的縱向變形值都小于相應(yīng)的縱向變形允許值。
表9為擴(kuò)大段施工進(jìn)尺與頂板、中板、底板裂縫寬度關(guān)系表。可見:隨著施工進(jìn)尺的增加,頂板、中板、底板上的彎矩呈增加趨勢(shì);同時(shí)在三種施工進(jìn)尺條件下,結(jié)構(gòu)頂板、中板、底板的裂縫均能達(dá)到要求。
綜上,對(duì)于車站擴(kuò)大段,縱向開挖施工進(jìn)尺可取為10 m。
3.3討論
對(duì)于地鐵車站而言,因其覆土一般很淺,當(dāng)?shù)叵滤惠^
表7 標(biāo)準(zhǔn)段施工進(jìn)尺與板裂縫寬度關(guān)系
表8 擴(kuò)大段施工進(jìn)尺與隆起值關(guān)系
注:表中縱向變形允許值是以R=15 000 m作為計(jì)算依據(jù),按各工況下實(shí)際影響范圍作為計(jì)算條件計(jì)算得到的。
表9 擴(kuò)大段施工進(jìn)尺與板裂縫寬度關(guān)系
高時(shí),去掉車站頂部的覆土對(duì)車站是有明顯影響的,尤其是對(duì)于運(yùn)營中的車站。但車站結(jié)構(gòu)較之地鐵區(qū)間而言,其剛度明顯更大,因此采用合理的施工方案與步序,可以保證車站的安全運(yùn)營。
同時(shí)對(duì)于該類型的工程,應(yīng)當(dāng)盡量安排工期在枯水期進(jìn)行。必要時(shí),在施工期間采取降水措施,以保證地鐵車站的安全運(yùn)營。
4結(jié)論
西3線道路工程近距離平行上穿既有地鐵車站,目前該工程已順利實(shí)施?;诔啥际懈叩叵滤坏奶攸c(diǎn),提出了合理的施工方案,并得到以下結(jié)論:隨著施工進(jìn)尺的增加,底板隆起值及其縱向影響范圍呈增加趨勢(shì);在相同施工進(jìn)尺情況下,跨柱開挖引起的隆起值更大,且隨著施工進(jìn)尺的增加,這一現(xiàn)象趨于不明顯;地鐵車站標(biāo)準(zhǔn)段,施工進(jìn)尺可按15 m(1.5倍柱距)控制;地鐵車站擴(kuò)大段,施工進(jìn)尺可按10 m(1倍柱距)控制。
參考文獻(xiàn)
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[7]CJJ/T 202-2013城市軌道交通結(jié)構(gòu)安全保護(hù)技術(shù)規(guī)范[S].
[作者簡介]趙斌(1988~),男,碩士研究生,助理工程師,從事地鐵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。
【中圖分類號(hào)】U416.1
【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】B
[定稿日期]2015-09-23