淺談地鐵軌排井支護(hù)設(shè)計(jì)

楊 朋

(中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司， 四川成都 610031)

在軌道交通建設(shè)中，隧道段的軌道一般需要通過軌排井吊入隧道內(nèi)。在我國(guó)，鋼軌標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度為12.5 m和25 m兩種，地鐵軌排孔一般按照能吊入25 m長(zhǎng)鋼軌的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。按照軌道專業(yè)的要求，軌排孔內(nèi)凈空一般為長(zhǎng)28～30 m、寬5 m。

1 軌排井常用支護(hù)型式

軌排井支護(hù)方案大致可分為三類：錨桿(索)方案、環(huán)框梁方案、懸臂結(jié)構(gòu)方案。周邊條件允許的情況下，當(dāng)采用圍護(hù)樁作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)時(shí)，還可將圍護(hù)樁布置為拱形，進(jìn)而產(chǎn)生拱效應(yīng)，改善支護(hù)結(jié)構(gòu)受力[1]。軌排井常用的支護(hù)型式及注意事項(xiàng)如下[2-4]。

1.1 錨桿(索)方案

在地質(zhì)情況較好、周邊條件允許的情況下，采用錨桿(索)方案較為適宜[3]。地質(zhì)情況不好時(shí)，若需采用錨桿(索)方案，需注意以下事項(xiàng)[4]：在易塌孔的松散或稍密的砂土、碎石土、粉土層，高液性指數(shù)的飽和黏性土層，高水壓力的各類土層中，若要采用錨桿(索)方案，宜采用套管護(hù)壁成孔工藝;錨固段不宜設(shè)置在淤泥、淤泥質(zhì)土、泥炭、泥炭質(zhì)土及松散填土層內(nèi)。

采用錨桿(索)方案，還需考慮對(duì)周邊環(huán)境、地下空間的影響。如錨桿(索)是否侵入地塊，相鄰的建(構(gòu))筑物是否影響錨桿(索)的施工等。對(duì)于侵入周邊地塊的錨桿(索)支護(hù)方案，即使采用可回收式錨桿(索)，也可能因回收失敗影響周邊地塊地下空間資源的后期開發(fā)。由于城市建設(shè)的不斷發(fā)展，城市建設(shè)規(guī)模持續(xù)增大，為更好地保護(hù)和有效地利用地下空間資源，錨桿(索)的使用開始受到限制。如云南省昆明市從2012年起，就開始在基坑工程中限制使用錨桿(索)，要求在一般情況下錨桿(索)不得超出項(xiàng)目建設(shè)用地紅線垂直投影范圍[5]。

1.2 環(huán)框梁方案

在軌排井內(nèi)凈空范圍內(nèi)，不設(shè)置內(nèi)支撐，通過設(shè)置水平向環(huán)框梁來承擔(dān)側(cè)向水土壓力。水平向環(huán)框梁可采用鋼桁架、鋼筋混凝土等結(jié)構(gòu)。采用環(huán)框梁方案時(shí)，側(cè)墻厚度采用正常厚度即可。對(duì)于環(huán)框梁方案，圍護(hù)結(jié)構(gòu)布置一般又分為以下兩種。

1.2.1 純環(huán)框梁方案

僅僅設(shè)置水平環(huán)框梁來承擔(dān)側(cè)向水土壓力。環(huán)框梁尺寸需根據(jù)地質(zhì)情況、基坑深度等確定，對(duì)于深度20 m左右的基坑，環(huán)框梁寬度需做到4～5 m左右。由于環(huán)框梁尺寸較大，一般需將軌排孔內(nèi)移，以保證環(huán)框梁尺寸，導(dǎo)致軌排井中心線與線路中心線不能對(duì)齊，對(duì)軌道吊運(yùn)效率存在一定的影響。若受其它因素限制，軌排孔內(nèi)移量受到限制，則需將側(cè)墻外移，導(dǎo)致土建工程數(shù)量增加。

在設(shè)置水平向環(huán)框梁的同時(shí)，每隔一定的距離設(shè)置豎向肋板，加強(qiáng)支護(hù)結(jié)構(gòu)的整體支護(hù)剛度。環(huán)框梁+肋板方案，環(huán)框梁的尺寸一般比純環(huán)框梁方案要小；但環(huán)框梁+肋板方案因設(shè)置了較多的肋板，其結(jié)構(gòu)工程量比純環(huán)框梁方案要大。

采用環(huán)框梁方案時(shí)，若軌排孔有內(nèi)移的條件，且不太影響軌道專業(yè)的鋪軌施工，則建議采用純環(huán)框梁方案；若軌排井內(nèi)移量受到限制，采用純環(huán)框梁方案時(shí)，側(cè)墻需外移導(dǎo)致投資增加，此時(shí)應(yīng)對(duì)兩種環(huán)框梁方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比選確定；若側(cè)墻外移因周邊環(huán)境的影響受到限制，則建議采用環(huán)框梁+肋板方案。

1.2.3 懸臂結(jié)構(gòu)方案

不設(shè)置內(nèi)支撐與錨桿(索)結(jié)構(gòu)，僅考慮側(cè)墻與圍護(hù)結(jié)構(gòu)工程來承擔(dān)側(cè)向水土壓力。采用懸臂結(jié)構(gòu)方案時(shí)，側(cè)墻及底板的厚度需根據(jù)計(jì)算確定。對(duì)于基坑較深的情況，側(cè)墻及底板厚度較厚，不甚經(jīng)濟(jì)。

2 純環(huán)框梁支護(hù)應(yīng)用實(shí)例

2.1 工程概況

根據(jù)全線工程籌劃，廣州市軌道交通十三號(hào)線某區(qū)間工作井為盾構(gòu)井與軌排井合建體：兩端設(shè)置盾構(gòu)井，中部設(shè)置軌排井。工作井長(zhǎng)61.4 m，寬25.5 m,其中軌排井內(nèi)凈空尺寸為28 m×5 m。該工作井為臨時(shí)結(jié)構(gòu)，待盾構(gòu)始發(fā)、軌道吊裝完成后，需在頂板上覆土回填，無出地面結(jié)構(gòu)。周邊無重要的管線。

2.2 巖土工程地質(zhì)和水文地質(zhì)

根據(jù)本區(qū)間的地質(zhì)勘察報(bào)告，開挖范圍內(nèi)的主要地層為：人工填土層<1>、淤泥質(zhì)土層<2-1B>、淤泥質(zhì)粉細(xì)砂層<2-2>、中粗砂層<2-3>、硬塑狀殘積粉質(zhì)黏土<5N-2>、紅層全風(fēng)化帶<6>、紅層強(qiáng)風(fēng)化帶<7>、 紅層中風(fēng)化帶<8>。地層的主要力學(xué)性能指標(biāo)見表1。

表1 巖土主要力學(xué)性能指標(biāo)表

地下水類型為第四系孔隙水和基巖裂隙水。第四系孔隙水，主要賦存于海陸交互相淤泥質(zhì)砂層中，在松散填土之中亦有少量第四系孔隙水；基巖裂隙水主要賦存在強(qiáng)風(fēng)化帶及中等風(fēng)化帶。

現(xiàn)在，雙方的爭(zhēng)議在于“一號(hào)角色是不是主演”。何翔一家認(rèn)為，“一號(hào)角色”應(yīng)該是男一號(hào)、女一號(hào)，“不可能就是個(gè)打醬油的”。而影視公司則稱，在簽合同時(shí)已經(jīng)進(jìn)行了口頭釋明，不存在故意告知原告虛假情況，或者故意隱瞞真實(shí)情況，誘使原告作出錯(cuò)誤意思表示。值得思考的是，即便“一號(hào)角色”是主演，花錢買來的角色又有多大意義？家長(zhǎng)能夠否認(rèn)自己不存在一點(diǎn)虛榮心嗎？家長(zhǎng)有沒有考慮到這種做法會(huì)制造和助長(zhǎng)孩子的虛榮心？

2.3 基坑支護(hù)設(shè)計(jì)

2.3.1 支護(hù)結(jié)構(gòu)方案的確定

根據(jù)本工作井所處周邊環(huán)境，經(jīng)綜合比選后，基坑采用1 m厚地下連續(xù)墻，連續(xù)墻嵌入強(qiáng)風(fēng)化層3.5 m。支護(hù)結(jié)構(gòu)豎向采用四道，其中第一、二、三道采用環(huán)框梁，第四道采用鋼支撐，并設(shè)置臨時(shí)中立柱。

2.3.2 支護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算分析

本基坑開挖深度約23.9 m，變形控制保護(hù)等級(jí)為一級(jí)，基坑側(cè)壁重要性系數(shù)為1.1。支護(hù)結(jié)構(gòu)承受的荷載有結(jié)構(gòu)自重、地面超載(20 kPa)、施工荷載(不超過10 kPa)、水土側(cè)壓力、盾構(gòu)吊裝荷載(70 kPa)、軌道吊裝荷載(30 kPa)?；油鈧?cè)土壓力按朗金土壓力計(jì)算，砂層采用水土分算；其余地層采用水土合算。盾構(gòu)井段圍護(hù)結(jié)構(gòu)剖面圖見圖1，軌排井段圍護(hù)結(jié)構(gòu)剖面圖見圖2。

圖1 盾構(gòu)井段圍護(hù)結(jié)構(gòu)剖面

圖2 軌排井段圍護(hù)結(jié)構(gòu)剖面

設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，對(duì)于跨度較大的環(huán)框梁，將環(huán)框梁的抗彎剛度轉(zhuǎn)化為等效的水平支錨剛度，作為理正軟件中“假定支撐”的“支錨剛度”輸入理正軟件中，并求得“假定支撐”的支撐軸力。后將理正軟件計(jì)算所得的“假定支撐”的軸力作為均布荷載，加入到環(huán)框梁平面模型中，求得環(huán)框梁的內(nèi)力。

本工作井地質(zhì)情況相對(duì)均一，采用理正深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)軟件對(duì)軌排井段、盾構(gòu)井段共計(jì)2個(gè)斷面進(jìn)行了計(jì)算。連續(xù)墻內(nèi)力值見表2，盾構(gòu)井段計(jì)算位移內(nèi)力圖見圖3，軌排井段計(jì)算位移內(nèi)力圖見圖4。

表2 連續(xù)墻內(nèi)力(標(biāo)準(zhǔn)值)

圖3 盾構(gòu)井段計(jì)算位移內(nèi)力

圖4 軌排井段計(jì)算位移內(nèi)力

2.3.3 支護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果

根據(jù)理正計(jì)算結(jié)果，盾構(gòu)井段，第一、二、三道環(huán)框梁的“荷載”標(biāo)準(zhǔn)值分別為：330.33 kN/m，704.98 kN/m，1 579.11 kN/m；軌排井段，第一、二、三道環(huán)框梁的“荷載”標(biāo)準(zhǔn)值分別為：251.98 kN/m，771.13 kN/m，1 001.95 kN/m。

將上述荷載加入環(huán)框梁平面模型，計(jì)算出各道環(huán)框梁的內(nèi)力，內(nèi)力值見表3；第三道環(huán)梁的計(jì)算內(nèi)力見圖5～圖8。

表3 環(huán)框梁彎矩(基本組合) kN·m

圖5 第三道環(huán)框梁變形

本工作井采用環(huán)框梁+鋼支撐作為支護(hù)系統(tǒng)，共設(shè)四道支撐。在盾構(gòu)始發(fā)井位置，第一、二、三道環(huán)框梁的尺寸分別為1 m×2.2 m、1.5 m×2.2 m、2 m×2.2 m；在軌排井位置，第一、二、三道環(huán)框梁的尺寸分別為1 m×3 m、1.5 m×4.4 m、2 m×4.4 m。第三道圍護(hù)結(jié)構(gòu)平面布置見圖9。

圖6 第三道環(huán)框梁彎矩

圖7 第三道環(huán)框梁剪力

圖8 第三道環(huán)框梁軸力

圖9 第三道圍護(hù)結(jié)構(gòu)平面布置

本工作井現(xiàn)場(chǎng)已實(shí)施完畢，各項(xiàng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)均位于正常范圍。軌排井支護(hù)結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)照片見圖10。

圖10 軌排井支護(hù)結(jié)構(gòu)

3 結(jié)束語(yǔ)

(1)軌排井支護(hù)的常見方案有錨桿(索)方案、環(huán)框梁方案和懸臂結(jié)構(gòu)方案。由于錨桿(索)施工后對(duì)地下空間開發(fā)的不利影響，其使用漸漸受到限制；懸臂結(jié)構(gòu)方案適用于基坑較淺的情況，基坑較深時(shí)因側(cè)墻及底板厚度均較大，不甚經(jīng)濟(jì)；環(huán)框梁方案在后續(xù)工程中會(huì)是更普遍的選擇。

(2)若軌排孔可內(nèi)移并對(duì)軌道吊裝作業(yè)影響不大，建議優(yōu)先采用純環(huán)框梁方案；若軌排井內(nèi)移量受到限制，采用純環(huán)框梁方案時(shí)，側(cè)墻需外移導(dǎo)致投資增加，此時(shí)應(yīng)對(duì)純環(huán)框梁方案和環(huán)框梁+肋板方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比選后確定；若側(cè)墻外移因周邊環(huán)境的影響受到限制，則建議采用環(huán)框梁+肋板方案。

(3)對(duì)于基坑深度較大的軌排井，采用環(huán)框梁方案時(shí)，由于環(huán)框梁體量較大，施工過程中應(yīng)注意控制溫度應(yīng)力，按照大體積混凝土澆筑的相關(guān)要求施工。

(4)軌排井支座處受力較大，有條件的情況下，建議增設(shè)腋角，改善受力。

[1] 熊永華，楊衛(wèi)星，顏勇.某地鐵車站軌排井圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),2009(9)：76-79.

[2] 張昆.地鐵軌排井段結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析[J].都市快軌交通,2012(4):79-82.

[3] 劉貴鳳，彭小林，陳巨武.地鐵隧道軌排井支護(hù)施工[J].廣東土木與建筑,2007(7):37-39.

[4] 中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.JGJ120-2012建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程 [S]. 北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2012.

[5] 昆建通[2011]363號(hào) 昆明市住房和城鄉(xiāng)建設(shè)局關(guān)于基坑工程中限制使用錨桿(索)的通知[S].2011.