一体化地铁引道结构设计的尝试和探讨万芳

一体化地铁引道结构设计的尝试和探讨

摘 要 上海市地铁l号线北延伸一期工程南起上海火车站北端头井，北至外环线泰和路站，其中南段为地下段(新客站北端头井～灵石路北侧)，北段为高架一体化结构。南段大部分区间隧道采用盾构法施工，当隧道埋深较浅时(≤4m)，在采用明挖法施工暗埋及敞开过渡段后牵出地面，同高架结构相接，就该引道结构的特殊设计作一介绍。 关键词 暗埋段 敞开段 基础 沉降 位移

1 概 述 1．1 工程概况 本工程起始于共和新路灵石路交叉口北侧，终于彭江路北侧与高架Pmll7墩相接，起讫里程为SKl8+359．550～SKl8+771．825；其中里程SKl8+359．550～SKl8+373．386为盾构工作井结构；里程SKl8+373．386～SKl8+492．278为暗埋段矩形结构；里程SKl8+492．278～SKl8+771．825为敞开段U型结构； 1．2 工程地质及水文地质 本工程场区内道路平坦，地貌单一。 潜水：该场地浅部地下水属潜水类型，受大气降水及地表径流补给，其水位动态为气象型，地下水埋深为0．5～0．7m。水文地质特征为具有多层孔隙含水层结构，含水介质为粉性土及砂土。场区内地下水对混凝土无侵蚀性。 承压水：场区内⑦1－1草黄色砂质粉土层、⑦1-2草黄色粉砂层及⑦1-2灰色粉砂层，为上海地区第一承压含水层，水位动态相对稳定。该承压水头离地面埋深约为10m。 工程地质报告勘察结果，该场地内地基土属软弱场地土，场地土类别为Ⅳ类，按地震烈度7度设防。场地内③2层灰色粉土液化指数为0，因此不液化。

2 结构设计难点及解决策略 2．1 暗埋段结构设计 本工程区间暗埋段结构为钢筋混凝土现浇矩形框架结构，工程始于盾构工作井，至峒口结束。由于线路平面走向沿共和新路西侧在灵石路北侧拐人路中快车道下，然后接敞开段上一体化高架，故该暗埋段结构在乎面布置上应同时兼顾高架道路的下部基础及立柱的平面布置。在此前提条件下，区间暗埋段结构设计一方面通过缩小上、下行线的线间距来减少区间结构的地下占地范围，另一方面将原区间结构中隔墙上的电缆等设备在满足相应规范和使用要求的前提下移至侧墙上，同时，结合高架道路设计，局部调整地面墩位的布置。为避免施工后两种不同类型的相邻结构产生过大的不均匀沉降，施工期间将高架下部结构与区间结构共同围护，同时开挖。而且，在区间结构底板下采用注浆地基加固的方式采提高地基承载力，减少结构施工结束后覆土及运营阶段的后期沉降。设计计算中将现浇矩形钢筋混凝土箱型结构按支座产生2cm差异沉降进行平面有限元分析，计算中考虑了地基加固因素，计算结果结构箱型满足受力和变形要求。 2．2 敞开段结构设计 区间敞开段为现浇钢筋混凝土U型结构，按原设计将高架下部基础与敞开结构互相分离，互不影响，则该范围内高架基础承台须位于敞开段外侧，考虑到基坑开挖及围护需将承台与基坑共同考虑，而先施工的高架桩基础会因基坑开挖引起桩基承载力的一部分损失。不仅如此，该方案的最大缺点就是工程的平面布置对周边影响较大，因墩位布置引起该范围内拆迁量增大。由于该工程的前期工作已告一段落，而工程场地范围内用地又相当紧张，若引起额外拆迁，会增加很大的工程投资费用，而且，若按此方式布置，高架建成后地面道路设计线形较差，间接影响地面道路的行车速度，无形中降低了地面道路的等级，并引起高架道路上部盖梁跨度的加大，下部桩基长度加长等工程数量的增加。 考虑上述因素后，决定对原设计横断面进行优化调整，即将高架道路墩柱位移至U型敞开段侧墙内。在满足地铁行车限界条件的前提下，将高架道路立柱与U型侧墙合二为一，整体施工。同时，高架道路下部结构承台与U型段底板结合成一体结构。这样做的优点是占用地面道路少，拆迁量小，地面道路设计线形合理，能确保地面道路的设计行车速度和行车安全等。但该方案需要解决好两种结构型式之间的差异沉降问题。 为此，设计就地铁结构的沉降问题作了一些调研工作，就已建成的1号线工程运营后地下暗埋段及引道段的多年沉降观测，发现尽管地下车站与明挖区间结构在设计计算中不存在沉降问题(因不对地基土产生附加应力)，但实测后发现普遍存在或多或少的沉降量，这不外乎由于二次压缩变形及施工中对坑底土的扰动再固结，孔隙水压力变化等引起车站建成和覆土完成后的后期沉降。而高架结构就已建成通车的内环高架与南北高架的观测资料来看，高架道路在工后及运营使用后的绝对沉降量也要发生在2～3cra左右。故认为这两种结构型式本身存在有共同沉降问题。 针对上述情况，本工程结构设计中应增强结构本身的抵抗差异沉降能力，同时在设计中采取措施尽量控制绝对沉降量，只有绝对沉降量小，才能有效减少差异沉降。为此在结构设计中考虑采取如下措施： (1)由于高架承台与结构底板接成整体，为尽可能减小差异沉降引起的结构次内力，在承台两侧各设置一条变形缝，在底板中设置棒槽，侧墙中设置剪力杆，并用橡胶止水带等措施防水； (2)将高架下部结构基础桩长适当加长，将高架结构计算的绝对沉降量控制在3cm以内； (3)在U型段结构顶面增加600X1000永久性钢筋混凝土压顶梁，U型槽整体刚度较原来增加了20％； (4)将围护结构通过构造措施与主体结构形成整体受力体系，增加其横向及竖向抗变形能力； (5)适当增加底板和侧墙厚度，以承受结构竖向的不均匀反力。 以上的结构构造措施一方面是通过增加U型槽整体刚度，来承担差异沉降引起的不均匀反力；另一方面通过解除相邻结构段间的约束，来减小差异沉降引起的结构次内力。 采取上述构造措施后，就结构纵向抵抗不均匀沉降能力以及其自身的承载能力进行了结构内力计算和分析，其假定也按桥墩处相对于跨中产生2cm不均匀沉降，考虑主体结构受力为主，而与主体结构相接的围护结构同底板下土体按弹性地基考虑。由于U型结构同高架承台间有底板榫槽和侧墙剪力杆相接，故其底板受力又不同于深基础桩基上的承台仅受桩基作用，所以结构受力模型按高架承台处的大弹簧K与中间的弹性地基小弹簧k共同作用。 计算结果如图1(限于篇幅，只列出一种断面)。

图1 计算结果，等值线弯矩图 (侧墙及底板中膜应力未标出)

3 实施后情况 该工程土建施工完成以后，高架道路正式通车运营，地下段也进入了紧张的铺轨和设备安装、调试阶段，而该范围内的高架立柱沉降观测并未终止，从盖梁施工到架梁，到桥面铺装以及通车后的近一年情况来看，高架结构沉降总体情况较好，绝对沉降量皆小于lcm，相邻墩间差异沉降也仅在4mm左右，沉降观测统计如图2。

图2 沉降观测统计图

4 几点体会 (1)为满足地铁技术设计要求控制不均匀沉降，在设计中所采取的结构构造措施是可行而且是有效的。 (2)工程实测所得的沉降数值在结构计算及受力允许范围内，未引起结构底板及侧墙的开裂及渗水，缝间构造也未发生任何破坏，其在技术上是可行的。这也为今后类似的合建工程提供了宝贵的实践经验。

陈 炯 杨孙冬(上海市隧道工程轨道交通设计研究院)查阅：已获批28个城市的轨道交通线路规划详解图（更新中）查阅：2012年全国各省市城市轨道交通项目概览（更新中）查阅：城市轨道交通中标企业

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