一體化地鐵引道結(jié)構設計的嘗試和探討

1、 摘 要 上海市地鐵l號線北延伸一期工程南起上?；疖囌颈倍祟^井，北至外環(huán)線泰和路站，其中南段為地下段(新客站北端頭井靈石路北側(cè))，北段為高架一體化結(jié)構。南段大部分區(qū)間隧道采用盾構法施工，當隧道埋深較淺時(4m)，在采用明挖法施工暗埋及敞開過渡段后牽出地面，同高架結(jié)構相接，就該引道結(jié)構的特殊設計作一介紹。 關鍵詞 暗埋段 敞開段 基礎 沉降 位移 1 概 述 11 工程概況 本工程起始于共和新路靈石路交叉口北側(cè)，終于彭江路北側(cè)與高架Pmll7墩相接，起訖里程為SKl8+359550SKl8+771825；其中里程SKl8+359550SKl8+373386為盾構工作井結(jié)構；里程SKl8+3733

2、86SKl8+492278為暗埋段矩形結(jié)構；里程SKl8+492278SKl8+771825為敞開段U型結(jié)構； 12 工程地質(zhì)及水文地質(zhì) 本工程場區(qū)內(nèi)道路平坦，地貌單一。 潛水：該場地淺部地下水屬潛水類型，受大氣降水及地表徑流補給，其水位動態(tài)為氣象型，地下水埋深為0507m。水文地質(zhì)特征為具有多層孔隙含水層結(jié)構，含水介質(zhì)為粉性土及砂土。場區(qū)內(nèi)地下水對混凝土無侵蝕性。 承壓水：場區(qū)內(nèi)11草黃色砂質(zhì)粉土層、1-2草黃色粉砂層及1-2灰色粉砂層，為上海地區(qū)第一承壓含水層，水位動態(tài)相對穩(wěn)定。該承壓水頭離地面埋深約為10m。 工程地質(zhì)報告勘察結(jié)果，該場地內(nèi)地基土屬軟弱場地土，場地土類別為類，按地震烈度7

3、度設防。場地內(nèi)2層灰色粉土液化指數(shù)為0，因此不液化。 2 結(jié)構設計難點及解決策略 21 暗埋段結(jié)構設計 本工程區(qū)間暗埋段結(jié)構為鋼筋混凝土現(xiàn)澆矩形框架結(jié)構，工程始于盾構工作井，至峒口結(jié)束。由于線路平面走向沿共和新路西側(cè)在靈石路北側(cè)拐人路中快車道下，然后接敞開段上一體化高架，故該暗埋段結(jié)構在乎面布置上應同時兼顧高架道路的下部基礎及立柱的平面布置。在此前提條件下，區(qū)間暗埋段結(jié)構設計一方面通過縮小上、下行線的線間距來減少區(qū)間結(jié)構的地下占地范圍，另一方面將原區(qū)間結(jié)構中隔墻上的電纜等設備在滿足相應規(guī)范和使用要求的前提下移至側(cè)墻上，同時，結(jié)合高架道路設計，局部調(diào)整地面墩位的布置。為避免施工后兩種不同類型的相

4、鄰結(jié)構產(chǎn)生過大的不均勻沉降，施工期間將高架下部結(jié)構與區(qū)間結(jié)構共同圍護，同時開挖。而且，在區(qū)間結(jié)構底板下采用注漿地基加固的方式采提高地基承載力，減少結(jié)構施工結(jié)束后覆土及運營階段的后期沉降。設計計算中將現(xiàn)澆矩形鋼筋混凝土箱型結(jié)構按支座產(chǎn)生2cm差異沉降進行平面有限元分析，計算中考慮了地基加固因素，計算結(jié)果結(jié)構箱型滿足受力和變形要求。 22 敞開段結(jié)構設計 區(qū)間敞開段為現(xiàn)澆鋼筋混凝土U型結(jié)構，按原設計將高架下部基礎與敞開結(jié)構互相分離，互不影響，則該范圍內(nèi)高架基礎承臺須位于敞開段外側(cè)，考慮到基坑開挖及圍護需將承臺與基坑共同考慮，而先施工的高架樁基礎會因基坑開挖引起樁基承載力的一部分損失。不僅如此，該方

5、案的最大缺點就是工程的平面布置對周邊影響較大，因墩位布置引起該范圍內(nèi)拆遷量增大。由于該工程的前期工作已告一段落，而工程場地范圍內(nèi)用地又相當緊張，若引起額外拆遷，會增加很大的工程投資費用，而且，若按此方式布置，高架建成后地面道路設計線形較差，間接影響地面道路的行車速度，無形中降低了地面道路的等級，并引起高架道路上部蓋梁跨度的加大，下部樁基長度加長等工程數(shù)量的增加。 考慮上述因素后，決定對原設計橫斷面進行優(yōu)化調(diào)整，即將高架道路墩柱位移至U型敞開段側(cè)墻內(nèi)。在滿足地鐵行車限界條件的前提下，將高架道路立柱與U型側(cè)墻合二為一，整體施工。同時，高架道路下部結(jié)構承臺與U型段底板結(jié)合成一體結(jié)構。這樣做的優(yōu)點是占

6、用地面道路少，拆遷量小，地面道路設計線形合理，能確保地面道路的設計行車速度和行車安全等。但該方案需要解決好兩種結(jié)構型式之間的差異沉降問題。 為此，設計就地鐵結(jié)構的沉降問題作了一些調(diào)研工作，就已建成的1號線工程運營后地下暗埋段及引道段的多年沉降觀測，發(fā)現(xiàn)盡管地下車站與明挖區(qū)間結(jié)構在設計計算中不存在沉降問題(因不對地基土產(chǎn)生附加應力)，但實測后發(fā)現(xiàn)普遍存在或多或少的沉降量，這不外乎由于二次壓縮變形及施工中對坑底土的擾動再固結(jié)，孔隙水壓力變化等引起車站建成和覆土完成后的后期沉降。而高架結(jié)構就已建成通車的內(nèi)環(huán)高架與南北高架的觀測資料來看，高架道路在工后及運營使用后的絕對沉降量也要發(fā)生在23cra左右。

7、故認為這兩種結(jié)構型式本身存在有共同沉降問題。 針對上述情況，本工程結(jié)構設計中應增強結(jié)構本身的抵抗差異沉降能力，同時在設計中采取措施盡量控制絕對沉降量，只有絕對沉降量小，才能有效減少差異沉降。為此在結(jié)構設計中考慮采取如下措施： (1)由于高架承臺與結(jié)構底板接成整體，為盡可能減小差異沉降引起的結(jié)構次內(nèi)力，在承臺兩側(cè)各設置一條變形縫，在底板中設置棒槽，側(cè)墻中設置剪力桿，并用橡膠止水帶等措施防水； (2)將高架下部結(jié)構基礎樁長適當加長，將高架結(jié)構計算的絕對沉降量控制在3cm以內(nèi)； (3)在U型段結(jié)構頂面增加600X1000永久性鋼筋混凝土壓頂梁，U型槽整體剛度較原來增加了20； (4)將圍護結(jié)構通過構

8、造措施與主體結(jié)構形成整體受力體系，增加其橫向及豎向抗變形能力； (5)適當增加底板和側(cè)墻厚度，以承受結(jié)構豎向的不均勻反力。 以上的結(jié)構構造措施一方面是通過增加U型槽整體剛度，來承擔差異沉降引起的不均勻反力；另一方面通過解除相鄰結(jié)構段間的約束，來減小差異沉降引起的結(jié)構次內(nèi)力。 采取上述構造措施后，就結(jié)構縱向抵抗不均勻沉降能力以及其自身的承載能力進行了結(jié)構內(nèi)力計算和分析，其假定也按橋墩處相對于跨中產(chǎn)生2cm不均勻沉降，考慮主體結(jié)構受力為主，而與主體結(jié)構相接的圍護結(jié)構同底板下土體按彈性地基考慮。由于U型結(jié)構同高架承臺間有底板榫槽和側(cè)墻剪力桿相接，故其底板受力又不同于深基礎樁基上的承臺僅受樁基作用，所以結(jié)構受力模型按高架承臺處的大彈簧K與中間的彈性地基小彈簧k共同作用。 計算結(jié)果如圖1(限于篇幅，只列出一種斷面)。 圖1 計算結(jié)果，等值線彎矩圖 (側(cè)墻及底板中膜應力未標出) 3 實施后情況 該工程土建施工完成以后，高架道路正式通車運營，地下段也進入了緊張的鋪軌和設備安裝、調(diào)試階段，而該范圍內(nèi)的高架立柱沉降觀測并未終止，從蓋梁施工到架梁，到橋面鋪裝以及通車后的近一年情況來看，高架結(jié)構沉降總體情況較好，絕對沉降量皆小于lcm，相鄰墩間差異沉降也僅在4mm左右，沉降觀測統(tǒng)計如圖2。 圖2 沉降觀測統(tǒng)計圖 4 幾點體會 (1)為滿足地鐵技術設計要求控制不均勻沉降，