一體化地鐵引道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的嘗試和探討

1、 摘 要 上海市地鐵l號(hào)線北延伸一期工程南起上?；疖?chē)站北端頭井，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(gòu)。南段大部分區(qū)間隧道采用盾構(gòu)法施工，當(dāng)隧道埋深較淺時(shí)(4m)，在采用明挖法施工暗埋及敞開(kāi)過(guò)渡段后牽出地面，同高架結(jié)構(gòu)相接，就該引道結(jié)構(gòu)的特殊設(shè)計(jì)作一介紹。 關(guān)鍵詞 暗埋段 敞開(kāi)段 基礎(chǔ) 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(gòu)工作井結(jié)構(gòu)；里程SKl8+3733

2、86SKl8+492278為暗埋段矩形結(jié)構(gòu)；里程SKl8+492278SKl8+771825為敞開(kāi)段U型結(jié)構(gòu)； 12 工程地質(zhì)及水文地質(zhì) 本工程場(chǎng)區(qū)內(nèi)道路平坦，地貌單一。 潛水：該場(chǎng)地淺部地下水屬潛水類(lèi)型，受大氣降水及地表徑流補(bǔ)給，其水位動(dòng)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(gòu)，含水介質(zhì)為粉性土及砂土。場(chǎng)區(qū)內(nèi)地下水對(duì)混凝土無(wú)侵蝕性。 承壓水：場(chǎng)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(dòng)態(tài)相對(duì)穩(wěn)定。該承壓水頭離地面埋深約為10m。 工程地質(zhì)報(bào)告勘察結(jié)果，該場(chǎng)地內(nèi)地基土屬軟弱場(chǎng)地土，場(chǎng)地土類(lèi)別為類(lèi)，按地震烈度7

3、度設(shè)防。場(chǎng)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(gòu)設(shè)計(jì)難點(diǎn)及解決策略 21 暗埋段結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 本工程區(qū)間暗埋段結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土現(xiàn)澆矩形框架結(jié)構(gòu)，工程始于盾構(gòu)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(chē)道下，然后接敞開(kāi)段上一體化高架，故該暗埋段結(jié)構(gòu)在乎面布置上應(yīng)同時(shí)兼顧高架道路的下部基礎(chǔ)及立柱的平面布置。在此前提條件下，區(qū)間暗埋段結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一方面通過(guò)縮小上、下行線的線間距來(lái)減少區(qū)間結(jié)構(gòu)的地下占地范圍，另一方面將原區(qū)間結(jié)構(gòu)中隔墻上的電纜等設(shè)備在滿足相應(yīng)規(guī)范和使用要求的前提下移至側(cè)墻上，同時(shí)，結(jié)合高架道路設(shè)計(jì)，局部調(diào)整地面墩位的布置。為避免施工后兩種不同類(lèi)型的相

4、鄰結(jié)構(gòu)產(chǎn)生過(guò)大的不均勻沉降，施工期間將高架下部結(jié)構(gòu)與區(qū)間結(jié)構(gòu)共同圍護(hù)，同時(shí)開(kāi)挖。而且，在區(qū)間結(jié)構(gòu)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(gòu)施工結(jié)束后覆土及運(yùn)營(yíng)階段的后期沉降。設(shè)計(jì)計(jì)算中將現(xiàn)澆矩形鋼筋混凝土箱型結(jié)構(gòu)按支座產(chǎn)生2cm差異沉降進(jìn)行平面有限元分析，計(jì)算中考慮了地基加固因素，計(jì)算結(jié)果結(jié)構(gòu)箱型滿足受力和變形要求。 22 敞開(kāi)段結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 區(qū)間敞開(kāi)段為現(xiàn)澆鋼筋混凝土U型結(jié)構(gòu)，按原設(shè)計(jì)將高架下部基礎(chǔ)與敞開(kāi)結(jié)構(gòu)互相分離，互不影響，則該范圍內(nèi)高架基礎(chǔ)承臺(tái)須位于敞開(kāi)段外側(cè)，考慮到基坑開(kāi)挖及圍護(hù)需將承臺(tái)與基坑共同考慮，而先施工的高架樁基礎(chǔ)會(huì)因基坑開(kāi)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(diǎn)就是工程的平面布置對(duì)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(chǎng)地范圍內(nèi)用地又相當(dāng)緊張，若引起額外拆遷，會(huì)增加很大的工程投資費(fèi)用，而且，若按此方式布置，高架建成后地面道路設(shè)計(jì)線形較差，間接影響地面道路的行車(chē)速度，無(wú)形中降低了地面道路的等級(jí)，并引起高架道路上部蓋梁跨度的加大，下部樁基長(zhǎng)度加長(zhǎng)等工程數(shù)量的增加。 考慮上述因素后，決定對(duì)原設(shè)計(jì)橫斷面進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，即將高架道路墩柱位移至U型敞開(kāi)段側(cè)墻內(nèi)。在滿足地鐵行車(chē)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(shí)，高架道路下部結(jié)構(gòu)承臺(tái)與U型段底板結(jié)合成一體結(jié)構(gòu)。這樣做的優(yōu)點(diǎn)是占

6、用地面道路少，拆遷量小，地面道路設(shè)計(jì)線形合理，能確保地面道路的設(shè)計(jì)行車(chē)速度和行車(chē)安全等。但該方案需要解決好兩種結(jié)構(gòu)型式之間的差異沉降問(wèn)題。 為此，設(shè)計(jì)就地鐵結(jié)構(gòu)的沉降問(wèn)題作了一些調(diào)研工作，就已建成的1號(hào)線工程運(yùn)營(yíng)后地下暗埋段及引道段的多年沉降觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)盡管地下車(chē)站與明挖區(qū)間結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)計(jì)算中不存在沉降問(wèn)題(因不對(duì)地基土產(chǎn)生附加應(yīng)力)，但實(shí)測(cè)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(duì)坑底土的擾動(dòng)再固結(jié)，孔隙水壓力變化等引起車(chē)站建成和覆土完成后的后期沉降。而高架結(jié)構(gòu)就已建成通車(chē)的內(nèi)環(huán)高架與南北高架的觀測(cè)資料來(lái)看，高架道路在工后及運(yùn)營(yíng)使用后的絕對(duì)沉降量也要發(fā)生在23cra左右。

7、故認(rèn)為這兩種結(jié)構(gòu)型式本身存在有共同沉降問(wèn)題。 針對(duì)上述情況，本工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)增強(qiáng)結(jié)構(gòu)本身的抵抗差異沉降能力，同時(shí)在設(shè)計(jì)中采取措施盡量控制絕對(duì)沉降量，只有絕對(duì)沉降量小，才能有效減少差異沉降。為此在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中考慮采取如下措施： (1)由于高架承臺(tái)與結(jié)構(gòu)底板接成整體，為盡可能減小差異沉降引起的結(jié)構(gòu)次內(nèi)力，在承臺(tái)兩側(cè)各設(shè)置一條變形縫，在底板中設(shè)置棒槽，側(cè)墻中設(shè)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(gòu)基礎(chǔ)樁長(zhǎng)適當(dāng)加長(zhǎng)，將高架結(jié)構(gòu)計(jì)算的絕對(duì)沉降量控制在3cm以內(nèi)； (3)在U型段結(jié)構(gòu)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(lái)增加了20； (4)將圍護(hù)結(jié)構(gòu)通過(guò)構(gòu)

8、造措施與主體結(jié)構(gòu)形成整體受力體系，增加其橫向及豎向抗變形能力； (5)適當(dāng)增加底板和側(cè)墻厚度，以承受結(jié)構(gòu)豎向的不均勻反力。 以上的結(jié)構(gòu)構(gòu)造措施一方面是通過(guò)增加U型槽整體剛度，來(lái)承擔(dān)差異沉降引起的不均勻反力；另一方面通過(guò)解除相鄰結(jié)構(gòu)段間的約束，來(lái)減小差異沉降引起的結(jié)構(gòu)次內(nèi)力。 采取上述構(gòu)造措施后，就結(jié)構(gòu)縱向抵抗不均勻沉降能力以及其自身的承載能力進(jìn)行了結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算和分析，其假定也按橋墩處相對(duì)于跨中產(chǎn)生2cm不均勻沉降，考慮主體結(jié)構(gòu)受力為主，而與主體結(jié)構(gòu)相接的圍護(hù)結(jié)構(gòu)同底板下土體按彈性地基考慮。由于U型結(jié)構(gòu)同高架承臺(tái)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(chǔ)樁基上的承臺(tái)僅受樁基作用，所以結(jié)構(gòu)受力模型按高架承臺(tái)處的大彈簧K與中間的彈性地基小彈簧k共同作用。 計(jì)算結(jié)果如圖1(限于篇幅，只列出一種斷面)。 圖1 計(jì)算結(jié)果，等值線彎矩圖 (側(cè)墻及底板中膜應(yīng)力未標(biāo)出) 3 實(shí)施后情況 該工程土建施工完成以后，高架道路正式通車(chē)運(yùn)營(yíng)，地下段也進(jìn)入了緊張的鋪軌和設(shè)備安裝、調(diào)試階段，而該范圍內(nèi)的高架立柱沉降觀測(cè)并未終止，從蓋梁施工到架梁，到橋面鋪裝以及通車(chē)后的近一年情況來(lái)看，高架結(jié)構(gòu)沉降總體情況較好，絕對(duì)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(cè)統(tǒng)計(jì)如圖2。 圖2 沉降觀測(cè)統(tǒng)計(jì)圖 4 幾點(diǎn)體會(huì) (1)為滿足地鐵技術(shù)設(shè)計(jì)要求控制不均勻沉降，