地铁高架线过地裂缝段应对措施研究

张新广

（中铁第一勘察设计院集团有限公司，710043，西安∥工程师 ）

地裂缝是西安特有的区域性地质灾害，国内目前尚无有关地铁过地裂缝段处理措施的规范、标准。其变形具有三维特性，分为垂直位移、水平位移和水平扭动，其中垂直位移且具有随时间单项累计的特征。西安地铁1、2号线分别对地下区间过地裂缝处理措施进行了深入的专题研究。重点针对地裂缝垂直位移，提出了包括线路、轨道、区间结构和防水等方面的综合处理措施，但对高架桥梁过地裂缝处理措施尚无深入研究，西安地铁3号线一期工程北端高架线路在灞河南侧与f1地裂缝相交，为国内首条高架线跨越地裂缝的地铁线路。本文以西安地铁3号线一期工程为例，重点结合高架桥梁结构，以桥梁基础产生不均匀沉降为前提，通过对线路调坡、桥梁梁型和支座选型以及轨道结构处理措施等三方面综合研究分析，提出采用简支梁和可调式框架板道床配合线路适应性调坡的处理方案，为后续类似工程处理提供借鉴。

1 工程概况

西安地铁3号线一期工程为鱼化寨至国际港务区段，正线全长39.150km，其中地下线长27.131 km，高架线长11.565km，敞口段长0.454km。共设车站26座，其中19座地下站（含6座换乘站），7座高架站。线路共15次穿越8条地裂缝，其中高架段1次跨越f1地裂缝。作为西安地铁的第一条高架线路，如何处理好高架桥跨越地裂缝的问题，关系到西安地铁第一条高架线建设的成功与否。在长安大学《地铁隧道近距离平行和小角度穿越活动地裂缝带的性状及防治措施研究》以及1、2号线地铁过地裂缝段工程处理措施的研究基础上，针对高架桥跨越f1地裂缝提出合理有效、安全可靠的应对措施。为西安地铁3号线的设计、施工及安全运营提供支持。

2 与高架段相交地裂缝的基本情况及本段线路概况

西安地铁3号线与f1地裂缝交于线路YK 40＋096.45附近，f1地裂缝在线路附近的平面延伸情况见图1。经现场调查访问，f1地裂缝与地铁线路相交处附近并未发现地面变形及破裂现象，因此目前该段地裂缝呈隐伏状态，活动不明显。

图1 f1地裂缝与地铁线路关系图

2.1 f1地裂缝基本参数

根据多年测量结果分析，地裂缝变形具有三维特性，分为垂直位移、水平位移和水平扭动。三种变形量比为1∶0.31∶0.03，其中：垂直位移最大，且具有随时间单项累计的特征（如图2所示），对地铁工程危害较大；水平位移次之，可通过轨道长圆孔铁垫板来调整；水平扭动最小，对土建工程的影响可以忽略。

由现场调查结果显示，f1地裂缝与地铁3号线交汇处─安邸村东侧东三环路附近活动迹象弱，无明显活动特征，推测该段地裂缝现阶段活动速率为1.0～2.0mm／a。

图2 西安地铁裂缝累计沉降曲线图

根据长安大学《地铁隧道近距离平行和小角度穿越活动地裂缝带的性状及防治措施研究》成果：f1地裂缝对地铁3号线影响程度分级定性评价、地铁设计使用期（100年）内地铁3号线与各地裂缝交汇处地铁隧道设计的最大垂直位移量、最大水平（横向）位移量和轴向位移量预测值、设防长度分别如表1、表2所示。

表1 f1地裂缝对地铁3号线影响程度评价表

表2 f1地裂缝处地铁设计预留量

2.2 本段线路概况

f1地裂缝位于浐河东─浐灞区间，线路采用直线跨越地裂缝，线路与地裂缝相交处里程为CK40＋096.45，交叉角度优化为88°，跨地裂缝处桥梁跨度为一孔30m，上盘墩中心里程为CK40＋081.329，下盘墩中心里程为CK40＋111.329，地裂缝距上下盘两墩的距离分别为15.12m和14.88m。纵断面从CK30＋800开始以坡度为9‰、300m长的下坡至CK40＋100（约等于线路与地裂缝相交处里程），转以平坡接入浐灞站。跨地裂缝南侧的半岛环路处，净空最小处约为6.7m。以地裂缝与线路相交处分界，小里程侧为上盘，大里程侧为下盘，浐灞站位于f1地裂缝下盘，车站距地裂缝最小距离26m。地裂缝附近线路平面及纵断面如图3、图4所示。

图3 线路平面图

3 桥梁变形分析

根据既有地裂缝研究成果，地裂缝上盘整体相对下降、下盘相对不动，错动前后桥梁状态如图5所示。

图4 线路纵断面图

图5 地裂缝错动前后桥梁示意图（单位：cm）

从上图可以看出，上盘整体下降后引起桥梁不均匀沉降的基础为地裂缝上、下盘相邻的两个基础，处理段长度应包含这两处桥梁基础。

4 应对措施研究

4.1 线路适应性调坡

f1地裂缝最大垂直位移量为150mm，地裂缝错动后考虑通过在上盘增加一个坡段，来对上下盘之间的高差进行衔接。设计中将变坡点设置在地裂缝与线路交叉处（CK40＋100），上盘下沉后，下盘坡度保持不变，仍为平坡。上盘由地裂缝处的变坡点向小里程取100m的坡段作为调坡段，即在CK40＋000处设置一处变坡点，将CK4＋100处的变坡点高程抬升，使后一坡段保持平坡，则调坡段的坡度会减小。

设调坡段长度为“L”（100m），地裂缝最大垂直位移为Amax（0.15m），调坡前坡度为i0（9‰ ），调坡后坡度为i1，由 L＝Amax／（i0－i1）计算得i1＝7.5‰。则调整后该段纵坡9‰≥i≥7.5‰，坡度满足规范要求；原坡度分解出一段100m长的调坡段后，前一坡段坡长为200m，坡长也满足需求。线路调坡示意图见图6。

图6 线路调坡示意图

地裂缝处理段长度L处理段应为：L处理段＝调坡长度＋前边坡点切线长T1＋后边坡点切线长T2。由于调整后坡差不会大于1.5‰，故前边坡点（CK40＋000）处不需要设置竖曲线，T1为0。调坡段长度较长，一般均包含上盘第一个桥梁基础，若不包含则加长上盘处理长度，使处理段包含上盘第一个基础，取整5m里程即可。后边坡点（CK40＋100）处竖曲线T2长为13.5m，处理段终点里程为CK40＋113.5m，已包含跨地裂缝整孔桥梁。若不包含整孔桥梁，则下盘处理段长度也应加长至下盘第一个墩以外，取整5m里程即可。

本段L处理段＝100m＋0＋13.5m＝113.5m，设计取115m。因此，调坡范围为CK40＋000～CK40＋115。以上调坡通过轨道结构的调整予以实现。跨越f1的桥跨，两侧基础分别位于地裂缝上、下盘，需设置为简支梁来适应不均匀沉降。

4.2 轨道调整

穿越地裂缝区段轨道结构采用可调式框架板轨道配用大调量扣件的设计方案。

在0～30mm范围内的累计变形，通过扣件系统中加设调高垫板实现调整。

在31～50mm范围内的累计变形，通过更换加厚铁垫板实现调整。

变形超过50mm以后，将扣件所加设的调高垫板撤出，并将加厚铁垫板换成普通铁垫板，同时在框架轨道板下方垫入50mm的橡塑垫块，之后51～100mm范围内的累计变形仍通过扣件系统的调整能力来实现调整。

当变形达到100mm时，将所垫橡塑垫块撤出，扣件复原，在框架板下部采用厚度100mm的混凝土垫块进行调高，之后101～150mm范围内的累计变形仍通过扣件系统的调整能力来实现调整，混凝土垫块通过粘接剂与基础混凝土联结，同时在相邻混凝土垫块之间填充混凝土，以确保混凝土垫块的稳定性，最后将框架板侧面的基础挡台部分混凝土进行加高处理，以确保框架板的横向限位。可调式框架板道床平面、横断面及调整原理见图7、图8。

4.3 高架桥应对措施

针对地裂缝，桥梁结构采取以下措施：

（1）跨越地裂缝的桥梁上部结构采用静定结构，采用简支梁跨越，桥下净空留足富余，以适应地裂缝的可能变形；

图7 可调式框架板平面示意图（单位：mm）

图8 可调式框架板横断面图（单位：mm）

（2）跨越地裂缝的桥梁，采用可调高支座，墩帽预留足够的顶梁空间；

（3）跨越地裂缝的桥梁，应定期监测地裂缝的活动，并根据桥梁结构的设计要求及线路、轨道平顺度的要求及时进行调整，加强维修养护；

（4）根据《西安地裂缝场地勘察与工程设计规程》，基础避让地裂缝距离满足上盘大于6m，下盘大于4m。

5 结语

（1）地铁工程过地裂缝的应对措施是一项复杂的综合性工作，其适应性仍有待于在工程实践中进一步验证、总结。在设计中，有条件时首选还是从平面上绕避，尽量减少地裂缝对地铁工程的干扰；必须穿越时，应尽量增大交叉角度；车站位置除了满足地裂缝上下盘避让距离要求外，还应设置在线路调坡范围以外；纵断面设计时应为线路后期调坡预留充足的条件。

（2）地铁高架线工程过地裂缝不同于地下隧道，简支梁适应不均匀沉降能力较强，因此跨地裂缝采用简支梁桥为宜。线路调坡长度及轨道处理范围的确定应充分考虑桥梁梁体整体刚性旋转的特点，结合线路平纵面与桥梁孔跨布置综合研究确定。

（3）运营过程中应对地裂缝进行长期监测，根据具体的监测结果，选择合理的轨道调整量，保证运营安全。

［1］GB 50157—2003地铁设计规范［S］.

［2］DBJ 61－6－2006西安地裂缝场地勘察与工程设计规程［S］.

［3］张家明.西安地裂缝研究［M］.西安：西北大学出版社，1990.

［4］孟振江，卢全中，李喜安，等.西安三号线地裂缝发育特征及活动趋势［J］.长安大学学报：自然科学版，2012（1）：66.

［5］长安大学，中铁第一勘察设计院集团有限公司，西安市地下铁道有限公司.地铁隧道近距离平行和小角度穿越活动地裂缝带的性状及防治措施研究（设防参数研究报告）［R］.西安：长安大学，2010.

［6］中铁第一勘察设计院集团有限公司.西安市地铁二号线工程（铁路北客站—韦曲段）可行性研究报告［R］.西安：中铁第一勘察设计院集团有限公司，2006.

［7］中铁第一勘察设计院集团有限公司.西安市地铁一号线一期工程（后围寨—纺织城）可行性研究报告［R］.西安：中铁第一勘察设计院集团有限公司，2008.

［8］中铁第一勘察设计院集团有限公司.西安市地铁三号线一期工程（鱼化寨—国际港务区）可行性研究报告［R］.西安：中铁第一勘察设计院集团有限公司，2010.

［9］李团社.西安地铁穿越地裂缝带线路与轨道工程方案研究［J］.铁道工程学报，2009（12）：81.

［10］高虎艳，李忠生.西安地裂缝对线状工程设施的破坏及其防治措施［J］.城市轨道交通研究，2012（10）：86.