北翟路地道上穿规划地铁隧道的节点设计

2015-11-07张飞鹏

城市道桥与防洪 2015年5期

关键词：号线盾构隧道

张飞鹏

（上海城投公路投资（集团）有限公司，上海市200335）

北翟路地道上穿规划地铁隧道的节点设计

张飞鹏

（上海城投公路投资（集团）有限公司，上海市200335）

上穿地道施工后，远期地铁盾构掘进势必对已建隧道产生影响。对上海北翟路上穿规划16号线节点建立了数值模型，分析了盾构掘进对已建地道的影响，为节点设计提供一定参考。在该节点详细设计时，宜将结构变形缝设置在盾构穿越范围之外，且应考虑加强的抗剪构造和防水措施。地道基坑施工时，格构柱和底板泄水孔布置尽量避让规划地铁线路。地道围护设计时，应采用易于远期盾构穿越的结构型式，且宜对盾构穿越范围进行必要的加固，减少盾构掘进施工对已建地道结构的影响。

车行地道；上穿；地铁隧道；节点设计

0　引言

近年来，由于车行地道投入使用后对城市景观和周边环境影响较小，在市民聚集的闹市区、商业集中的开发区、对周边环境保护等级较高的景观区得到广泛应用。然而，随着大城市地铁工程建设的蓬勃发展，地铁线路下穿已建车行地道的工程案例屡见不鲜。若车行地道在修建时不重视远期地铁隧道的穿越，将可能引起地铁盾构切屑桩基、掌子面不稳定等一系列问题，进而影响到车行地道自身的防水性能和结构安全。

本文以规划建设的上海市北翟路地道工程为背景，对车行地道上穿规划地铁线路的节点设计进行探讨，总结节点处理的一些常用方法，分析后建地铁隧道对已建车行地道的影响，为相似工程提供参考。

1　工程概况及地质条件

1.1工程概况

上海规划北翟路地道西侧位于协和路以西接外环立交［1］，东侧位于剑河路以东接地，后接中环立交，平面线位走向见图1。

北翟路地道为城市快速路，双向六车道，设计时速80 km/h。地道沿北翟路自西向东依次下穿协和路、福泉路、淞虹路、平塘路、剑河路，线位两侧为众多已建商品住宅、厂房、办公楼等，局部北临吴淞江。地道结构总长1 780 m，其中敞开段分别长120 m、180 m，暗埋段长为1 480 m。地道采用自然通风结合机械排烟的通风方式，地面道路中央分隔带内局部设通风井。每孔隧道内包含两条小车道和一条大车道，横断面布置见图2。

北翟路地道于淞虹路上穿规划轨道交通16号线区间隧道。规划16号线区间隧道采用盾构法施工，隧道结构外径6.2 m，与即将开工建设的北翟路地道平面90°相交，竖向间距仅为3.5 m，见图3、图4。

1.2地质及水文条件

场地为正常沉积区［2］，场地地基土主要由饱和粘性土、粉性土和砂土组成。土层由上至下为：①填土、②1褐黄色粉质粘土、②2灰黄色粉质粘土、③灰色淤泥质粉质粘土、④灰色淤泥质粘土、⑤1-1灰色粘土、⑥暗绿～草黄色粉质粘土、⑦1-1草黄色粘质粉土夹粉质粘土、⑦1-2草黄～灰黄色砂质粉土、⑧1灰色粉质粘土。各土层物理力学性质详见表1。

拟建场地浅部地下水属潜水类型，潜水位动态变化主要受控于大气降水、地面蒸发及地表水的补给与调节的影响，主要补给来源为大气降水、吴淞江和周边河道。潜水位埋深一般为地表下0. 3～1.5 m，年平均地下水位为地表下0.5～0.7 m，设计高水位0.3 m，设计低水位1.5 m［2］。

2　盾构下穿既有结构的影响分析

根据规划，下穿北翟路地道的地铁16号线区间段将采用盾构法施工。目前上海地铁常用的盾构设备为泥水和土压平衡盾构。盾构的主要施工工艺为：机头刀盘切削掌子面土体；泥水混合物或被切削下的土体来平衡掌子面的地层压力；盾尾千斤顶将已拼装在盾壳内的整环衬砌推出，实现盾构的前进，并同步注浆用以填充衬砌与地层之间的空隙；依次循环完成隧道结构的贯通。盾构将两次穿越北翟路地道，开挖卸载、盾构顶推和同步注浆将可能对地道结构安全和防水效果造成影响。

图1　北翟路地道平面线位图

表1　地层物理力学性质参数表

目前盾构穿越既有结构的案例较少，作者运用有限差分法建立三维数值模型，通过模拟盾构施工过程，分析盾构穿越对北翟路地道结构的影响，三维数值模型见图5。

图5　地铁穿越既有地道结构的三维数值模型

通过数值计算，盾构穿越使得北翟路地道竖向隆起，且地道盾构掘进方向一侧的隆起量较大，见图6。盾构掘进使得北翟路地道沿盾构掘进方向发生侧向位移，地道底部侧移较大，见图7。盾构掘进造成地道结构最大剪切应力集中在中隔墙处，见图8。

图6　北翟路地道结构竖向位移云图

图7　北翟路地道结构水平位移云图

图8　北翟路地道最大剪切应力云图

3　节点设计

3.1车行地道结构设计

针对远期盾构穿越可能造成的不利影响，地道结构应采取相应的主动加强措施。

3.1.1变形缝设置及构造措施

为减少混凝土浇筑后的收缩裂缝和长期环境下的温度应力，地道结构纵向每隔一定距离（20～30 m）设置一处变形缝［3］。数值分析结果显示，越靠近地铁隧道顶部，地道结构的变形量越大，且位于两条地铁隧道中间区域的地道结构存在变形叠加。结合岩土破裂角，地道结构变形缝不宜设置在地铁隧道的破裂角范围（见图9）。因此，北翟路地道上穿规划16号线节段长度宜为32 m。

图9　上穿规划16号线的北翟路地道变形缝设置

变形缝是结构受力的薄弱区域，该节点节段之间的连接构造及防水措施尤为重要。一般变形缝宽度约为20～30 mm［4］，北翟路地道将变形缝宽度设计为10 mm，减少节段间允许错动量。在结构变形缝的抗剪方面，地道节段间的底板设凹凸抗剪接头，顶板和侧墙分别设置Φ40@500的剪力筋，保证结构能抵抗竖向的剪切应力。变形缝的防水则主要采用外贴式止水带+中埋式橡胶止水带+内嵌高模量聚氨密封胶。根据规范，变形缝止水带的性能要求为B型，保证其较高的拉伸强度和撕裂强度。

3.1.2其他构造措施

地道基坑在施工时，格构柱浇筑在顶底板之内。当格构柱割除以后，顶底板格构柱处往往成为防水的薄弱点。北翟路地道采取顶底板各预埋一处止水钢板进行格构柱的止水，且格构柱的布置则选在两条地铁隧道中间。

由于承压水影响，地道基坑开挖时需在底板上设一定数量的泄水孔，待主体结构能够抵抗承压水压力后再将其封堵。在上穿规划地铁节点处，北翟路地道尽量减少泄水孔数量，且泄水孔位置尽量避开地铁隧道的顶部，减少远期盾构施工对泄水孔薄弱区域的影响。

3.2基坑设计

3.2.1围护结构设计

规划16号线将于淞虹路口下穿北翟路地道，结合路口交通组织，该区段两侧设封堵墙，作为一个单独基坑进行施工。地道围护结构采用型钢水泥土搅拌墙，地道施工结束，拔除型钢水泥土搅拌墙内的型钢，未来轨道交通盾构机施工时可直接切削穿越水泥土搅拌桩，为规划轨道交通16号线实施留有可能性。

3.2.2加固工程

为减少远期盾构施工对北翟路地道结构影响，地道基坑设计方案考虑对盾构穿越范围进行高压旋喷桩土体加固，并对盾构穿越孔进行旋喷弱加固，见图10。