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新建道路近距离平行上穿地铁车站方案研究

2016-07-27斌,恺,

四川建筑 2016年2期
关键词:进尺底板车站

赵 斌, 朱 恺, 阮 松

(中铁工程设计咨询集团有限公司, 北京 100055)



新建道路近距离平行上穿地铁车站方案研究

赵斌, 朱恺, 阮松

(中铁工程设计咨询集团有限公司, 北京 100055)

【摘要】新建城市道路近距离上穿地铁车站,将引起地铁车站所在土体的隆起,尤其是地下水位较高时,此时既要保证下方地铁的正常运营,又要保证上方道路工程的正常施工与经济性,制定合适的施工方案尤为重要。文章基于成都市西3线道路工程近距离平行上穿地铁1号线南延线工程华阳站,通过midas civil 软件,建立三维模型,并考虑地下水位影响,计算表明:随着施工进尺(单次开挖长度)的增加,底板隆起值及其纵向影响范围呈增加趋势;在相同施工进尺情况下,跨柱开挖引起的隆起值更大,且随着施工进尺的增加,这一现象趋于不明显;地铁车站标准段,施工进尺按15 m(1.5倍柱距)控制;地铁车站扩大段,施工进尺按10 m(1倍柱距)控制。

【关键词】近距离;平行上穿;地铁车站;高地下水位

随着我国城市轨道交通的快速发展,城市新建市政工程与地铁工程产生交叉、上穿等[1]相互影响日益增多。此时既要保证下方地铁的正常运营,又要保证上方工程的正常施工与经济合理。关于这一点,温锁林[2]结合上海东西通道跨越地铁二号线工程,提出了采用SMW工法施工基坑围护墙和分隔墙将基坑分为若干小基坑,小基坑采用跳仓和分层方式开挖;卢光杰[3]通过数值模拟,提出对于上穿工程,夹层土体理论上存在合理的厚度H,使得上穿工程对既有地铁隧道结构的动、静荷载综合影响达到最优;刘欢[4]通过数值模拟,得出了上穿施工引起地铁隧道变形规律,即随着间距的增加,既有结构变形较小;戴文彬[5]基于西安地铁,数值模拟了抽水引起的地铁隧道变形,并与解析解进行对比,指出抽水对地铁隧道变形影响明显。可见,人们对于上穿地铁隧道已有了不少研究成果,而对于上穿地铁车站的研究并不多见。对于地铁车站,其覆土往往较地铁隧道浅很多,对于地下水位较高的城市,如成都的地铁车站常设置抗浮脚趾、抗拔桩及压顶梁等抗浮措施,若是在雨季施工,地铁车站可能产生较大的隆起变形,严重威胁地铁的正常运营。该文基于成都市西3线道路工程近距离平行上穿地铁1号线南延线工程华阳站,针对车站的不同段,提出相应的施工方案,既可以保证对于地铁车站的安全运营,又保证了上方工程的施工与经济性。

1工程概况与计算模型

1.1工程概况

西3线道路工程位于成都市高新区中和片区,地势较平坦,场地较为开阔,有网状的乡村公路,交通相对较便利。该道路工程规划红线宽度30 m,设计全长1 214.16 m,类别为城市次干路,路面等级为高级路面,交通等级为重交通。道路工程横断面组成为:人行道3.5 m+车道23.0 m+人行道3.5 m,沿规划中线对称布置。

西3线道路工程在K0+000—K0+240段,与已建的地铁1号线南延线华阳站主体平面位置重合。该段西3线道路路面平均高程为479.874 m,道路结构层厚为1.66 m(设计土路基以上结构为80 cm厚连砂石加强层+20 cm厚级配碎石垫层+50 cm厚水泥稳定碎石层+16 cm厚沥青面层),成型后的路面与车站主体顶面高差约为2.5 m,该范围内车站顶板平均高程为477.339 m(表1)。道路与车站平面及剖面关系如图1~图3所示。

表1 西3线道路与地铁结构物顶面高程关系 m

从表1可以看出,路面施工期间,车站上方覆土沿车站主体纵向变化较大,最小处约为0.2 m,最大处约为1.1 m,平均覆土仅为0.79 m。

根据西3线工程地勘报告及地铁工程地勘报告,车站抗浮水位取地下2.5 m,每1 m水头浮力按10 kPa考虑。对主体结构取纵向1 m长度进行抗浮稳定性验算。道路施工时,上部覆土厚按0.79 m考虑,车站标准段横断面抗浮安全系数为:K=(结构自重+覆土)/水浮力=(2 237.2+374.46)/2 705.29=0.96<1.05,不满足抗浮要求。

图1 道路与车站平面关系

图2 标准段剖面关系

图3 扩大段剖面关系

1.2计算模型

车站标准段横断面尺寸如图2所示,模型中顶、中、底板采用板单元模拟,中柱、顶纵梁、中纵梁、底纵梁采用梁单元模拟,地层采用受压弹簧模拟模型如图4、图5所示。

图4 车站模型图1

1.3计算参数

车站主要环境信息、结构见表2、表3。

表2 结构尺寸 mm

表3 车站环境信息

1.4计算荷载

地铁结构按钢筋混凝土,容重取25 kN/m3,由程序自动加载。结构顶板、侧墙及底板外荷载见表4、表5。

表4 标准段荷载 kN/m2

表5 扩大段荷载 kN/m2

(a)标准段

(b)扩大段图5 车站模型图2

2安全控制指标

根据CJJ/T 202-2013《城市轨道交通结构安全保护技术规范》[7]附录B表B.0.2城市轨道交通结构安全控制指标值,隧道竖向位移预警值为10 mm,控制值为20 mm,隧道变形曲率半径控制值为15 000 m。

同时文献[6]指出意大利国家铁路规范对轨道控制值要求如下:纵向410 m长度内绝对沉降20 mm,10 m纵向长度内差异沉降1‰。

本文计算时,与华阳站轨道专业负责人沟通协调,考虑到轨道的可调整空间,认为10 mm及纵向变形曲率半径R≥15 000 m作为安全控制指标是合理的。

3计算结果分析

3.1标准段

(1)工况一:施工进尺10 m时荷载示意见图6、图7。

图6 柱间开挖

图7 跨柱开挖

(2)工况二:施工进尺15 m时荷载示意见图8。

图8 开挖15 m荷载示意

(3)工况三:施工进尺20 m时荷载示意见图9、图10。

表6为标准段施工进尺与底板隆起值的关系表。可见:随着施工进尺的增加,底板隆起值及其纵向影响范围呈增加趋势;在相同施工进尺情况下,跨柱开挖引起的隆起值更大,

图9 柱间开挖

图10 跨柱开挖

且随着施工进尺的增加,这一现象趋于不明显;当施工进尺为20 m时,隆起值已达10.17 mm,超过控制值;而施工进尺为10 m,隆起值为6.40 mm,距离控制值较大;同时三种施工进尺情况的纵向变形值都小于相应的纵向变形允许值。

表6 标准段施工进尺与隆起值关系

注:表中纵向变形允许值是以R=15 000 m作为计算依据,按各工况下实际影响范围作为计算条件计算得到的。

表7为标准段施工进尺与顶板、中板、底板裂缝宽度关系表。可见:随着施工进尺的增加,顶板、中板、底板上的弯矩呈增加趋势,且底板上弯矩增加最为明显;在相同施工进尺的情况下,跨柱开挖引起的板弯矩增加更大;同时在三种施工进尺条件下,结构顶板、中板、底板的裂缝均能达到要求。

综上,对于车站标准段,纵向开挖施工进尺可取为15 m。

3.2扩大段

表8为扩大段施工进尺与底板隆起值的关系表。可见:随着施工进尺的增加,底板隆起值及其纵向影响范围呈增加趋势;在相同施工进尺情况下,跨柱开挖引起的隆起值更大;当施工进尺为15 m时,隆起值已达10.17 mm,超过控制值;同时三种施工进尺情况的纵向变形值都小于相应的纵向变形允许值。

表9为扩大段施工进尺与顶板、中板、底板裂缝宽度关系表。可见:随着施工进尺的增加,顶板、中板、底板上的弯矩呈增加趋势;同时在三种施工进尺条件下,结构顶板、中板、底板的裂缝均能达到要求。

综上,对于车站扩大段,纵向开挖施工进尺可取为10 m。

3.3讨论

对于地铁车站而言,因其覆土一般很浅,当地下水位较

表7 标准段施工进尺与板裂缝宽度关系

表8 扩大段施工进尺与隆起值关系

注:表中纵向变形允许值是以R=15 000 m作为计算依据,按各工况下实际影响范围作为计算条件计算得到的。

表9 扩大段施工进尺与板裂缝宽度关系

高时,去掉车站顶部的覆土对车站是有明显影响的,尤其是对于运营中的车站。但车站结构较之地铁区间而言,其刚度明显更大,因此采用合理的施工方案与步序,可以保证车站的安全运营。

同时对于该类型的工程,应当尽量安排工期在枯水期进行。必要时,在施工期间采取降水措施,以保证地铁车站的安全运营。

4结论

西3线道路工程近距离平行上穿既有地铁车站,目前该工程已顺利实施。基于成都市高地下水位的特点,提出了合理的施工方案,并得到以下结论:随着施工进尺的增加,底板隆起值及其纵向影响范围呈增加趋势;在相同施工进尺情况下,跨柱开挖引起的隆起值更大,且随着施工进尺的增加,这一现象趋于不明显;地铁车站标准段,施工进尺可按15 m(1.5倍柱距)控制;地铁车站扩大段,施工进尺可按10 m(1倍柱距)控制。

参考文献

[1]李兆平,汪挺,郑昊,等. 盾构隧道近距离小角度上穿已建暗挖隧道方案[J]. 都市快轨交通,2008(6):64-68.

[2]温锁林. 近距离上穿运营地铁隧道的基坑明挖施工控制技术[J]. 岩土工程学报,2010(S2):451-454.

[3]卢光杰. 上穿工程对既有地铁隧道结构变形影响及控制研究[D].北京交通大学,2008.

[4]刘欢. 地下街上穿施工与既有地铁隧道相互影响的数值模拟分析[D].哈尔滨工业大学,2013.

[5]戴文彬. 抽水地面沉降对地铁隧道变形的影响研究[D].长安大学,2013.

[6]北京市轨道交通建设管理有限公司,北京交通大学,中铁隧道集团有限公司.浅埋暗挖法近距离穿越既有地铁构筑物(区间与车站)关键技术研究鉴定材料[R].2005.

[7]CJJ/T 202-2013城市轨道交通结构安全保护技术规范[S].

[作者简介]赵斌(1988~),男,硕士研究生,助理工程师,从事地铁结构设计工作。

【中图分类号】U416.1

【文献标志码】B

[定稿日期]2015-09-23

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