市政工程中磁悬浮保护方案初步探讨与分析

2017-02-16王文娟

城市道桥与防洪 2017年1期

关键词：改建工程凌空迎宾

王文娟

（上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海市 2 00092）

市政工程中磁悬浮保护方案初步探讨与分析

王文娟

（上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海市 2 00092）

上海磁悬浮专线是世界上第一条真正投入商业运营的高速磁悬浮，近年来，随着市政工程的建设发展，多处市政工程在实施过程中与磁浮设施发生矛盾，对相关的磁浮设施采取合理的保护措施，确保市政项目的正常实施以及磁浮运营的安全至关重要。依托上海凌空路-迎宾大道立交改建工程，初步探讨工程中几种常用的磁浮保护方案，得出适用于项目特点的针对性的保护方案，并进行相应的验算和评估，可为同类工程提供借鉴。

市政工程；磁悬浮；电缆沟；保护方案；评估

1 工程概况[1]

迎宾大道西起环东立交，东至浦东国际机场，全长约14.5 km，是联系浦东国际机场及市区的一条交通干道。1999年建成通车，按城市快速路标准建设，红线宽度100 m。设计速度80 km/h，机动车道双向八车道，全封闭全立交。

凌空路为浦东新区规划的南北向城市次干路，设计速度40 km/h，拟建双向六快二慢，四块板断面。

工程拟采用双层菱形立交形式，凌空路为地面层，连接南北路段，打通断头路；迎宾大道设跨线桥跨越凌空路，并在凌空路东、西两侧各设置一对上下匝道。项目总体布置见图1。

图1 凌空路-迎宾大道立交改建工程总体布置图

2 与磁悬浮的关系，影响及对策

2.1 与磁浮的关系

工程范围内磁悬浮线位位于迎宾大道中心线北侧56 m，近似平行迎宾大道走向，磁浮主线为高架形式，跨径24.768 m，梁底标高12.95 m左右。

规划凌空路线位由北向南依次与磁悬浮和迎宾大道交叉，在规划凌空路中心线处，磁浮线路下方，现状建有磁浮开关站，顺凌空路向宽3 m，横凌空路方向长6.6 m，为地面一层建筑。既有北向西匝道（上海市区方向）从凌空路P0779～P0780墩穿过。

磁浮主线高架投影下方埋设有磁浮电缆沟，凌空路道路范围内向北绕行，于磁浮主线北侧2～10 m范围内横穿规划凌空路，并埋入地面以下。根据物探和磁悬浮相关设计资料显示，强电排管2组（150×12+100×24）孔埋深分别为1.2 m和1.3 m。弱电排管80×20孔埋深为0.8 m，均已采用钢筋混凝土包封钢管过路。并均按普通城市道路设计，车载考虑汽-20，并提出对排管基础软弱土层（耕植土、淤泥等）的换填要求[2]。凌空路与磁悬浮位置关系见图2。

图2 凌空路与磁悬浮电缆沟位置关系示意图

2.2 影响与对策

经征询磁浮主管部门意见，开关站对目前磁浮的正常运营关系重大，如若对其搬迁，会造成磁浮的停运。因此本次按开关站按照不搬迁进行方案设计。将开关站和P0781桥墩一并围入中央分隔带。拟建凌空路机动车道需从分别从磁浮P779～P782墩之间下穿，有部分车行道进入了桥墩承台的上方，尤其对P780范围最大，需计算路面开挖及新增车辆荷载对既有磁悬浮桥墩承台的影响。道路穿越电缆沟，需对电缆沟进行保护。

3 保护方案

3.1 磁悬浮沿线类似工程电缆沟及桥墩、承台保护方案

经调研磁浮沿线类似工程，道路穿越磁悬浮电缆沟时，对其保护方案，主要有以下3类，具体如下：

（1）未见明显结构保护措施，道路直接穿越电缆沟，如本工程既有北向西匝道（上海市区方向）、川沙路主线，川沙路东向北匝道等。

（2）条形扩大基础盖板保护，如上海罗山路快速化改建工程[3]。

C30钢筋混凝土盖板宽度根据工程具体情况确定，每1 m设1块，盖板与电缆沟之间预留50 cm空隙。盖板两侧设置C30钢筋混凝土条形扩大基础，条形基础下方采用40 cm土工布包裹二灰换填路基，处理结构底部与电缆沟底面齐平。对基础底板以下土体进行注浆加固，注浆孔间距为1 m，注浆有效长度为4 m。注浆后表层松散物必须清除干净后再铺垫层，注浆后地基承载力要求不小于150 kN/m2，见图3。

图3 扩大基础保护结构断面图(单位：cm)

（3）护管桥保护，如金科南路新建工程下穿磁悬浮处

该保护方案参照桥梁工程设计，桥梁跨径根据工程具体情况确定，梁底与电缆沟之间预留至少50 cm空隙，以满足磁悬浮电缆沟日常检修的需要。该方案对磁悬浮梁底净空要求较高。

以金科南路保护方案为例，上部结构采用1× 18 m预制空心板梁设计，下部结构采用排架式桥台，800 mm钻孔灌注桩基础[4]。

3.2 凌空路穿越磁悬浮电缆沟及承台保护方案比选

经咨询磁悬浮主管部门的意见，结合本工程的实际情况，考虑到磁悬浮部分承台已进入车行道范围内，需同电缆沟一并保护，保护长度范围将近30 m。综合考虑上述三种保护方案，仅护管桥方案具有可行性。护管桥方案布置见图4。

图4 护管桥方案布置图(单位：mm)

上部结构采用1×30 m预应力钢筋混凝土小箱梁，梁高1.6 m，下部结构采用埋置式轻型桥台，基础底部采用10 cm碎石垫层，桩基采用800钻孔灌注桩。考虑到梁底预留空间不再考虑人钻入桥下维修空间，仅预留沉降安全高度10 cm。

考虑凌空路下穿磁悬浮处已经进入凌空路迎宾大道平面交叉口范围内，凌空路的路面设计标高需充分考虑迎宾大道跨线桥下净空的要求。上述护管桥方案梁高较高，对整体方案、交叉口标高以及净空影响很大，且施工较复杂，施工期间（如打桩、下钢筋笼等）对磁悬浮运营造成安全隐患，风险较大。因此，结合本工程的实际特点，提出轻质材料换填加钢筋混凝土板卸载的方案，即穿越电缆沟及承台范围内的机动车道以EPS板进行等载换填，确保原电缆沟恒载不变。并采用钢筋混凝土板结构对活载进行卸载，不对电缆沟机承台增加新的附加应力。护管桥方案与盖板方案对道路纵断面线形影响对比分析见图5。

3.3方案评价及影响分析

图5 护管桥方案与盖板方案对道路纵断面线形影响对比分析

（1）磁悬浮电缆沟及承台顶荷载对比

模型计算原理为采用EPS换填后不增加对磁悬浮电缆沟的附加应力（见图6）。

图6 换填通用计算模型

等载换填计算公式如下：

式中：γ为路面结构、EPS、土等容重。

经计算，恒载方面，采用EPS轻质材料换填后，可确保道路填筑后不增加对电缆沟的恒载附加应力。

活载方面，磁悬浮设计阶段电缆沟已考虑车辆荷载汽车-20级，由于规范的变更和凌空路道路等级的提高，本次设计凌空路段采用城-A级车辆荷载进行复核[5,6]。计算模型见图7。通过计算对比，当采用城-A级车辆荷载，不采用卸载板时，车辆荷载传至电缆沟顶面的均布荷载与原设计采用汽车-20级荷载时车辆均布荷载基本接近，可满足原设计要求；当设计地面标高不小于4.8 m且不采用卸载板时，车辆荷载传至承台顶面的均布荷载与原设计车辆均布荷载基本接近，可满足原设计要求。为保证足够的安全性，考虑到计算误差，本次方案仍采用卸载板方式减少车辆均布荷载压力。

图7 城-A级车辆荷载对电缆沟或承台顶面均布荷载影响计算模型

（2）项目施工及运营对相邻磁浮桥墩附加变形的影响分析

通过数值计算，对拟建凌空路在施工期间及开通运营后，磁浮桥梁下部结构产生的附加变形进行估算，并将估算值与磁浮工程关于轨道下部结构的位移控制标准进行比较。

原道路宽10 m，位于磁悬浮P0779、P0780墩之间。此次凌空路改造，拟建道路下穿磁悬浮P0779～P0782墩，尤以P0780墩受影响最大。P0780墩西侧现状道路需挖开挖约0.5 m，东侧现状地面需开挖1.0～1.3 m，并回填至标高5.0 m，应计算拓宽区域内路面开挖及新增车辆荷载对既有磁悬浮桥墩承台的影响。机动车道拓宽前后与桥墩承台相对位置见图8。