轨道顶面南湖路道路路基建设方案研究
2019-06-29眭封云张立明
眭封云，张立明
（中亿丰建设集团股份有限公司，江苏 苏州 215131）
0 引言
随着城市化进程，地铁隧道和城市道路之间的建设关系错综复杂。地铁隧道上方的道路实施对地铁运营安全影响问题突显，由于道路路基施工常对地铁隧道结构造成附加应力影响[1]。
目前对运营期间轨道顶面道路工程建设还没有一个统一的填挖控制标准，基本上是具体问题具体分析，以苏州市地铁4号线上方的南湖路为例，针对性地提出相关建设建议和措施，为类似工程提供参考。
1 工程概况
苏州市南湖快速路工程是苏州中环的一部分，1标段西起吴中大道与小石湖路交叉口，东至苏蠡路交叉口，设计长度为1 069.48 m，该标段吴中大道位于4号线支线北侧，全线地面道路基本拟合老路标高，大部分对轨道没有影响，只有以下段落对轨道四号线产生附加应力影响，见表1及图 1、图 2。
2 轨道顶附加荷载技术要求
根据轨道公司的要求，要求轨道顶面填挖方施工产生的附加应力应不大于20 kPa。
表1 道路实施对轨道影响段落
图1 主线桥头引坡段与轨道平面关系图
图2 D匝道桥头引坡段与轨道平面关系图
计算依据《建筑地基基础设计规范》，对轨道结构顶面计算得出的附加应力小于20 kPa时，即可认为不会影响轨道的正常运行。若按正常填土计算得附加应力出大于20 kPa时，相应措施，以减轻路基重度，以达到附加应力不大于20 kPa。
3 基本计算依据及参数的确定[1-3]
3.1 计算原则及依据
根据轨道埋深、附加应力曲线图（GB5007—2011建筑地基基础设计规范.附录K）。按角点法[2]（进行应力叠加）确定轨道结构顶面由于路基路面及施工机械加载产生的轨道顶附加应力。
3.2 基本计算参数
4号轨道顶面标高、现状地面标高及桥头填土高度参数见表2。
表2 主要参数一览表
4 计算模型
根据以上计算原则及参数选择最大受力点进行附加荷载计算。
4.1 主线桥头引坡段
4.1.1 正常填筑附加应力计算
（1）路基填筑后地表均布荷载计算
南湖路道路路面结构层厚度74.6 cm，重度23 kN/m2；路基填土最高为310-74.6=235.4 cm，重度18 kN/m2。因此桥头均布荷载最大值为：
根据计算产生附加应力的最大值为覆土综合荷载的重心处，因此按照图3进行计算分区，并将计算点选在图3中A点，通过计算确定图3竖向分块1的荷载最大值为19.82 kN/m2，竖向分块2和分块3的荷载最大值为39.71 kN/m2。
图3 主线桥头引坡段附加应力计算模型图
根据《建筑地基基础设计规范》（GB 5007—2011），A点在均布荷载下计算得到的最大附加应力见表3。
表3 主线引坡附加应力计算表
（2）集中荷载计算
道路施工期间最大的集中荷载为压路机与沥青摊铺机。为减小对地下隧道的动荷载影响，本项目应采用静力式压路机，采用重力式，机械重量为15 t，沥青摊铺机重量约为17 t。因为二者在不同的施工工序上进场，可按最大的集中荷载沥青摊铺机进行验算。考虑到运营期间的最大荷载轴重14 t，小于施工机械的重量，因此采用17 t集中力进行如下计算。
根据布辛奈斯克空间竖向应力公式计算集中力对计算点的应力：
（3）总计荷载
不满足要求。
4.1.2 采用泡沫混凝土填筑方案时附加应力计算
主要是将原来填土的重度调整为填泡沫混凝土，其重度为4 kN/m2，均布荷载最大值调整为：
根据计算产生附加应力的最大值为覆土综合荷载的重心处，因此进行计算分区，并将计算点选在图4中A点，通过计算确定图4竖向分块1的荷载最大值调整为8.86 kN/m2，竖向分块2和分块3的荷载最大值调整为17.71 kN/m2。
根据《建筑地基基础设计规范》（GB 5007—2011），A点在均布荷载下计算得到的最大附加应力见表4。
图4 D匝道桥头引坡段附加应力计算模型图
计算集中力对计算点的应力F2是0.29 kN/m2，因此总计荷载为：
F1+F2=14.68+0.29=14.97 kN/m2＜20 kN/m2（满足要求）
表4 主线引坡附加应力计算表
因此采用泡沫混凝土替代灰土进行路基填筑方案可行。
4.2 D匝道桥头引坡段
4.2.1 正常填筑附加应力计算
A点为轨道右线所在位置，刚好也在三角形均布荷载重心位置，产生的附加荷载最大，B点为轨道左线所在位置。D匝道桥头引坡段以这两点进行计算，取最大值为该处道路填筑对轨道的附加应力计算值。
（1）路基填筑后地表均布荷载计算
道路路面结构按74.6 cm，重度23 kN/m2；路基填土最高为450-74.6=375.4 cm，重度18 kN/m2。均布荷载最大值为：
根据计算产生附加应力的最大值为覆土综合荷载的重心处，因此进行计算分区，并将计算点选在图4中A点，通过计算确定图4竖向分块1的荷载最大值为28.22 kN/m2，竖向分块2和分块3的荷载最大值为56.51 kN/m2。
图4中B点，通过计算确定图4竖向分块1的荷载最大值为40.01 kN/m2，竖向分块2和分块3的荷载最大值为44.72 kN/m2。
根据《建筑地基基础设计规范》（GB5007—2011），A、B点在均布荷载下计算得到的最大附加应力见表5。
表5 D匝道引坡附加应力计算表
（2）集中荷载计算
道路施工期间最大的集中荷载为压路机与沥青摊铺机。为减小对地下隧道的动荷载影响，本项目应采用静力式压路机，采用重力式，机械重量为15 t，沥青摊铺机重量约为17 t。因为二者在不同的施工工序上进场，可按最大的集中荷载沥青摊铺机进行验算。考虑到运营期间的最大荷载轴重14 t，小于施工机械的重量，因此采用17 t集中力进行如下计算。
根据布辛奈斯克空间竖向应力公式计算集中力对计算点的应力：
（3）总计荷载
不满足要求。
满足要求
4.2.2 采用泡沫混凝土填筑方案时附加应力计算
主要是将原来A点填土的重度调整为填泡沫混凝土，其重度为4 kN/m2，均布荷载最大值调整为：
图4中A点，通过计算图4竖向分块1的荷载最大值调整为15.19 kN/m2，竖向分块2和分块3的荷载最大值调整为17 kN/m2。
根据《建筑地基基础设计规范》（GB 5007—2011），A点在均布荷载下计算得到的最大附加应力见表6。
表6 D匝道引坡附加应力计算表
计算集中力对计算点的应力F2是0.48 kN，因此总计荷载为：
满足要求
因此采用泡沫混凝土替代灰土进行路基填筑方案可行。
5 结语
（1）尽量在轨道盾构施工前进行轨道顶面道路工程的施工，避免对轨道的影响。
（2）轨道顶面规划道路平纵断面设计时，应尽可能依据现有地面高程设置路面高程，避免较大的路基开挖和回填工程[3]。
（3）轨道运营期间，道路工程按正常填土计算得附加应力超出轨道顶面附加应力控制要求时，可采取特殊材料（泡沫混凝土）填筑。
（4）轨道运营期间，道路施工应该采取对轨道结构顶受力有利的施工方法，根据道路与轨道的交叉形式，遵循：分层、分块、对称、平衡、限时的原则，依据项目情况规定具体的施工次序与注意事项，使隧道承受较小的附加应力，施工期间要加强对下方地铁的变形监测。
