地铁保护区内市政桥梁结构设计研究

2022-01-05苏倩倩白凌峰

天津建设科技 2021年6期

苏倩倩，陈燕，白凌峰

（成都天府新区建设投资有限公司，四川成都 610213）

为解决城市交通拥堵问题，有效利用城市空间资源，轨道交通与其他建筑、交通形式结合的建设案例逐渐增多[1]。如西安某高架桥工程部分线位与地铁4号线重叠，桥梁基础为避开已建地铁隧道，需采用大跨径承台跨越[2]；城市高架桥采用大跨径承台梁跨越地铁车站[3]；合肥轨道交通1号线明挖地铁站与市政高架同期同位合建[4]；城市桥梁与地铁线位平行时下部结构设计[5]；城市轨道交通影响下的桥梁下部结构设计[6]。采取安全、高效、经济合理的结构形式使几种不同使用功能的构筑物在交叉点能满足各自的使用功能成为设计研究要点，本文以成都市天府大道立交节点项目与轨道交通18号线位平行设计为背景，介绍市政桥梁与轨道交通平行重叠的解决方案，为同类工程提供参考。

1 工程概况

成都市天府大道立交节点项目青岛路立交节点位于成都市双流县正兴镇，根据规划需新建A、B、G匝道桥。A匝道桥跨径组合为20.05 m+19.8 m；B匝道桥跨径组合为2×22.5 m+3×20 m；G匝道桥跨径组合为22.5+2×20+2×24.5 m。见图1。

图1 A、B匝道与地铁平面关系

B匝道桥线位与地铁18号线位平行,该路段地铁隧道采用盾构施工工艺，隧道外缘直径8.3 m，上下行线净距7.7 m。桥梁等级为城-B级，人群荷载取4.0 kPa[7]。B匝道桥区域部分存在深厚覆盖层，包括素填土、强风化砂岩、中风化砂岩等，最大厚度约10 m；地铁18号线洞室位于中风化砂岩层内，岩土层界面顺桥梁方向逐渐抬高。

2 B匝道桥选型及结构验算

2.1 节点有关轨道交通保护要求

1）轨道交通保护区域内不得设置桩及锚杆、锚索、围护桩等临时设施。

2）新建工程在建设和使用期间作用于轨道交通结构上的附加荷载不得＞20 kPa。

3）原则上轨道交通车站结构顶上方的土体不得开挖或者扰动，轨道交通区间隧道结构顶上方的覆土厚度不得小于区间隧道2倍直径。

4）对运营中的地铁区域施工，隧道管片在施工过程中变形预警值为6 mm，施工完成后最终变形不得＞8 mm。

2.2 桥梁选型

2.2.1 方案一

根据该区域类似工程经验，正常情况下这种中小跨径桥梁上部结构选择预应力混凝土现浇箱梁较合理，其优点是造价低，适应平面曲线较小及墩柱斜交布置，设计及施工工艺都很成熟，成品质量容易保证；下部结构选择需考虑地铁18号线与B匝道路线纵向平行，采用大跨度预应力混凝土盖梁+门架墩扩大基础方案，要求从上部结构通过基础传递至地铁上洞室上的附加荷载不得＞20kPa。见图2。

图2 方案一

均布荷载作用下任意点M的垂直应力σz的计算可采用角点下应力的方法求得，即通过任意点M作一些辅助线，使M点成为几个矩形的公共角点，然后根据应力叠加的原理，将各个矩形角点应力相加，即为M点应力[8]。根据计算，本方案地铁洞室边缘上方应力为29.4 kPa，不能满足地铁保护的要求，此方案不成立。

2.2.2 方案二

上部结构为钢箱梁，其优点是结构自重较小，同时也适应本项目平面曲线半径小、墩柱斜交角度大的特点。同时为了尽量减小对地铁18号线的影响，保证地铁运营安全，合理避开地铁18号线，下部结构选择大跨度预应力混凝土盖梁+门架墩扩大基础。大跨度预应力混凝土盖梁各项设计指标均需满足规范要求[9]。见图3。

图3 与地铁18号线立面位置关系

根据计算，本方案地铁洞室边缘上方应力为17.9 kPa，满足地铁保护的要求，此方案成立。

根据B匝道桥上部传递至扩大基础的附加荷载，验算地铁18号线区间隧道结构变形；计算采用有限元软件FLAC3D。见图4-图6。

图4 管片尺寸

图6 盾构隧道及匝道墩柱施工后

计算结果如下：随着基坑的顺序开挖，由于隧道上方土体的卸载作用，隧道管片衬砌出现局部隆起且随着基坑开挖范围的扩大，管片衬砌隆起逐渐加大，受影响的范围也逐渐增大，当基坑全部开挖完成后，隧道管片最大隆起11.3 mm；当施加桩基荷载后，由于加载作用，管片隆起减小，最终变形值为8.8 mm，位于基坑中部。施工过程中管片变形超过预警值，施工完成后最大变形值也超8 mm的要求值，因此该方案也不成立。

2.2.3 方案三

将方案二的下部结构调整为直径1.6 m圆柱墩+1.6 m桩基（桩柱一体）。见图7。