地铁隧道顶部跨线桥引道设计与附加荷载计算分析

李 锋

（中国铁建港航局集团有限公司第一工程分公司，广东 广州 511442）

0 引言

轻质泡沫混凝土具有重量轻、强度高，能有效减少建筑荷载的优点。广州机场第2高速G106国道快捷化改造项目引道施工中，跨线桥南侧路基段需同步抬高并与跨线桥接顺，为减小对地铁的影响，路基填土采用轻质泡沫混凝土。本文对跨线桥进行引道设计，通过附加荷载的计算，分析引道填土荷载对隧道顶部附加荷载的影响，进一步分析地铁结构上方施工轻质泡沫混凝土引道对地铁既有结构产生的影响，验证地铁结构上方建设轻质泡沫混凝土引道的可行性，所得经验可为类似工程提供参考。

1 工程概况

1.1 基本情况

G106 国道快捷化改造(白云五线-人和大桥)为 G106快捷化改造工程中段，起点对接白云五线越嘴立交，沿着现状G106路线向北，经南村、南胜庄，北村等，终点为人和桥，路线长约5.14km。

G106国道（白云五线-人和大桥）与机场第2高速、在运营的地铁三号线共线，目前机场第2高速北段已开始施工，南段正在开展设计，国道106 改造、机场第2高速建设的实施条件受限，两个项目相互影响、制约，涉及到设计方案、征地拆迁、勘察等各方面协调。设置跨线桥跨越北太路，在北太路跨线桥设置北村中桥跨越沙坑河，该段跨线桥与机场第2高速桥墩共墩，共墩段采用双层桥设计，下部结构均为双层门式墩；上层盖梁支撑机场二高上部结构，下层盖梁支撑北太路跨线桥上部结构。共墩段平面位置如图1所示。

图1 共墩段平面位置图

1.2 自然条件

1.2.1 地质

本项目线位北段位于珠三角断陷区，属于广花平原区，地表覆盖层较厚，未见有对线路影响较大的断裂穿过，地质构造较简单。地势较为平坦，为冲积平原地带，地表为淤泥质土、粉质黏土，表现为耕植土层，以种植蔬菜为主，下部为淤泥质土、残积粉质黏土层。淤泥、淤泥质土多为流～软塑状，残坡积层多为可～硬塑状，下伏基岩为泥岩、页岩、泥质粉砂岩、钙质泥岩、泥质灰岩。淤泥质土工程性能较差，残坡积层工程性质稍好，下伏基岩工程性质比较好，可作为基础持力层。

1.2.2 气象和水文

项目地处北回归线以南，属南亚热带季风性气候。全年降水丰沛，雨季明显日照充足。夏季炎热，冬季一般比较温暖。项目地处华南沿海台风区 (IV)，年平均降雨量1696.5mm，历年最大降雨量2864.7mm，最大月平均降雨量288.7mm，最大日降雨量284.9mm，年平均风速1.91m/s。

2 跨线桥引道设计

2.1 引道工程总体设计

北太路跨线桥北侧引道左幅起点接桥台侧墙端部，桩号为K11+273.902，终点桩号为K11+380，长度为106.099m。右幅起点接桥台侧墙端部，桩号为K11+269.518，终点桩号为K11+392，长度为122.483m。引道在地铁正上方，属于地铁特别保护区，按广州地铁集团有限公司（穗铁地保〔2018〕65号）“施工堆载对地铁既有结构产生的附加荷载不得大于20kPa[1]。”的要求，对跨线桥进行引道设计，并确保引道填土荷载对隧道顶部附加荷载影响能满足相关要求[2]。

由于纵断面抬高，桥台处填土高约1.5m，跨线桥南侧路基段需同步抬高并与跨线桥接顺，为减小对地铁的影响，路基填土采用轻质泡沫混凝土。引道填土平面位置如图2所示。

图2 引道填土平面位置图

2.2 引道挡土墙结构设计

左幅西侧引道挡墙高度为0.386～2.63m，每隔15m设置一道沉降缝，分为7段，编号为Z-W1-W7。左幅东侧引道挡墙高度为0.621～2.865m，每隔15m 设置一道沉降缝，分为7段，编号为Z-E1-E7。右幅西侧引道挡墙高度为0.682～3.643m，每隔15m 设置一道沉降缝，分为8 段，编号为Y-W1-W7。右幅东侧引道挡墙高度为0.448～3.408m，每隔15m设置一道沉降缝，分为8段，编号为YE1-E7。挡墙地基承载力要求不小于80kPa，引道挡土墙采用钢筋混凝土悬臂式挡土墙，混凝土强度等级为C30[3]。

2.3 引道挡土墙基础设计

根据地质资料揭示，工程位置处地质条件良好，天然地基承载力能满足要求，采用换填30cm厚碎石垫层进行处理。根据地铁部门要求，地铁范围地面附加荷载不能大于20kPa，故挡墙间填轻质泡沫混凝土[4]。挡土墙具体参数（H1、H2、h）详见引道挡土墙横断面图，挡土墙埋深60cm，挡墙范围内填土采用轻质泡沫混凝土，回填高度为（h-0.6）m，轻质泡沫混凝土容重为6.5kN/m3。引道填土段平面图见图3，引道挡墙横断面图见图4～图5，引道挡墙立面图见图6～图9所示。

图3 引道填土段平面图

图4 引道挡墙横断面图(跨线桥左幅)

图5 引道挡墙横断面图(跨线桥右幅)

图6 引道挡墙纵断面图(左幅-东侧)

图7 引道挡墙纵断面图(左幅-西侧)

图8 引道挡墙纵断面图(右幅-东侧)

图9 引道挡墙纵断面图(右幅-西侧)

3 引道填土荷载对隧道顶部附加荷载的影响

3.1 计算依据

机场第2高速公路项目与国道106快捷化改造工程引道填土段见图4～6，北太路跨线桥北侧引道左幅起点接桥台侧墙端部，桩号为K11+273.902，终点桩号为K11+380，长度为106.099m。右幅起点接桥台侧墙端部，桩号为K11+269.518，终点桩号为K11+392，长度为122.483m。挡土墙埋60cm，挡墙范围内填土采用气泡混合轻质土，回填高度是（h-0.6）m，轻质泡沫混凝土容重是6.5kN/m3。引道填土最高为3.176m，引道长为124m，宽为 13m，采用气泡轻质土回填（计算时重度按照10kN/m3）。根据现在路面，隧道埋深12m。参考《广州市轨道交通三号线北延段（新机场线）龙归～人和区间详细勘察阶段岩土工程勘察报告》进行隧道顶部附加荷载计算。参照《建筑地基处理规范JGJ79-2012》表4.2.2 土和砂石材料压力扩散角，得到地基压力扩散角θ取为23°。

3.2 计算信息

（1）基础类型：矩形基础。

（2）几何参数:基础宽度b=13.0m；基础长度L=124m

（3）计算参数：基础埋置深度dh=0.600m；地基压力扩散角θ：23°；隧道埋深h=12m

考虑气泡轻质土的吸水及施工误差等复杂不利因素，计算时气泡轻质土的重度取10kN/m3。

由于填土高度为0～3.2m，计算时沿长度方向（L=124m）分为5段，每段长24.8m，取填土高度2.56～3.2m段为最不利工况进行计算。

（4）荷载信息：填土自重F1=(24.8×13.0)×(3.2+2.56)/2×10kN=9285.12kN；

汽车活载F2=24.8×13.0×0.5×10kN=1612kN。

（5）计算基础底面处的平均压力值pk：

pk=(F1+F2)/(b×L)=(9285.12+1612)/(13.0×24.8)=33.8kPa

（6）计算相应于荷载效应标准组合时，隧道顶面处附加压力值pz：

pz=L×b×pk/[（b2×z×tanθ）×（L+2×z×tanθ）]=24.8×13.0×33.8/[（13.0+2×12×tan23°）×（24.8+2×12×tan23°)]=13.43kPa＜20kPa

3.3 分析结果

经计算，机场第2高速公路项目与国道106 快捷化改造工程引道填土段施工引起地铁上方隧道附加荷载为13.43kPa＜20kPa，荷载满足规范要求。

4 结束语

通过收集地铁3号线北延段龙归-人和区间盾构隧道沉降监测资料，初步分析该部分地铁隧道结构的健康状态，引道在地铁正上方，属于地铁特别保护区，引道挡土墙结构设计时，挡墙地基承载力要求不小于80kPa，引道挡土墙采用钢筋混凝土悬臂式挡土墙，混凝土强度等级为C30。经计算，机场第2高速公路项目与国道106 快捷化改造工程引道填土段施工引起地铁上方隧道附加荷载为13.43kPa＜20kPa，荷载满足规范要求。从地铁结构保护方面考虑，该工程设计方案基本可行，对地铁的运营不会产生影响，所得经验可为类似工程提供参考。