区间隧道穿越甬台温铁路节点设计

【摘    要】：针对周围条件复杂地铁区间下穿铁路风险高的特点，以实际工程为例，从设计方案选择及围护结构、主体结构等方面对穿越节点设计情况进行了说明，采用区间隧道与铁路箱涵合建的方式，顺利穿越了铁路。

【关键词】：地铁；区间隧道；铁路；箱涵

【中图分类号】：U231.1【文献标志码】：C【文章编号】：1008-3197（2024）01-16-03

【DOI编码】：10.3969/j.issn.1008-3197.2024.01.005

收稿日期：2023-03-27

作者简介：曲喜涛（1991 - ）， 男， 工程师， 从事城市轨道交通工程设计工作。

Design of the Interval Tunnel Crossing the Ningbo-Taizhou-Wenzhou Railway Node

QU Xitao

（China Railway Fifth Survey and Design Institute Group CO. Ltd.， Beijing 102600，China）

【Abstract】：In view of the complex surrounding environment and the high risk of subway crossing the railway， the paper explains the design of crossing nodes from the aspects of design scheme selection， envelope structure and main structure and adopts the way of joint construction of section tunnel and railway box culvert to successfully cross the railway.

【Key words】：subway;interval tunnel; railway; box culvert

地铁区间隧道穿越既有铁路方案受区间平面线位、纵断面坡度、两端车站站位、埋深、建筑功能、结构形式及工程造价等因素制约，目前修建的地铁区间隧道穿越铁路多以下穿路基方案为主，但宁波市轨道交通5号线海晏南路站—百丈路站区间穿越段的铁路路基采用了薄壁管桩且桩长较大，如采用区间绕避方案会引起线路纵断面埋深加大，不经济[1]，而采用暗挖法穿越路基方案风险较高[2]，因此需要深入研究地铁区间结构与铁路箱涵结构结合方案，在保证铁路正常运营和公路交通运力的前提下，选择合理的线路方案及施工方法。

1 工程概况

宁波市轨道交通5号线海晏南路站—百丈路站区间长约1.2 km，整体沿海晏南路敷设。海晏南路为宁波市东部新城区主干道路，南北向布置，东西两侧为新规划地块，现状多为在建高层建筑。海晏南路与环城南路路口设海晏南路站，与百丈东路路口设百丈路站，海晏南路在两站之间自南向北依次经过甬台温铁路、兴宁东路、野塘河、海晏南路6#桥、海晏南路5#桥、海晏南路4#桥、海晏南路3#桥，周边环境复杂。

海晏南路与甬台温铁路相交处有一混凝土箱涵，在箱涵顶部铺设甬台温铁路。该箱涵由4个独立涵洞组成，箱涵两侧为非机动车道，结构净宽8.0 m、净高6.4 m、侧墙厚度0.9 m、顶板厚度0.7 m、底板厚度1.0 m；中间为机动车道，结构净宽14.5 m、净高5.7 m、侧墙厚度1.25 m、顶板厚度1.05 m、底板厚度1.35 m。箱涵基础采用预应力薄壁管桩加固，桩径0.4 m、桩长32 m、间距2.3 m，预应力管桩桩顶设0.5 m厚碎石垫层，桩进入硬底层≮1.50 m，按正方形布置。

2 地质及水文情况

地层自上而下依次为杂填土、黏土、淤泥质黏土、粉质黏土、淤泥质粉质黏土、黏土、粉质黏土、中砂、粉砂层，区间主要穿越土层为粉质黏土及淤泥质黏土。

场地内地下水分为孔隙潜水、孔隙承压水和基岩裂隙水。潜水位埋藏浅，勘察期间实测孔隙潜水埋深一般在现地面下0.5～3.0 m，相应标高0.79～2.29 m。根据本地经验，抗浮设防水位可取设计室外地坪下0.5 m或鄞东中塘河规划100 a一遇的防洪设计水位2.96 m（1985国家高程基准）。

3 隧道区间与铁路节点设计

沉降的控制标准：沉降量不超过2 mm/d，最终累计沉降量控制在10 mm以内，每条线路的两条轨道高差≯2 mm，以限值的70%作为报警值[3]。

3.1 设计方案分析

U形槽结构两侧地块建设用地为多高层住宅。若采用避绕U形槽的方案，则线位走向曲折且侵入海晏南路西侧地块，对住宅基础影响很大；若采用盾构法施工完全避开桩基下穿铁路路基，则区间两端车站规模及与海晏南路站连接的车辆段规模需增大，从而使得工程实施难度和周边环境风险增大，工期节点滞后，造价大幅度增加；若采用矿山结合盾构法施工，可以优化线位纵向坡度，对减小站位埋深影响有利，但施工风险和对运营铁路影响仍然较大[4]。盾构下穿绕避方案从经济和功能上均不合理，矿山法可行但存在较大风险，因此本工程采用与既有铁路箱涵结合的方式，采用明挖施工，地铁区间从既有铁路箱涵的两侧非机动车道通过，压缩既有箱涵2个非机动车道为人非混行车道，单侧宽度3 m，既可以保障海晏南路路面交通能力，同时将对铁路的影响降到最低。见图1。

3.1.1 優点

1）线路沿海晏南路路中下穿甬台温铁路，线形较顺直。

2）可利用既有铁路箱涵，相对下穿路基方案，对铁路正常运营影响较小。

3）海晏南路站为地下两层车站，百丈路站为地下三层站，车辆段为地面层，总土建费用相对下穿路基方案大幅度减少。

3.1.2 缺点

1）线路纵断面出海晏南路站后须采用28‰上坡接至既有箱涵标高，并以22.5‰坡度下穿，线形较差，运营过程中舒适度较差。

2）须占用既有铁路箱涵非机动车道，故对海晏南路交通存在一定影响。

3）线路纵断面不能满足盾构施工覆土要求且需对原U形槽下立交结构底板进行破除施工，故海晏南路—兴宁路间采用明挖法进行施工，需在海晏南路两侧绿地设置工作井，施工造价较盾构高。

根据现场调查，现状海晏南路车辆较少且周边存在多条规划路可分流海晏南路车流量，方案能满足目前车辆的通行能力。综合考虑施工和运营两个阶段对交通运力和环境规划的影响等关键因素，相对于下穿路基方案，利用非机动车道方案线路顺直，对铁路运营影响较小，实施风险性较小的优势。

3.2 围护结构设计

区间明挖结构近铁路箱涵处的基坑底与铁路箱涵底板底标高基本一致，开挖对铁路箱涵的影响很小，对于路基和箱涵过渡段考虑将基坑围护结构水平向延伸一段距离，减少基坑开挖对过渡段的不利影响。为了穿越两侧非机动车道，线路出海晏南路站后经铁路节点过程中线间距变化较大，不利于明挖顺作一次性施工完成，线间距较大处需分成两个基坑来分别实施完成[5]。区间基坑最大开挖深度15.9 m、宽度5.8 m，所处地层以淤泥质粉质黏土为主，地质情况较差，地下水位于地表下0.5～2 m，埋深较浅。综合考虑现场场地条件、工程地质、水文地质条件及施工设备条件等因素并结合当地工程经验，与既有结构结合段既有结构下采用复合地基；坑内水渗流小，可采用钻孔灌注桩围护结构结合钢支撑形式，坑外采用水泥搅拌桩作为止水帷幕。经验算，各工况下圍护结构强度、变形均满足设计要求。见图2。

为避免降水引起基坑周边建筑物及地表沉降过大，在保证基坑内干槽作业条件下，应尽可能减少抽排量，同时对坑外水位进行观测，当坑外水位下降较大时，可通过回灌井进行回灌。

3.3 主体结构设计

区间结构与箱涵脱开，减少对既有箱涵改造施工带来的风险和运营阶段的管理风险，专业接口可以内部协调解决，对外需配合协调内容较为简单；基础采用桩基础变刚度调平，经计算沉降和相对变形量满足铁路和轨交运营要求，可以不单独设置沉降缝。见图3。

3.4 主体抗浮设计

区间结构抗浮计算时考虑最不利情况，即地下水位取至地面，结构自重不考虑轨道板及车辆荷载，抗浮安全系数为0.99＜1.1，因此从抗浮角度区间结构需要采取抗浮措施。

可以考虑增加顶板覆土和绿化，增加1.38 m覆土厚度即满足抗浮要求；或考虑改造既有结构抗滑桩，目前抗滑桩桩长20 m、纵向间距5.5 m，减少1～1.5 m的桩长，根据地质资料抗拔承载力150 kN，可以满足抗浮要求。

4 结构沉降控制

明挖区间在改造U形槽范围内，可以考虑原结构复合地基承载力和压缩模量对减小沉降的作用。由于铁路箱涵基础采用预制管桩，间距较密、承载力高、持力层深，为保证地铁运营阶段轨面平顺，靠近框构的过渡段应采用桩基础保证沉降变形协调。设计考虑过渡段范围内基础刚度均匀变化，在铁路箱涵两侧60 m范围内布设间距6 m、桩长30 m钻孔灌注桩，60～120 m范围内布设间距10 m、桩长25 m钻孔灌注桩。按照GB/T 50783—2012《复合地基技术规范》进行复合地基沉降计算，计算时取标准组合，认为U形槽及铁路箱涵已固结沉降完成，该处只计算荷载变化所引起的沉降，可以满足轨道结构差异沉降控制值10 mm。

5 结语

从工程实施、投资控制、与相关权属单位协商难易程度、对周边环境影响、施工和运营期间对交通影响等几个方面进行分析，区间采用线路直行、利用既有铁路箱涵非机动车道结构方案，对下立交U形槽结构改造施工，采用刚度大的钻孔灌注桩结合钢支撑的围护结构体系，坑底进行加固提高被动区土体抗力，施作止水帷幕进行坑内降水。区间明挖结构近铁路箱涵处的基坑底与铁路箱涵底板底标高基本一致，基坑开挖对铁路箱涵的影响很小，对于路基和箱涵过渡段考虑将基坑围护结构水平向延伸一段距离，以减少对铁路路基和周边结构的变形和影响。实施过程中的风险主要是铁路箱涵结构及路基沉降和变形。工程实施过程中，严格控制打桩、挖土等作业对铁路的扰动。通过荷载比较分析，荷载变化引起的沉降9.89 mm，若考虑铁路箱涵两侧60～120 m范围内新布设的间距10 m、桩长25 m钻孔灌注桩的有利作用，则结构沉降量会有所减小；在沉降控制方面需考虑增设一定数量的工程桩，调平地铁纵向结构基础的线刚度。既有结构改造后的变形、沉降可以满足运营阶段地铁、公路、铁路的使用要求。

参考文献：

[1]林    志，朱合华，夏才初.近间距双线大直径泥水盾构施工相互影响研究[J].岩土力学，2006，27（7）：1181-1186.

[2]肖    立，张庆贺.地铁列车与城际铁路列车的耦合动力响应分析[J].上海交通大学学报，2013，47（9）：1464-1468+1476.

[3]邢烨伟.北京地铁14号线盾构下穿京津城际铁路变形规律及动力响应分析[D].北京：北京交通大学，2011.

[4]罗浩威.地铁隧道下穿既有铁路对线路结构的影响研究[D].兰州：兰州交通大学，2013.

[5]吕培林，周顺华.软土地区盾构隧道下穿铁路干线引起的线路沉降规律分析[J].中国铁道科学，2007，（2）：12-16.