地鐵隧道在頂進(jìn)式公鐵立交橋下通過時(shí)技術(shù)處理的分析和探討

地鐵隧道在頂進(jìn)式公鐵立交橋下通過時(shí)技術(shù)處理的分析和探討摘

要：以北京市南中軸路下穿京山鐵路立交工程建設(shè)為例，就地鐵隧道在頂進(jìn)式公鐵立交橋下通過時(shí)的幾個(gè)主要技術(shù)問題加以論述。這是目前北京市遇到的首座在新建公鐵立交橋下預(yù)留地鐵穿越條件的工程，對(duì)今后類似工程的建設(shè)有重要的示范和借鑒作用。關(guān)鍵詞：地鐵；隧道；立交橋；技術(shù)處理

近年來，城市交通問題一直是社會(huì)各界普遍關(guān)注的一個(gè)熱點(diǎn)問題。北京市提出了按照高速公路系統(tǒng)、城市快速道路和主干道系統(tǒng)、城區(qū)路網(wǎng)加密系統(tǒng)三大系統(tǒng)，同時(shí)加快地鐵、城市鐵路建設(shè)的思路，全盤考慮，統(tǒng)一規(guī)劃，以解決首都道路交通擁堵問題。在工作實(shí)踐中，遇到地鐵與公鐵立交橋交叉建設(shè)的問題，為使近遠(yuǎn)期工程互相配合協(xié)調(diào)建設(shè)，發(fā)揮社會(huì)和投資的最佳效益，本文以北京市南中軸路下穿京山鐵路立交工程建設(shè)為例，就地鐵隧道在頂進(jìn)式公鐵立交橋下通過時(shí)的幾個(gè)主要技術(shù)問題加以論述。

北京市南中軸路下穿京山鐵路立交工程，位于北京南站東部，緊鄰永定門外大街，為規(guī)劃的南中軸路道路工程的一部分。擬建立交橋下穿京山上行線、京山下行線、到發(fā)線、安全線以及規(guī)劃的京津城際客運(yùn)專線等。按照北京市2030年地鐵遠(yuǎn)期規(guī)劃，地鐵8號(hào)線將由本立交橋下穿越，地鐵隧道的中線大致與本立交橋軸線平行。

南中軸路市政工程是北京市重點(diǎn)工程，而下穿京山鐵路立交橋又是重點(diǎn)工程中的重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目。該立交橋規(guī)模為（17.5m+20.0m+20.0m+17.5m）四孔連續(xù)鋼筋混凝土框構(gòu)橋。其主要設(shè)計(jì)尺寸：使用凈高4.5m，結(jié)構(gòu)凈高5.4m，全高7.9m；頂板、中墻厚度為1.2m，邊墻厚度、底板厚度為1.3m；框構(gòu)橋沿道路方向長(zhǎng)度為33.273m，沿鐵路線路方向總寬度為81.2m，南中軸路中線與鐵路京山線下行線角為81o。設(shè)計(jì)計(jì)算頂力約為250MN。經(jīng)檢索，無論規(guī)?；蛴?jì)算頂力，本立交橋目前在國(guó)內(nèi)同類工程中均居首位。

由于后期建設(shè)的地鐵8號(hào)線于本立交橋下通過，當(dāng)?shù)罔F隧道施工引起其上覆土沉降時(shí)，對(duì)已投入運(yùn)營(yíng)的立交橋會(huì)造成什么樣的影響、如何將此影響控制到最小程度，給本立交橋設(shè)計(jì)提出了一個(gè)新的課題。

在本立交橋的前期工作中，本著“安全第一，統(tǒng)籌考慮，確保質(zhì)量”的原則，在保證鐵路運(yùn)輸安全的同時(shí)，綜合考慮市政道路建設(shè)和遠(yuǎn)期地鐵8號(hào)線建設(shè)的因素，力求達(dá)到鐵路、市政道路、地鐵綜合經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益盡可能最優(yōu)，重點(diǎn)研究了以下幾個(gè)主要技術(shù)問題。1南中軸路立交橋采用整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)考慮了兩個(gè)方案：分體結(jié)構(gòu)方案和整體結(jié)構(gòu)方案。南中軸路立交橋的設(shè)計(jì)對(duì)施工方案的選擇不僅有重要影響，而且對(duì)其下將要修建的地鐵8號(hào)線區(qū)間隧道的設(shè)計(jì)和施工也有很大影響。

分體結(jié)構(gòu)方案是把立交橋設(shè)計(jì)為四個(gè)獨(dú)立的單孔框架，其兩側(cè)為1～17.5m，中部為2×(1～20.0)m，采用分箱并列頂進(jìn)。

四孔整體結(jié)構(gòu)方案是把立交橋設(shè)計(jì)為（17.5m+20.0m+20.0m+17.5m）四孔連續(xù)結(jié)構(gòu)，采用一次頂入法頂進(jìn)。

對(duì)上述兩個(gè)方案進(jìn)行了以下分析比較：在施工方面，立交橋按分體設(shè)計(jì)后，單孔框構(gòu)的自重與整體結(jié)構(gòu)相比減少了很多，在施工時(shí)便于頂進(jìn)，頂進(jìn)就位后若發(fā)生地層不均勻沉降對(duì)結(jié)構(gòu)是有利的。但是分箱頂進(jìn)會(huì)延長(zhǎng)頂進(jìn)施工時(shí)間，頂進(jìn)施工中高程和方向控制難度大、要求高，且四個(gè)箱體組合時(shí)各自的施工誤差不易統(tǒng)一，極可能會(huì)造成外觀的永久缺陷。采用整體結(jié)構(gòu)一次頂進(jìn)則不存在上述問題，但整體連續(xù)結(jié)構(gòu)，由于立交橋的規(guī)模大、體量大、頂力大，需要大量的頂進(jìn)設(shè)備，施工會(huì)存在一定的技術(shù)難度。

從遠(yuǎn)期地鐵隧道施工的安全方面看，由于整體結(jié)構(gòu)的總寬度和體量比隧道寬度和體量大得多，在一個(gè)大型結(jié)構(gòu)的保護(hù)下，地鐵隧道開挖顯然比在分體結(jié)構(gòu)下安全得多。

從該立交橋?qū)Φ鼗膲簯?yīng)力的分析來看，采用整體結(jié)構(gòu)時(shí)壓應(yīng)力小，頂進(jìn)變化小，有效地將地基壓應(yīng)力降到最?。欢捎梅煮w結(jié)構(gòu)時(shí)壓應(yīng)力大，頂進(jìn)變化大。

由于四孔整體連續(xù)立交橋橫截面面積及剛度與下面的地鐵隧道橫截面面積及剛度相比，相差很大，整體立交橋先于地鐵8號(hào)線施工時(shí)，建成的整體立交橋?qū)Φ罔F隧道結(jié)構(gòu)起到了保護(hù)作用。同時(shí)，進(jìn)行整體連續(xù)立交橋的設(shè)計(jì)時(shí)，框構(gòu)橋底板的厚度取1.3m，比立交橋下沒有考慮地鐵穿越情況時(shí)的厚度1.2m增加了0.1m，框構(gòu)橋底板的剛度增大。

經(jīng)分析比較，立交橋采用整體結(jié)構(gòu)形式優(yōu)于分體結(jié)構(gòu)，做成四孔整體式對(duì)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定及安全是有利的，因而確定采用整體結(jié)構(gòu)方案。2

不同覆土厚度條件下地鐵施工引起地層下沉對(duì)立交橋結(jié)構(gòu)的影響

為了保證地鐵8號(hào)線在南中軸路立交橋下安全穿越，同時(shí)不影響該立交橋的正常使用及上部既有鐵路的運(yùn)營(yíng)安全，地鐵隧道的最小覆土厚度應(yīng)依據(jù)工程地質(zhì)水文條件、施工方法、開挖斷面大小等因素的不同而異。同時(shí)，覆土厚度對(duì)地鐵施工作業(yè)效率、施工成本和建成后地鐵線路的縱坡以及長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)成本的影響很大。因此，地鐵隧道的最小覆土厚度宜在保證鐵路運(yùn)輸安全和地鐵運(yùn)營(yíng)安全的情況下，將覆土厚度盡量減小。

由于地鐵8號(hào)線在已經(jīng)運(yùn)營(yíng)的立交橋下通過，在施工時(shí)覆土的下沉必然造成立交橋結(jié)構(gòu)的垂直位移而引起有異于正常設(shè)計(jì)條件下的內(nèi)力。為了在地鐵施工時(shí)確保本立交橋結(jié)構(gòu)的安全，設(shè)計(jì)時(shí)必須預(yù)先考慮上述因素。這是本立交橋采取預(yù)先保護(hù)的有效方法，同時(shí)也可為今后地鐵8號(hào)線通過本立交橋區(qū)段的設(shè)計(jì)和施工提供必要的依據(jù)。

為解決這個(gè)問題，北京交通大學(xué)土建學(xué)院就地鐵隧道在不同的覆土厚度下開挖造成土體沉降時(shí)，對(duì)其上的框架結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變形的影響進(jìn)行了分析研究。

研究結(jié)果表明，當(dāng)兩個(gè)寬度為6m的單線隧道在框架結(jié)構(gòu)中部?jī)煽椎目缰型ㄟ^時(shí)，不同的覆土厚度造成結(jié)構(gòu)底板的垂直變位情況如表1所示。

由表中數(shù)字可以看出，隨著覆土厚度的增加，所引起上方立交橋結(jié)構(gòu)的垂直變位隨之減小。在覆土厚度由6m增加到7m時(shí)，變位減小較明顯?？紤]到結(jié)構(gòu)承載能力應(yīng)具有必要的儲(chǔ)備，本立交橋覆土厚度應(yīng)在7m以上。

把7m覆土?xí)r的變位值作為主力進(jìn)行立交橋結(jié)構(gòu)分析和結(jié)構(gòu)配筋的設(shè)計(jì)，這樣在地鐵隧道開挖時(shí)可以保證立交橋的結(jié)構(gòu)安全。3

對(duì)遠(yuǎn)期地鐵8號(hào)線下穿南中軸立交橋時(shí)設(shè)計(jì)和施工的技術(shù)要求

在中軸路立交橋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，考慮了地鐵8號(hào)線施工的因素，但是在內(nèi)力分析中只考慮了一些特定的條件。為保證立交橋的安全，在地鐵8號(hào)線下穿本立交橋地段的設(shè)計(jì)和施工時(shí)，應(yīng)考慮以下技術(shù)要求。

（1）下穿立交橋的地鐵區(qū)間隧道應(yīng)采取兩個(gè)平行單洞形式，每個(gè)單洞分別設(shè)于中部?jī)煽椎目缰胁课弧?/p>

（2）隧道開挖面的頂部至立交橋底板底的距離應(yīng)結(jié)合路段縱斷面考慮，一般不宜小于8m，在困難條件下亦不應(yīng)小于7m；開挖時(shí)上部覆土的沉降量控制在30mm以內(nèi)。

（3）隧道開挖施工時(shí)應(yīng)對(duì)隧道頂部至立交橋底板范圍的土體采取固化措施，兩個(gè)隧道開挖不宜齊頭并進(jìn)，應(yīng)前后錯(cuò)開一定距離。

（4）地鐵隧道施工時(shí)，必須對(duì)立交橋及橋上線路狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控測(cè)量，監(jiān)控測(cè)量工作應(yīng)有鐵路有關(guān)部門的人員參加，以便掌握情況及時(shí)采取處理措施，保證鐵路運(yùn)營(yíng)的安全。

南中軸路立交橋工程于2004年6月1日采用頂進(jìn)法開始施工，于6月19日頂進(jìn)就位，施工質(zhì)量良好，已于同年9月開通使用。北京開通了中國(guó)首條建設(shè)成本低、行駛速度