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        北翟路地道上穿規(guī)劃地鐵隧道的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

        2015-11-07 07:29:43張飛鵬
        城市道橋與防洪 2015年5期
        關(guān)鍵詞:號(hào)線盾構(gòu)隧道

        張飛鵬

        (上海城投公路投資(集團(tuán))有限公司,上海市200335)

        北翟路地道上穿規(guī)劃地鐵隧道的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

        張飛鵬

        (上海城投公路投資(集團(tuán))有限公司,上海市200335)

        上穿地道施工后,遠(yuǎn)期地鐵盾構(gòu)掘進(jìn)勢必對(duì)已建隧道產(chǎn)生影響。對(duì)上海北翟路上穿規(guī)劃16號(hào)線節(jié)點(diǎn)建立了數(shù)值模型,分析了盾構(gòu)掘進(jìn)對(duì)已建地道的影響,為節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)提供一定參考。在該節(jié)點(diǎn)詳細(xì)設(shè)計(jì)時(shí),宜將結(jié)構(gòu)變形縫設(shè)置在盾構(gòu)穿越范圍之外,且應(yīng)考慮加強(qiáng)的抗剪構(gòu)造和防水措施。地道基坑施工時(shí),格構(gòu)柱和底板泄水孔布置盡量避讓規(guī)劃地鐵線路。地道圍護(hù)設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)采用易于遠(yuǎn)期盾構(gòu)穿越的結(jié)構(gòu)型式,且宜對(duì)盾構(gòu)穿越范圍進(jìn)行必要的加固,減少盾構(gòu)掘進(jìn)施工對(duì)已建地道結(jié)構(gòu)的影響。

        車行地道;上穿;地鐵隧道;節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

        0 引言

        近年來,由于車行地道投入使用后對(duì)城市景觀和周邊環(huán)境影響較小,在市民聚集的鬧市區(qū)、商業(yè)集中的開發(fā)區(qū)、對(duì)周邊環(huán)境保護(hù)等級(jí)較高的景觀區(qū)得到廣泛應(yīng)用。然而,隨著大城市地鐵工程建設(shè)的蓬勃發(fā)展,地鐵線路下穿已建車行地道的工程案例屢見不鮮。若車行地道在修建時(shí)不重視遠(yuǎn)期地鐵隧道的穿越,將可能引起地鐵盾構(gòu)切屑樁基、掌子面不穩(wěn)定等一系列問題,進(jìn)而影響到車行地道自身的防水性能和結(jié)構(gòu)安全。

        本文以規(guī)劃建設(shè)的上海市北翟路地道工程為背景,對(duì)車行地道上穿規(guī)劃地鐵線路的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)進(jìn)行探討,總結(jié)節(jié)點(diǎn)處理的一些常用方法,分析后建地鐵隧道對(duì)已建車行地道的影響,為相似工程提供參考。

        1 工程概況及地質(zhì)條件

        1.1工程概況

        上海規(guī)劃北翟路地道西側(cè)位于協(xié)和路以西接外環(huán)立交[1],東側(cè)位于劍河路以東接地,后接中環(huán)立交,平面線位走向見圖1。

        北翟路地道為城市快速路,雙向六車道,設(shè)計(jì)時(shí)速80 km/h。地道沿北翟路自西向東依次下穿協(xié)和路、福泉路、淞虹路、平塘路、劍河路,線位兩側(cè)為眾多已建商品住宅、廠房、辦公樓等,局部北臨吳淞江。地道結(jié)構(gòu)總長1 780 m,其中敞開段分別長120 m、180 m,暗埋段長為1 480 m。地道采用自然通風(fēng)結(jié)合機(jī)械排煙的通風(fēng)方式,地面道路中央分隔帶內(nèi)局部設(shè)通風(fēng)井。每孔隧道內(nèi)包含兩條小車道和一條大車道,橫斷面布置見圖2。

        北翟路地道于淞虹路上穿規(guī)劃軌道交通16號(hào)線區(qū)間隧道。規(guī)劃16號(hào)線區(qū)間隧道采用盾構(gòu)法施工,隧道結(jié)構(gòu)外徑6.2 m,與即將開工建設(shè)的北翟路地道平面90°相交,豎向間距僅為3.5 m,見圖3、圖4。

        1.2地質(zhì)及水文條件

        場地為正常沉積區(qū)[2],場地地基土主要由飽和粘性土、粉性土和砂土組成。土層由上至下為:①填土、②1褐黃色粉質(zhì)粘土、②2灰黃色粉質(zhì)粘土、③灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、④灰色淤泥質(zhì)粘土、⑤1-1灰色粘土、⑥暗綠~草黃色粉質(zhì)粘土、⑦1-1草黃色粘質(zhì)粉土夾粉質(zhì)粘土、⑦1-2草黃~灰黃色砂質(zhì)粉土、⑧1灰色粉質(zhì)粘土。各土層物理力學(xué)性質(zhì)詳見表1。

        擬建場地淺部地下水屬潛水類型,潛水位動(dòng)態(tài)變化主要受控于大氣降水、地面蒸發(fā)及地表水的補(bǔ)給與調(diào)節(jié)的影響,主要補(bǔ)給來源為大氣降水、吳淞江和周邊河道。潛水位埋深一般為地表下0. 3~1.5 m,年平均地下水位為地表下0.5~0.7 m,設(shè)計(jì)高水位0.3 m,設(shè)計(jì)低水位1.5 m[2]。

        2 盾構(gòu)下穿既有結(jié)構(gòu)的影響分析

        根據(jù)規(guī)劃,下穿北翟路地道的地鐵16號(hào)線區(qū)間段將采用盾構(gòu)法施工。目前上海地鐵常用的盾構(gòu)設(shè)備為泥水和土壓平衡盾構(gòu)。盾構(gòu)的主要施工工藝為:機(jī)頭刀盤切削掌子面土體;泥水混合物或被切削下的土體來平衡掌子面的地層壓力;盾尾千斤頂將已拼裝在盾殼內(nèi)的整環(huán)襯砌推出,實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)的前進(jìn),并同步注漿用以填充襯砌與地層之間的空隙;依次循環(huán)完成隧道結(jié)構(gòu)的貫通。盾構(gòu)將兩次穿越北翟路地道,開挖卸載、盾構(gòu)頂推和同步注漿將可能對(duì)地道結(jié)構(gòu)安全和防水效果造成影響。

        圖1 北翟路地道平面線位圖

        表1 地層物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)表

        目前盾構(gòu)穿越既有結(jié)構(gòu)的案例較少,作者運(yùn)用有限差分法建立三維數(shù)值模型,通過模擬盾構(gòu)施工過程,分析盾構(gòu)穿越對(duì)北翟路地道結(jié)構(gòu)的影響,三維數(shù)值模型見圖5。

        圖5 地鐵穿越既有地道結(jié)構(gòu)的三維數(shù)值模型

        通過數(shù)值計(jì)算,盾構(gòu)穿越使得北翟路地道豎向隆起,且地道盾構(gòu)掘進(jìn)方向一側(cè)的隆起量較大,見圖6。盾構(gòu)掘進(jìn)使得北翟路地道沿盾構(gòu)掘進(jìn)方向發(fā)生側(cè)向位移,地道底部側(cè)移較大,見圖7。盾構(gòu)掘進(jìn)造成地道結(jié)構(gòu)最大剪切應(yīng)力集中在中隔墻處,見圖8。

        圖6 北翟路地道結(jié)構(gòu)豎向位移云圖

        圖7 北翟路地道結(jié)構(gòu)水平位移云圖

        圖8 北翟路地道最大剪切應(yīng)力云圖

        3 節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

        3.1車行地道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

        針對(duì)遠(yuǎn)期盾構(gòu)穿越可能造成的不利影響,地道結(jié)構(gòu)應(yīng)采取相應(yīng)的主動(dòng)加強(qiáng)措施。

        3.1.1變形縫設(shè)置及構(gòu)造措施

        為減少混凝土澆筑后的收縮裂縫和長期環(huán)境下的溫度應(yīng)力,地道結(jié)構(gòu)縱向每隔一定距離(20~30 m)設(shè)置一處變形縫[3]。數(shù)值分析結(jié)果顯示,越靠近地鐵隧道頂部,地道結(jié)構(gòu)的變形量越大,且位于兩條地鐵隧道中間區(qū)域的地道結(jié)構(gòu)存在變形疊加。結(jié)合巖土破裂角,地道結(jié)構(gòu)變形縫不宜設(shè)置在地鐵隧道的破裂角范圍(見圖9)。因此,北翟路地道上穿規(guī)劃16號(hào)線節(jié)段長度宜為32 m。

        圖9 上穿規(guī)劃16號(hào)線的北翟路地道變形縫設(shè)置

        變形縫是結(jié)構(gòu)受力的薄弱區(qū)域,該節(jié)點(diǎn)節(jié)段之間的連接構(gòu)造及防水措施尤為重要。一般變形縫寬度約為20~30 mm[4],北翟路地道將變形縫寬度設(shè)計(jì)為10 mm,減少節(jié)段間允許錯(cuò)動(dòng)量。在結(jié)構(gòu)變形縫的抗剪方面,地道節(jié)段間的底板設(shè)凹凸抗剪接頭,頂板和側(cè)墻分別設(shè)置Φ40@500的剪力筋,保證結(jié)構(gòu)能抵抗豎向的剪切應(yīng)力。變形縫的防水則主要采用外貼式止水帶+中埋式橡膠止水帶+內(nèi)嵌高模量聚氨密封膠。根據(jù)規(guī)范,變形縫止水帶的性能要求為B型,保證其較高的拉伸強(qiáng)度和撕裂強(qiáng)度。

        3.1.2其他構(gòu)造措施

        地道基坑在施工時(shí),格構(gòu)柱澆筑在頂?shù)装逯畠?nèi)。當(dāng)格構(gòu)柱割除以后,頂?shù)装甯駱?gòu)柱處往往成為防水的薄弱點(diǎn)。北翟路地道采取頂?shù)装甯黝A(yù)埋一處止水鋼板進(jìn)行格構(gòu)柱的止水,且格構(gòu)柱的布置則選在兩條地鐵隧道中間。

        由于承壓水影響,地道基坑開挖時(shí)需在底板上設(shè)一定數(shù)量的泄水孔,待主體結(jié)構(gòu)能夠抵抗承壓水壓力后再將其封堵。在上穿規(guī)劃地鐵節(jié)點(diǎn)處,北翟路地道盡量減少泄水孔數(shù)量,且泄水孔位置盡量避開地鐵隧道的頂部,減少遠(yuǎn)期盾構(gòu)施工對(duì)泄水孔薄弱區(qū)域的影響。

        3.2基坑設(shè)計(jì)

        3.2.1圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

        規(guī)劃16號(hào)線將于淞虹路口下穿北翟路地道,結(jié)合路口交通組織,該區(qū)段兩側(cè)設(shè)封堵墻,作為一個(gè)單獨(dú)基坑進(jìn)行施工。地道圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用型鋼水泥土攪拌墻,地道施工結(jié)束,拔除型鋼水泥土攪拌墻內(nèi)的型鋼,未來軌道交通盾構(gòu)機(jī)施工時(shí)可直接切削穿越水泥土攪拌樁,為規(guī)劃軌道交通16號(hào)線實(shí)施留有可能性。

        3.2.2加固工程

        為減少遠(yuǎn)期盾構(gòu)施工對(duì)北翟路地道結(jié)構(gòu)影響,地道基坑設(shè)計(jì)方案考慮對(duì)盾構(gòu)穿越范圍進(jìn)行高壓旋噴樁土體加固,并對(duì)盾構(gòu)穿越孔進(jìn)行旋噴弱加固,見圖10。

        圖10 北翟路地道節(jié)點(diǎn)加固示意圖

        此外,立柱樁的平面布置也盡量避讓和遠(yuǎn)離軌道交通線位。

        4 結(jié)語

        本文通過對(duì)北翟路地道上穿規(guī)劃16號(hào)線節(jié)點(diǎn)的分析,主要得到以下體會(huì):

        (1)數(shù)值模擬顯示遠(yuǎn)期盾構(gòu)掘進(jìn)對(duì)北翟路地道結(jié)構(gòu)存在一定影響,設(shè)計(jì)人員應(yīng)予以重視。

        (2)遠(yuǎn)期地鐵盾構(gòu)影響范圍內(nèi),地道結(jié)構(gòu)不宜設(shè)置變形縫。且變形縫寬度需合理取值,盡量減少節(jié)段間的錯(cuò)動(dòng)量。變形縫宜采用凹凸榫或剪力筋加強(qiáng)縫的抗剪能力。此外,變形縫宜考慮中埋和外貼組合的防水形式,減少遠(yuǎn)期施工對(duì)地道防水效果的影響。

        (3)地道結(jié)構(gòu)頂?shù)装甯駱?gòu)柱處設(shè)止水加強(qiáng)措施,且格構(gòu)柱布置盡量避讓或遠(yuǎn)離軌道交通線路。

        (4)盡量減少穿越區(qū)域地道結(jié)構(gòu)底板的泄水孔數(shù)量,且泄水孔布置盡量避開盾構(gòu)隧道的頂部區(qū)域。

        (5)地道圍護(hù)應(yīng)采用易于遠(yuǎn)期盾構(gòu)穿越的結(jié)構(gòu)型式,避免盾構(gòu)切削鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

        (6)地道施工時(shí),宜對(duì)遠(yuǎn)期盾構(gòu)穿越范圍進(jìn)行必要的加固,減少盾構(gòu)掘進(jìn)施工對(duì)已建地道結(jié)構(gòu)的影響。

        此外,遠(yuǎn)期盾構(gòu)隧道的施工質(zhì)量直接影響了已建地道結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)安全和防水效果。設(shè)計(jì)人員在做好車行地道的加強(qiáng)措施時(shí),應(yīng)考慮對(duì)盾構(gòu)施工參數(shù)提出指導(dǎo)性意見,為盾構(gòu)穿越的質(zhì)量控制提供參考。

        [1] 北翟路(外環(huán)線-中環(huán)線)快速路工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告[R].上海市城市建設(shè)設(shè)計(jì)研究總院,2013.

        [2] 北翟路(外環(huán)線-中環(huán)線)快速路工程詳勘報(bào)告[R].上海市城市建設(shè)設(shè)計(jì)研究總院,2013.

        [3] GB50010-2010,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

        [4] GB50108-2008,地下工程防水技術(shù)規(guī)范[S].

        U412.37+3.1

        B

        1009-7716(2015)05-0017-03

        2015-01-23

        張飛鵬(1981-),男,遼寧朝陽人,工程師,從事設(shè)計(jì)管理工作。

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