區間隧道穿越甬臺溫鐵路節點設計

【摘? ? 要】：針對周圍條件復雜地鐵區間下穿鐵路風險高的特點，以實際工程為例，從設計方案選擇及圍護結構、主體結構等方面對穿越節點設計情況進行了說明，采用區間隧道與鐵路箱涵合建的方式，順利穿越了鐵路。

【關鍵詞】：地鐵；區間隧道；鐵路；箱涵

【中圖分類號】：U231.1【文獻標志碼】：C【文章編號】：1008-3197（2024）01-16-03

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

收稿日期：2023-03-27

作者簡介：曲喜濤（1991 - ）， 男， 工程師， 從事城市軌道交通工程設計工作。

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

地鐵區間隧道穿越既有鐵路方案受區間平面線位、縱斷面坡度、兩端車站站位、埋深、建筑功能、結構形式及工程造價等因素制約，目前修建的地鐵區間隧道穿越鐵路多以下穿路基方案為主，但寧波市軌道交通5號線海晏南路站—百丈路站區間穿越段的鐵路路基采用了薄壁管樁且樁長較大，如采用區間繞避方案會引起線路縱斷面埋深加大，不經濟[1]，而采用暗挖法穿越路基方案風險較高[2]，因此需要深入研究地鐵區間結構與鐵路箱涵結構結合方案，在保證鐵路正常運營和公路交通運力的前提下，選擇合理的線路方案及施工方法。

1 工程概況

寧波市軌道交通5號線海晏南路站—百丈路站區間長約1.2 km，整體沿海晏南路敷設。海晏南路為寧波市東部新城區主干道路，南北向布置，東西兩側為新規劃地塊，現狀多為在建高層建筑。海晏南路與環城南路路口設海晏南路站，與百丈東路路口設百丈路站，海晏南路在兩站之間自南向北依次經過甬臺溫鐵路、興寧東路、野塘河、海晏南路6#橋、海晏南路5#橋、海晏南路4#橋、海晏南路3#橋，周邊環境復雜。

海晏南路與甬臺溫鐵路相交處有一混凝土箱涵，在箱涵頂部鋪設甬臺溫鐵路。該箱涵由4個獨立涵洞組成，箱涵兩側為非機動車道，結構凈寬8.0 m、凈高6.4 m、側墻厚度0.9 m、頂板厚度0.7 m、底板厚度1.0 m；中間為機動車道，結構凈寬14.5 m、凈高5.7 m、側墻厚度1.25 m、頂板厚度1.05 m、底板厚度1.35 m。箱涵基礎采用預應力薄壁管樁加固，樁徑0.4 m、樁長32 m、間距2.3 m，預應力管樁樁頂設0.5 m厚碎石墊層，樁進入硬底層≮1.50 m，按正方形布置。

2 地質及水文情況

地層自上而下依次為雜填土、黏土、淤泥質黏土、粉質黏土、淤泥質粉質黏土、黏土、粉質黏土、中砂、粉砂層，區間主要穿越土層為粉質黏土及淤泥質黏土。

場地內地下水分為孔隙潛水、孔隙承壓水和基巖裂隙水。潛水位埋藏淺，勘察期間實測孔隙潛水埋深一般在現地面下0.5～3.0 m，相應標高0.79～2.29 m。根據本地經驗，抗浮設防水位可取設計室外地坪下0.5 m或鄞東中塘河規劃100 a一遇的防洪設計水位2.96 m（1985國家高程基準）。

3 隧道區間與鐵路節點設計

沉降的控制標準：沉降量不超過2 mm/d，最終累計沉降量控制在10 mm以內，每條線路的兩條軌道高差≯2 mm，以限值的70%作為報警值[3]。

3.1 設計方案分析

U形槽結構兩側地塊建設用地為多高層住宅。若采用避繞U形槽的方案，則線位走向曲折且侵入海晏南路西側地塊，對住宅基礎影響很大；若采用盾構法施工完全避開樁基下穿鐵路路基，則區間兩端車站規模及與海晏南路站連接的車輛段規模需增大，從而使得工程實施難度和周邊環境風險增大，工期節點滯后，造價大幅度增加；若采用礦山結合盾構法施工，可以優化線位縱向坡度，對減小站位埋深影響有利，但施工風險和對運營鐵路影響仍然較大[4]。盾構下穿繞避方案從經濟和功能上均不合理，礦山法可行但存在較大風險，因此本工程采用與既有鐵路箱涵結合的方式，采用明挖施工，地鐵區間從既有鐵路箱涵的兩側非機動車道通過，壓縮既有箱涵2個非機動車道為人非混行車道，單側寬度3 m，既可以保障海晏南路路面交通能力，同時將對鐵路的影響降到最低。見圖1。

3.1.1 優點

1）線路沿海晏南路路中下穿甬臺溫鐵路，線形較順直。

2）可利用既有鐵路箱涵，相對下穿路基方案，對鐵路正常運營影響較小。

3）海晏南路站為地下兩層車站，百丈路站為地下三層站，車輛段為地面層，總土建費用相對下穿路基方案大幅度減少。

3.1.2 缺點

1）線路縱斷面出海晏南路站后須采用28‰上坡接至既有箱涵標高，并以22.5‰坡度下穿，線形較差，運營過程中舒適度較差。

2）須占用既有鐵路箱涵非機動車道，故對海晏南路交通存在一定影響。

3）線路縱斷面不能滿足盾構施工覆土要求且需對原U形槽下立交結構底板進行破除施工，故海晏南路—興寧路間采用明挖法進行施工，需在海晏南路兩側綠地設置工作井，施工造價較盾構高。

根據現場調查，現狀海晏南路車輛較少且周邊存在多條規劃路可分流海晏南路車流量，方案能滿足目前車輛的通行能力。綜合考慮施工和運營兩個階段對交通運力和環境規劃的影響等關鍵因素，相對于下穿路基方案，利用非機動車道方案線路順直，對鐵路運營影響較小，實施風險性較小的優勢。

3.2 圍護結構設計

區間明挖結構近鐵路箱涵處的基坑底與鐵路箱涵底板底標高基本一致，開挖對鐵路箱涵的影響很小，對于路基和箱涵過渡段考慮將基坑圍護結構水平向延伸一段距離，減少基坑開挖對過渡段的不利影響。為了穿越兩側非機動車道，線路出海晏南路站后經鐵路節點過程中線間距變化較大，不利于明挖順作一次性施工完成，線間距較大處需分成兩個基坑來分別實施完成[5]。區間基坑最大開挖深度15.9 m、寬度5.8 m，所處地層以淤泥質粉質黏土為主，地質情況較差，地下水位于地表下0.5～2 m，埋深較淺。綜合考慮現場場地條件、工程地質、水文地質條件及施工設備條件等因素并結合當地工程經驗，與既有結構結合段既有結構下采用復合地基；坑內水滲流小，可采用鉆孔灌注樁圍護結構結合鋼支撐形式，坑外采用水泥攪拌樁作為止水帷幕。經驗算，各工況下圍護結構強度、變形均滿足設計要求。見圖2。

為避免降水引起基坑周邊建筑物及地表沉降過大，在保證基坑內干槽作業條件下，應盡可能減少抽排量，同時對坑外水位進行觀測，當坑外水位下降較大時，可通過回灌井進行回灌。

3.3 主體結構設計

區間結構與箱涵脫開，減少對既有箱涵改造施工帶來的風險和運營階段的管理風險，專業接口可以內部協調解決，對外需配合協調內容較為簡單；基礎采用樁基礎變剛度調平，經計算沉降和相對變形量滿足鐵路和軌交運營要求，可以不單獨設置沉降縫。見圖3。

3.4 主體抗浮設計

區間結構抗浮計算時考慮最不利情況，即地下水位取至地面，結構自重不考慮軌道板及車輛荷載，抗浮安全系數為0.99＜1.1，因此從抗浮角度區間結構需要采取抗浮措施。

可以考慮增加頂板覆土和綠化，增加1.38 m覆土厚度即滿足抗浮要求；或考慮改造既有結構抗滑樁，目前抗滑樁樁長20 m、縱向間距5.5 m，減少1～1.5 m的樁長，根據地質資料抗拔承載力150 kN，可以滿足抗浮要求。

4 結構沉降控制

明挖區間在改造U形槽范圍內，可以考慮原結構復合地基承載力和壓縮模量對減小沉降的作用。由于鐵路箱涵基礎采用預制管樁，間距較密、承載力高、持力層深，為保證地鐵運營階段軌面平順，靠近框構的過渡段應采用樁基礎保證沉降變形協調。設計考慮過渡段范圍內基礎剛度均勻變化，在鐵路箱涵兩側60 m范圍內布設間距6 m、樁長30 m鉆孔灌注樁，60～120 m范圍內布設間距10 m、樁長25 m鉆孔灌注樁。按照GB/T 50783—2012《復合地基技術規范》進行復合地基沉降計算，計算時取標準組合，認為U形槽及鐵路箱涵已固結沉降完成，該處只計算荷載變化所引起的沉降，可以滿足軌道結構差異沉降控制值10 mm。

5 結語

從工程實施、投資控制、與相關權屬單位協商難易程度、對周邊環境影響、施工和運營期間對交通影響等幾個方面進行分析，區間采用線路直行、利用既有鐵路箱涵非機動車道結構方案，對下立交U形槽結構改造施工，采用剛度大的鉆孔灌注樁結合鋼支撐的圍護結構體系，坑底進行加固提高被動區土體抗力，施作止水帷幕進行坑內降水。區間明挖結構近鐵路箱涵處的基坑底與鐵路箱涵底板底標高基本一致，基坑開挖對鐵路箱涵的影響很小，對于路基和箱涵過渡段考慮將基坑圍護結構水平向延伸一段距離，以減少對鐵路路基和周邊結構的變形和影響。實施過程中的風險主要是鐵路箱涵結構及路基沉降和變形。工程實施過程中，嚴格控制打樁、挖土等作業對鐵路的擾動。通過荷載比較分析，荷載變化引起的沉降9.89 mm，若考慮鐵路箱涵兩側60～120 m范圍內新布設的間距10 m、樁長25 m鉆孔灌注樁的有利作用，則結構沉降量會有所減??；在沉降控制方面需考慮增設一定數量的工程樁，調平地鐵縱向結構基礎的線剛度。既有結構改造后的變形、沉降可以滿足運營階段地鐵、公路、鐵路的使用要求。

參考文獻：

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[3]邢燁偉.北京地鐵14號線盾構下穿京津城際鐵路變形規律及動力響應分析[D].北京：北京交通大學，2011.

[4]羅浩威.地鐵隧道下穿既有鐵路對線路結構的影響研究[D].蘭州：蘭州交通大學，2013.

[5]呂培林，周順華.軟土地區盾構隧道下穿鐵路干線引起的線路沉降規律分析[J].中國鐵道科學，2007，（2）：12-16.