與地鐵盾構(gòu)（車站）相關(guān)的城市橋梁方案設(shè)計(jì)

謝 濤，王天翔

（上海浦東建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海市 201206）

0 引 言

隨著城市基礎(chǔ)建設(shè)的不斷發(fā)展，地下軌道交通與道路走向一致或交叉的情況非常普遍。當(dāng)?shù)缆反嬖诘孛鏄蛄夯虻缆飞戏浇ㄔO(shè)高架橋梁時(shí)，由于需避讓軌道交通，橋梁總體布置方案會(huì)受到較大影響。

參照上海市十幾年來(lái)的實(shí)際工程案例可知，地鐵對(duì)于沉降要求較高，而城市橋梁在主要交通干道、大型交通樞紐等處，與地下空間需求的矛盾更加突出。在滿足軌道交通的安全要求和城市橋梁一般采用中小跨徑常規(guī)結(jié)構(gòu)的前提下，怎樣科學(xué)、合規(guī)、合理和安全可行地利用地下、地上空間，合理布置橋梁橫斷面和樁基，以及合理選用上下部結(jié)構(gòu)形式，在橋梁設(shè)計(jì)項(xiàng)目方案啟動(dòng)時(shí)，是必須解決的問(wèn)題。

1 城市橋梁樁基與地鐵盾構(gòu)凈距的確定

根據(jù)《上海市軌道交通管理?xiàng)l例》（2021 年8 月25 日第五次修正通過(guò)）的要求，軌道交通應(yīng)當(dāng)設(shè)置安全保護(hù)區(qū)，在軌道交通安全保護(hù)區(qū)內(nèi)進(jìn)行打樁作業(yè)時(shí)，其作業(yè)方案應(yīng)當(dāng)經(jīng)過(guò)市交通行政管理部門同意，并采取相應(yīng)的安全防護(hù)措施。而城市橋梁樁基距離地鐵盾構(gòu)及車站很近時(shí)，就要評(píng)估其對(duì)地鐵的影響，以保證地鐵結(jié)構(gòu)安全，并為管理部門評(píng)估提供參考。

橋梁樁基在施工及運(yùn)營(yíng)時(shí)段內(nèi)，均會(huì)產(chǎn)生一定的沉降。所以城市橋梁與地鐵盾構(gòu)及車站平面距離較近時(shí)，由于橋梁樁基的沉降會(huì)對(duì)地鐵沉降產(chǎn)生影響，一般須保證其對(duì)地鐵附加沉降的影響小于20 mm，理論上應(yīng)以具體項(xiàng)目的樁基布置形式、樁頂力、樁基與地鐵盾構(gòu)之間的凈距、土體計(jì)算參數(shù)為依據(jù)進(jìn)行具體的地鐵沉降驗(yàn)算，以判定是否滿足地鐵的沉降要求。

例如，某新建橋梁橋位處，地鐵與該橋基本平行走向，該橋引橋、梯坡道設(shè)置有φ800 mm 鉆孔灌注樁，樁基均設(shè)置在運(yùn)營(yíng)的地鐵上下行盾構(gòu)一側(cè)位置，盾構(gòu)邊緣與鉆孔樁外壁之間的凈距為4.5 m（見圖1），地鐵盾構(gòu)的埋深約為12.3～13.8 m。 經(jīng)計(jì)算，地鐵盾構(gòu)沉降值很小，僅7.2 mm，遠(yuǎn)小于20 mm 的地鐵沉降要求（見圖2，圖中橫坐標(biāo)為0 的位置表示盾構(gòu)距樁基最近的點(diǎn)）。

圖1 地鐵盾構(gòu)位置圖（單位：m）

圖2 盾構(gòu)沉降示意圖

如果橋梁樁基距地鐵盾構(gòu)較近，沉降計(jì)算結(jié)果不滿足要求，則針對(duì)地鐵沉降過(guò)大的情況，可以采取如下幾種措施：

（1）增長(zhǎng)樁長(zhǎng)，以減小主橋墩自身沉降及其對(duì)鄰近地鐵盾構(gòu)的影響。

（2）調(diào)整樁基布置，增大樁基與地鐵之間的間距。

（3）減小群樁荷載。采取優(yōu)化荷載計(jì)算，設(shè)置補(bǔ)償基礎(chǔ)等方式可以降低群樁荷載，即可減小群樁的自身沉降及其對(duì)周圍構(gòu)筑物的影響。

（4）設(shè)置隔離樁保護(hù)措施。如果現(xiàn)場(chǎng)間距過(guò)小，這一措施實(shí)施起來(lái)會(huì)有一定困難。

（5）施工后期采用樁底注漿工藝應(yīng)會(huì)進(jìn)一步減小沉降量。

到目前為止，經(jīng)過(guò)諸多項(xiàng)目的實(shí)踐及經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，φ800 mm 鉆孔灌注樁在單樁承載力達(dá)250 t 左右，距地鐵盾構(gòu)不小于3 m 時(shí)，施工現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)到的地鐵盾構(gòu)沉降值均能滿足要求，橋梁項(xiàng)目均得以順利實(shí)施。所以一般認(rèn)為當(dāng)橋梁樁基與地鐵之間的凈距滿足最小3 m 的要求時(shí)，即可初步認(rèn)為樁基布置方案可行，可作為方案設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)原則。

2 與運(yùn)營(yíng)地鐵盾構(gòu)走向基本一致的城市橋梁總體布置方案

2.1 城市高架橋梁

2.1.1 平面概況

這種運(yùn)營(yíng)地鐵盾構(gòu)平面走向情況一般為：地鐵盾構(gòu)基本位于道路設(shè)計(jì)紅線內(nèi)或與紅線稍有出入，地鐵中線線位與道路設(shè)計(jì)中線不重合，并可能在道路設(shè)計(jì)中線左、中、右來(lái)回漂移。

2.1.2 橋梁設(shè)計(jì)的制約因素及控制標(biāo)準(zhǔn)

制約因素：（1）可布置橋梁墩柱的平面位置；（2）地鐵盾構(gòu)與橋下地面道路的相對(duì)位置；（3）地鐵盾構(gòu)與橋梁墩柱的相對(duì)位置；（4）橋梁墩柱下方可布置樁基的平面區(qū)域。

控制標(biāo)準(zhǔn)：（1）橋梁樁基與地鐵之間的凈距滿足最小3 m 的要求；（2）布置樁基的區(qū)域，可滿足布置設(shè)計(jì)要求的樁基數(shù)量。

2.1.3 橋梁總體布置設(shè)計(jì)步驟

在橋梁設(shè)計(jì)時(shí)，首要任務(wù)是初步確定可布置墩柱、樁基的平面位置，其次結(jié)合橋梁樁基布置形式，確定承臺(tái)、立柱、上部結(jié)構(gòu)的總體布置。

2.1.4 橋梁的主要典型橫斷面布置形式

按上面所述，在保證樁基與地鐵盾構(gòu)之間滿足3 m 凈距的要求下，同時(shí)兼顧地面道路布置樁基的條件，高架橋梁的主要典型布置形式（包括上、下部結(jié)構(gòu)的方案）見圖3～圖7。

圖3 形式一斷面布置圖（單位：m）

圖4 形式二斷面布置圖（單位：m）

圖5 形式三斷面布置圖（單位：m）

圖6 形式四斷面布置圖（單位：m）

圖7 形式五斷面布置圖（單位：m）

圖3 所示形式（形式一）一般位于高架橋標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)段，地鐵盾構(gòu)全部偏在（主線）橋梁一側(cè)，道路中央分隔帶可布置墩柱。此形式下的橋梁方案為：樁基與地鐵盾構(gòu)之間滿足3 m 凈距的前提下，橋梁上下部按橋梁標(biāo)準(zhǔn)段正常布置。

圖4 所示形式（形式二）一般位于高架橋標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)段，地鐵盾構(gòu)位于（主線）橋梁墩柱下方，道路中央分隔帶可布置墩柱但無(wú)法布置樁基。此形式下的橋梁方案為：橋梁下部結(jié)構(gòu)按“地梁+ 承臺(tái)”方式跨越地鐵盾構(gòu)，在盾構(gòu)兩側(cè)布置樁基。

圖5 所示形式（形式三）一般是地鐵盾構(gòu)位于中央分隔帶、機(jī)非道路分隔帶位置，道路中央分隔帶處寬度不足，無(wú)法布置墩柱；一側(cè)機(jī)非道路分隔帶下方無(wú)法布置樁基。此形式下的橋梁方案為：為避讓地鐵盾構(gòu)，橋墩處橋梁上部采用外伸橫梁設(shè)計(jì)，墩柱布置在道路兩側(cè)。

圖6 所示形式（形式四）一般是地鐵盾構(gòu)位于（主線+ 匝道）橋梁一側(cè)，道路中央分隔帶可布置墩柱及樁基，匝道墩柱下可布置單排樁。此形式下的橋梁方案為：道路分隔帶可布置主線及匝道墩柱，橋梁上部按標(biāo)準(zhǔn)段正常布置，下部結(jié)構(gòu)設(shè)置地下橫梁，用以連接主線橋梁承臺(tái)與一側(cè)匝道承臺(tái)。

圖7 所示形式（形式五）一般是地鐵盾構(gòu)位于（主線+ 匝道）橋梁兩側(cè)，道路中央分隔帶可布置墩柱及樁基，匝道墩柱下可布置樁基，但為保證橋梁樁基與地鐵盾構(gòu)之間3 m 的凈距，主線及匝道樁基均偏在墩柱一側(cè)。此形式下的橋梁方案為：道路分隔帶可布置主線及匝道墩柱，橋梁上部按標(biāo)準(zhǔn)段正常布置，下部結(jié)構(gòu)設(shè)置地下橫梁，用以連接主線橋梁承臺(tái)與兩側(cè)匝道承臺(tái)。

以上僅示意出現(xiàn)較多的幾種情況，不同的項(xiàng)目可能會(huì)有個(gè)別特殊情況出現(xiàn)，可參考上述布置原則作相應(yīng)處理。

2.1.5 上部結(jié)構(gòu)的選型

因地鐵盾構(gòu)走向與橋梁基本一致，較多情況下可布置樁基的區(qū)域較小，樁基布置數(shù)量受到限制，因此一般情況下，上部結(jié)構(gòu)可采用自重較小的鋼梁。而且鋼梁吊裝重量小，對(duì)地鐵的影響也相對(duì)較小。在樁基布置條件相對(duì)較好的情況下，也可考慮預(yù)制混凝土小箱梁，但不建議采用現(xiàn)澆混凝土梁。

2.2 地面跨河橋梁

基本概況為運(yùn)營(yíng)地鐵盾構(gòu)與道路走向基本一致，在河道處下穿規(guī)劃河道，位于地面跨河橋梁下方。

因地鐵盾構(gòu)位置無(wú)法布置樁基，所以橋臺(tái)需進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)。橋臺(tái)臺(tái)身、臺(tái)帽采用常規(guī)結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)，一般縱橋向需布置3 排樁基，承臺(tái)縱橋向加長(zhǎng)，以滿足樁基布置數(shù)量的需求，承臺(tái)厚度相應(yīng)加大，一般在2 m 以上（見圖8）。橋臺(tái)的承臺(tái)部分橫橋向分塊布置見圖9。橋臺(tái)臺(tái)身根據(jù)樁基承臺(tái)橫橋向布置位置，計(jì)算后可采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)或預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。

圖8 地面跨河橋梁立面圖（單位：mm）

圖9 地面跨河橋梁橋臺(tái)橫斷面（橋臺(tái)的承臺(tái)橫橋向分塊布置）（單位：mm）

3 地鐵車站上的城市橋梁方案

3.1 運(yùn)營(yíng)線路的地鐵車站上的橋梁方案

已運(yùn)營(yíng)（或已開始施工）的地鐵車站不能允許橋梁建設(shè)對(duì)其有影響，因此一般采用在保證安全距離的前提下（安全距離一般控制在橋梁樁基與地鐵車站之間的距離不小于3 m），橋梁跨越地鐵車站的方案設(shè)計(jì)。例如：橋梁橋面豎直投影與地鐵車站重疊，城市高架橋的樁基分布于車站兩側(cè)（見圖10），橋墩處上部結(jié)構(gòu)采用外伸橫梁跨越地鐵車站（見圖11）。

圖10 地鐵車站平面圖（單位：m）

圖11 橋梁跨越地鐵車站橫斷面（單位：m）

外伸橫梁的跨度取決于地鐵車站的規(guī)模。當(dāng)車站規(guī)模較大，平面結(jié)構(gòu)尺寸較大時(shí)，外伸橫梁較長(zhǎng)，對(duì)于地面上的景觀影響較大，此時(shí)可在外伸橫梁上設(shè)置綠化，或在外伸橫梁端部進(jìn)行裝飾造型美化，以適當(dāng)改善景觀效果。

總結(jié)：一般情況下，地鐵運(yùn)營(yíng)線路的車站位于道路紅線范圍內(nèi)時(shí)，對(duì)橋墩的總體布置會(huì)產(chǎn)生較大影響，布置難度相對(duì)較大。在跨徑及樁基布置合理性、橋梁橫橋向結(jié)構(gòu)布置合理性等方面，需反復(fù)比較后，在各方面處于相對(duì)合理的平衡點(diǎn)處，確定最優(yōu)方案。

3.2 橋梁與處于設(shè)計(jì)階段（非運(yùn)營(yíng)）地鐵車站的結(jié)合設(shè)計(jì)

橋梁與在建地鐵車站在同一時(shí)段進(jìn)行設(shè)計(jì)、施工時(shí)，在地鐵車站部分，由于地鐵車站的平面尺寸相對(duì)較大，在條件允許的情況下，可考慮以地鐵車站作為橋梁的基礎(chǔ)，見圖12。此時(shí)橋梁墩柱直接布置在車站結(jié)構(gòu)的頂板橫梁或地下連續(xù)墻附近，地鐵設(shè)計(jì)單位需同時(shí)考慮橋梁墩柱傳遞的附加荷載進(jìn)行地鐵車站的設(shè)計(jì)，必要時(shí)應(yīng)對(duì)重要節(jié)點(diǎn)進(jìn)行加強(qiáng)處理，見圖13。為防止車站縱向的不均勻變形和沉降，應(yīng)對(duì)車站底板下壓縮性較大的土層進(jìn)行高壓旋噴加固，并增加底板部分樁基以調(diào)整沉降。

圖12 城市橋梁與非運(yùn)營(yíng)地鐵車站結(jié)合設(shè)計(jì)立面圖（單位：mm）

圖13 城市橋梁與非運(yùn)營(yíng)地鐵車站結(jié)合設(shè)計(jì)斷面圖（單位：mm）

結(jié)合地鐵車站進(jìn)行橋梁設(shè)計(jì)，可在很大程度上降低橋墩的布置難度，避免上部結(jié)構(gòu)采用外伸橫梁設(shè)計(jì)，明顯提高橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的合理性。

同時(shí)也應(yīng)注意到，結(jié)合地鐵車站進(jìn)行橋梁設(shè)計(jì)時(shí)，需要橋梁設(shè)計(jì)單位與地鐵車站設(shè)計(jì)單位密切配合，共同確定合理的結(jié)合設(shè)計(jì)方案，保證雙方結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性。

4 結(jié) 語(yǔ)

（1）到目前為止，經(jīng)過(guò)諸多項(xiàng)目的實(shí)踐，一般認(rèn)為城市橋梁樁基與地鐵之間的凈距滿足最小3 m 的要求時(shí)，即可初步認(rèn)為橋梁樁基布置方案可行。因此，凈距3 m 可作為方案設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)原則。

（2）在城市橋梁臨近地鐵盾構(gòu)、車站進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要初步確定可布置墩柱、樁基的平面位置，其次結(jié)合橋梁樁基布置方案，綜合運(yùn)用上部結(jié)構(gòu)外伸橫梁、地下橫梁、承臺(tái)分塊等結(jié)構(gòu)形式，確定承臺(tái)、立柱、上部結(jié)構(gòu)的總體布置方案。