已運(yùn)行地鐵上方新建城市道路的設(shè)計(jì)技術(shù)要點(diǎn)

盧建

（江蘇森尚工程設(shè)計(jì)研究院有限公司，南京 210000）

1 引言

中國城市化進(jìn)程已進(jìn)入高速發(fā)展階段，尤其大城市市區(qū)土地開發(fā)高度集中，人口密度非常大，土地資源日益緊張，交通擁堵也成為常態(tài)。要解決這一問題還是要大力發(fā)展公共交通。軌道交通的建設(shè)是大城市公共交通的首選項(xiàng)，城市道路與地鐵共線建設(shè)無疑可以充分節(jié)約土地資源，而且方便軌道交通與公交的接駁，最大程度上發(fā)揮公共交通的效用。通常，地鐵實(shí)施的周期比較長，地鐵建成后再建上方市政設(shè)施的情況也比較常見，其設(shè)計(jì)方案、施工措施會(huì)對地鐵結(jié)構(gòu)安全造成一定影響，直接關(guān)系到人民群眾的生命安全[1]。本文就某已運(yùn)行地鐵上新建城市道路工程為例，介紹了該工程設(shè)計(jì)及施工過程中需要關(guān)注的技術(shù)問題。

2 工程概況

2.1 工程規(guī)模

本項(xiàng)目為城市主干路，全長2 051 m，紅線寬45 m，設(shè)計(jì)速度為50 km/h，道路正下方為已經(jīng)運(yùn)行的地鐵線，在本次實(shí)施的路段起點(diǎn)處有一個(gè)站點(diǎn)。建設(shè)內(nèi)容主要包括：道路工程、橋涵工程、排水工程、管廊工程、交安工程以及景觀工程等相關(guān)內(nèi)容。

2.2 道路與地鐵的豎向關(guān)系

道路位于地鐵線正上方，設(shè)計(jì)路面距地鐵隧道頂部距離為9.6～20.3 m，橫向上距地鐵隧道最近的雨水管道與隧道凈距為9.6 m，道路、管線與地鐵相對位置關(guān)系如圖1 所示。

圖1 道路、管線與地鐵相對位置關(guān)系圖

3 地質(zhì)條件

沿線土層分布如下：①1雜填土、①2素填土、②1粉質(zhì)黏土、②2淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、②2A中粗砂夾粉質(zhì)黏土、②3粉質(zhì)黏土、③1粉質(zhì)黏土、③3粉質(zhì)黏土、④圓礫、⑤1強(qiáng)風(fēng)化砂巖、⑤2A中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖、⑤2中風(fēng)化砂巖。

地鐵隧道基本上位于⑤1～⑤2強(qiáng)風(fēng)化砂巖、中風(fēng)化砂巖中，僅一小段落約50 m 長位于②2淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土中。

4 已運(yùn)行地鐵線路上新建道路設(shè)計(jì)技術(shù)要點(diǎn)

4.1 地鐵運(yùn)行狀況的監(jiān)測

道路方案設(shè)計(jì)前需要掌握地鐵的運(yùn)行的監(jiān)測數(shù)據(jù)，若監(jiān)測發(fā)現(xiàn)有超標(biāo)情況，需要先進(jìn)行加固和修復(fù)處理。該段地鐵自2017 年1 月投入運(yùn)營以來，區(qū)間隧道永久性監(jiān)測一直處于工作狀態(tài)，監(jiān)測項(xiàng)目包括：隧道收斂變形、沉降等。根據(jù)對運(yùn)營期間最近的監(jiān)測數(shù)據(jù)梳理，在本工程影響范圍內(nèi)隧道收斂變形均遠(yuǎn)小于50 mm，收斂值較小。本區(qū)間下行線有最大累計(jì)沉降-1.0 mm，最大隆起1.1 mm，沉降速率0.011。根據(jù)以上地鐵永久性監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，該區(qū)間結(jié)構(gòu)及線路目前處于安全狀態(tài)，沉降和收斂變形基本穩(wěn)定。

4.2 道路設(shè)計(jì)方案安全評價(jià)

道路設(shè)計(jì)方案需要提交有地鐵設(shè)計(jì)資質(zhì)的單位對地鐵結(jié)構(gòu)進(jìn)行安全評估，制定相關(guān)控制標(biāo)準(zhǔn)。在計(jì)算分析及評估結(jié)果的基礎(chǔ)上進(jìn)一步完善設(shè)計(jì)方案，方案中必須包含地鐵保護(hù)的專項(xiàng)設(shè)計(jì)。施工單位根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙制訂相應(yīng)的施工方案，設(shè)計(jì)方案及施工方案均需要經(jīng)地鐵部門組織的專家評審，以滿足地鐵結(jié)構(gòu)變形控制要求，確保地鐵安全運(yùn)行。

4.3 淺挖段設(shè)計(jì)方案

本項(xiàng)目起點(diǎn)有一處地鐵站，經(jīng)對站點(diǎn)設(shè)計(jì)圖進(jìn)行校核，地鐵站頂板至道路設(shè)計(jì)標(biāo)高最小距離僅1.64 m。根據(jù)安評要求站點(diǎn)頂部路基換填不大于1 m，結(jié)構(gòu)頂應(yīng)保留至少50 cm 保護(hù)層，防止損壞防水層。該段路基設(shè)計(jì)將路床厚度最小降至40 cm，采取水泥穩(wěn)定土替換正常路段的石灰穩(wěn)定土，提高路床承載能力，路槽底部增加了一層5%水泥原槽翻拌處理。施工期間嚴(yán)格控制地面施工荷載，選用小型施工機(jī)械，避免使用大型運(yùn)輸車、施工機(jī)械等，路基采用靜壓碾壓，避免震動(dòng)對地鐵結(jié)構(gòu)及站內(nèi)設(shè)備產(chǎn)生不利影響。采用上述措施后，既保證了地鐵安全，也保證了路基及路面壓實(shí)度、彎沉指標(biāo)等滿足設(shè)計(jì)要求。

4.4 高填方設(shè)計(jì)方案

本項(xiàng)目道路設(shè)計(jì)路基填高3.6～4.5 m，按照安評單位意見，道路施工過程中路基填方附加荷載不能超過60 kPa。本次對于高填方路段的路基進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì)，路基底采用50 cm碎石墊層，10 cm C20 墊層，C20 墊層中設(shè)置φ8 mm 鋼筋網(wǎng)。然后分層鋪筑泡沫混凝土路床，每層最大厚度不超過60 cm，在層間鋪設(shè)φ6 mm 鋼筋網(wǎng)，泡沫混凝土密度控制不大于600 kg/m3，28 d 抗壓強(qiáng)度不小于0.8 MPa[2]。前后兩側(cè)與一般路堤搭接處設(shè)置過渡層，采用臺(tái)階式銜接，臺(tái)階高度0.5～1 m，坡比1∶1，如圖2 所示。經(jīng)過這樣處理后，路基填方附加荷載滿足安評要求，路基工后沉降也滿足規(guī)范要求。隧道上方道路工程施工在本工程影響區(qū)段內(nèi)管片最大沉降2.211 mm，最大收斂變形0.105 mm，滿足規(guī)范要求。

圖2 泡沫混凝土路基設(shè)計(jì)圖

4.5 管廊設(shè)計(jì)方案

在道路的南側(cè)綠帶下方設(shè)計(jì)有纜線管廊，管廊采用單艙型，斷面尺寸2.3 m×2.15 m，主體結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為一級(jí)，抗震設(shè)防烈度為7 度，管廊標(biāo)準(zhǔn)段頂部覆土0.5 m，管廊與地鐵隧洞最小凈距16 m，入廊管線包括12～16 回10 kV 電力電纜和24 孔通信管道。本段管廊基本均位于③層粉質(zhì)黏土層，土質(zhì)較好，管廊基坑開挖深度在2.6～2.8 m，基坑深度相對較小?；泳捎梅牌麻_挖，坡率1∶0.5，坡面掛網(wǎng)噴漿防護(hù)，放坡坡頂距離地鐵隧道距離控制在13～16 m 左右，符合地鐵施工安全凈距要求。

4.6 橋涵的處理

道路沿線跨越兩條規(guī)劃河道，設(shè)計(jì)對橋梁和箱涵方案進(jìn)行了比選，如圖3 和圖4 所示，采用橋梁方案，樁基與地鐵隧道凈距僅2 m，樁基施工過程中風(fēng)險(xiǎn)很大，經(jīng)專家評審一致意見采用箱涵方案。

圖3 箱涵立面圖

圖4 橋梁立面圖

道路沿線有兩座箱涵，1 號(hào)箱涵基礎(chǔ)底面標(biāo)高9.98 m，處于粉質(zhì)黏土層和中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖層，地基承載力特征值Fak分別為210 kPa 和280 kPa，均大于180 kPa，無須進(jìn)行地基處理。2 號(hào)箱涵基礎(chǔ)位于②2淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土中，承載能力不能滿足設(shè)計(jì)要求，需要進(jìn)行地基加固處理。同時(shí)，考慮到箱涵施工時(shí)基坑開挖卸載造成的隧道上浮風(fēng)險(xiǎn)，也必須對該段地基進(jìn)行加固處理。設(shè)計(jì)采用水泥攪拌樁處理，處理后的復(fù)合地基承載能力特征值不小于180 kPa。另外，為減小基坑開挖時(shí)集中卸載的影響，53 m 箱涵分4 段延地鐵中心線兩側(cè)對稱施工，每一層的挖土深度最大不得超過2.5 m，在上一層土方挖完后間隔不少于5 d 方可開挖下一層土方，同時(shí)分段處上下兩層土需放坡留臺(tái)階，坡度不大于1∶2，土方開挖以“盆式開挖”的原則，先開挖中部土方，后分塊開挖周邊土方，開挖一段完成一段后再開挖下一段。邊坡支護(hù)的設(shè)計(jì)上，為避免打樁的振動(dòng)，采用了格柵式水泥土樁擋土墻，攪拌樁直徑600 mm，基坑深度5.8 m，嵌入深度8.1 m，如圖5 所示。擋土墻經(jīng)整體穩(wěn)定性驗(yàn)算、抗隆起驗(yàn)算、抗傾覆驗(yàn)算、抗滑移驗(yàn)算均滿足規(guī)范中一級(jí)基坑的要求。據(jù)Midas GTS NX 計(jì)算分析結(jié)果，隧道上方橋涵工程1 號(hào)箱涵施工在本工程影響區(qū)段內(nèi)管片最大上浮0.472 mm，最大收斂變形0.013 7 mm，滿足規(guī)范要求；隧道上方橋涵工程2 號(hào)箱涵施工在本工程影響區(qū)段內(nèi)管片最大上浮0.189 mm，最大收斂變形0.121 mm，滿足規(guī)范要求。地基加固、擋土墻、基坑開挖及箱涵施工期間加強(qiáng)了對既有區(qū)間隧道的監(jiān)測，未發(fā)現(xiàn)隧道變形超預(yù)警值。

圖5 箱涵地基處理及邊坡防護(hù)設(shè)計(jì)圖

4.7 施工全過程監(jiān)測

建設(shè)單位委托專業(yè)單位在道路施工全過程中對區(qū)間管片沉降、收斂變形進(jìn)行全過程全自動(dòng)監(jiān)測，信息化指導(dǎo)開挖、回填、碾壓等施工作業(yè)。隧道上方及兩側(cè)路基回填（開挖）時(shí)采用分層、分段對稱填土（開挖）施工，其中鄰近地鐵區(qū)域土方開挖分塊、間隔進(jìn)行。當(dāng)隧道變形、沉降到達(dá)報(bào)警值時(shí)，立即通知相關(guān)單位，采取相應(yīng)的合理措施予以控制。對管片收斂變形超過60 mm 的區(qū)間采用微擾動(dòng)注漿加固處理，對收斂變形超過80 mm 的管片需采用鋼環(huán)加固處理。對于管片裂縫接近0.2 mm 的，應(yīng)加強(qiáng)對地鐵區(qū)間隧道襯砌的監(jiān)測，掌握裂縫變形情況，對出現(xiàn)的裂縫及時(shí)進(jìn)行處理，防止裂縫繼續(xù)發(fā)展，影響襯砌結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性[3]。對于部分管片存在滲漏水的現(xiàn)象，及時(shí)采用環(huán)氧砂漿對滲漏水處進(jìn)行封堵修復(fù)。監(jiān)測持續(xù)至項(xiàng)目施工結(jié)束后3 個(gè)月或直至既有地鐵結(jié)構(gòu)變形穩(wěn)定。

5 結(jié)語

本文通過在已運(yùn)行的地鐵上方新建城市道路的工程實(shí)例，分析了涉鐵道路設(shè)計(jì)過程中應(yīng)注意的技術(shù)問題。首先，需要掌握已運(yùn)行地鐵的隧道安全監(jiān)測情況，有問題先修復(fù)加固；其次，設(shè)計(jì)方案需要充分考慮對地鐵結(jié)構(gòu)安全的保護(hù)，方案需經(jīng)專業(yè)單位進(jìn)行安全評價(jià)及專家評審?fù)ㄟ^；最后，對于淺挖、高填方以及橋涵構(gòu)筑物需要進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)，以滿足對地鐵隧道結(jié)構(gòu)安全保護(hù)的要求。希望此案例對類似工程設(shè)計(jì)具有一定的借鑒意義。