明挖地铁区间下穿路桥河道的还建方案比选研究--中国期刊网

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明挖地铁区间下穿路桥河道的还建方案比选研究

发表时间：2020/1/8 来源：《科技新时代》2019年11期作者：朱雯蕾李芳芳

[导读] 以青岛市地铁13号线两北区间为例，研究地铁近距离下穿河道路桥，施工期间对路桥拆除，并结合规划和地铁区间结构要求，通过对原桥还建方案、原桥式大跨还建方案以及框架桥还建方案的比选，最终采用框架桥形式还建方案，在保证结构安全及河道过水量要求的的前提下，恢复路桥河道，并一次性解决的节点防洪问题。

朱雯蕾李芳芳
        （中交铁道设计研究总院有限公司，北京，100088）

        摘要：以青岛市地铁13号线两北区间为例，研究地铁近距离下穿河道路桥，施工期间对路桥拆除，并结合规划和地铁区间结构要求，通过对原桥还建方案、原桥式大跨还建方案以及框架桥还建方案的比选，最终采用框架桥形式还建方案，在保证结构安全及河道过水量要求的的前提下，恢复路桥河道，并一次性解决的节点防洪问题。
        关键词：明挖区间下穿路桥下穿河道还建
        中图分类号：U231 文献标识码：B


        1 引言
        近年来，国内城市轨道交通工程正在快速发展，相较于其他工程，轨道交通工程主要特点是需要下穿或者横跨城市沿线范围内的多种建、构筑物，其中对于河道的穿越是轨道交通工程经常遇到的问题，因此工程的重难点之一就便是对于城市河道穿越时的设计、施工及运营期间影响控制。根据已有的工程经验，在地铁通过河道时，设计、施工会重点考虑各工法在施工过程中会产生的影响及采取相应的控制影响措施[1~3]。本文案例受工程条件限制，施工工法明确，只能采用明挖法施工，施工期间对河道进行临时拆除，工程重点需要考虑河道还建对于轨道交通结构以及路桥、河道本身的影响，通过对比各还建方案并确定最优方案，为类似工程提供参考。
        2 工程概况
        2.1 工程概况
        青岛市红岛—胶南城际轨道交通工程13号线两河站～北京路区间由两河站引出后，沿泰山东路南侧绿化带向西方向敷设，轨面逐渐抬高至出地面。地铁结构采用地下隧道方式穿越广州路桥段，于广州路桥下穿越隐珠河支流，线路走向与桥墩轴线方向一致。

        图1 广州路桥与地铁隧道的位置关系
        2.2 广州路桥及河道现状
        广州路宽约14m，泰山路宽22m，广州路与泰山路交角约45°。
        河道全长约6.51km，干流比降0.0042，流域面积4.55km2。隐珠河支流发源于丘陵地带，河道断面较小，河道上游宽约9～15m，下游河道宽约15～25m。
        隐珠河支流广州路桥段目前尚未治理。河道断面为单式断面，现状河槽底宽约9.4m，河底高程为2.87m。
        在泰山东路与广州路十字路口，隐珠河支流下穿路口，从路口西北角流入，东南角流出。桥梁分两期建设，一期完成泰山东路下方桥梁，后期建设广州路时，在原桥南北各加宽了原桥梁。南侧加宽部分为4孔预制钢筋混凝土板桥，桥长约16m，桥面宽约35m，桥面高程为4.65m，桥底板高程为3.75m。梁底到河底仅0.88m。地铁13号线线路隧道从南侧加宽部分桥梁下方穿过，从平剖面关系看，该段隧道顶板最高处高程为2.5m，距河床顶面高差仅0.37m。
        由于本段线路位于地下段和高架段的过渡地带，线路埋深较浅，且线间距较小，考虑工程安全性，不具备暗挖条件，需采用明挖法施工，地铁施工期间，需将线路上方广州路桥进行临时拆除，待区间隧道施工完成后，对施工期间受影响的路桥、河道进行还建。
        3 还建方案比选
        本项目的还建方案需以地铁结构、河道、路桥的相互关系及各自结构为重点考虑对象，即满足以下3 个方面的基本要求：（1）满足地铁区间隧道结构的承载力要求；（2）满足河道泄水排洪的过水能力要求；（3）满足桥面道路通行对高程和宽幅的要求。基于以上基本要求，综合考虑地铁区间结构现状、河道现状、广州路桥现状、周边环境以及远期规划要求，提出原桥还建、原桥式大跨还建、框架桥还建共三个广州路桥还建方案以进一步对比分析。
        3.1原桥还建方案
        原桥桩位于区间结构上方，原桥还建方案即为隧道与桥梁合建方案。采用原桥跨的梁桥结构形式，不改变原结构受力体系，使桥梁两跨位于地铁区间隧道上方，其中一排桥墩基础落在隧道中隔墙上，与中隔墙整体设计，以保证隧道结构受力均衡，受力体系简单。满足原桥跨长度条件下，两边墩柱基础可落在隧道外侧。
        受桥墩荷载影响，合建的地铁区间结构需加大尺寸以满足承载力要求，同时，需增加两道变形缝，以减小桥桩荷载对非和建段的结构受力影响。
        3.2原桥式、大跨方案
        该方案的路桥仍采用梁桥结构形式，采用加大跨距的方法，使桥梁墩台基础避开隧道结构，同时需保证桥墩柱与隧道结构有2m以上的安全距离，以减小桥墩柱施工的影响。桥跨加大后，承载力不得减小的情况下，桥梁板厚度必然加大，由于原梁底到河床底只有0.88m，加大梁板厚度不具备向下挤压的可能，只能保持梁底高程不变，将路面抬高。
        3.3框架桥方案
        该方案的路桥采用框架桥的结构形式，结合河道控制规划以及现状的地铁结构和河道要求，重新调整河道位置。在原广州路桥位置处回填河道，采用土石回填至路面，在原桥东侧（隧道结构小里程侧）以涵洞形式恢复河道，并连通泰山东路两侧河道，保证河道通畅。河道东移，地铁线路高程降低，使框架桥结构与地铁区间结构之间的相对位置增大，结构之间可设置足够安全厚度的垫层以减小结构间相互影响。

        图2 框架桥方案平面关系
        3.4方案对比
        三种路桥、河道还建方案各有优缺点，可总结对比如下：
        （1）原桥还建方案
        优点：①不改变原桥梁形式及河道能力；②与原路连接平顺。
        缺点：①桥梁墩柱落在隧道结构上，影响隧道结构受力；②桥隧合建接口处防水施做困难，合建段两侧增加施工缝增加了防水薄弱点；③桥、隧结构合建，施工难度增加；④若远期进行路桥改造，施工对地铁结构影响大。
        （2）原桥式、大跨方案
        优点：①重建桥梁孔跨加大，墩柱避开隧道结上方，桥、隧构分离，受力简单；②施工简单。
        缺点：①桥跨加大，需抬高广州路和泰山路路口路面以满足桥面结构厚度，对道路影响较大；②不能保证泰山路下桥梁承载力满足路面抬高后的要求。
        （3）框架桥方案
        优点：①地铁区间结构上方受力均匀，受影响较小；②区间结构防水层不受路桥河道影响，能保证防水质量；③框架桥东移增加了区间隧道上覆土厚度，增加了过水断面高度；④根据规划永久改移河道，从根本上解决节点防洪问题。
        缺点：①整体改移河道，工程量大。
        综上对比，从长远考虑，为解决河道问题，并减少还建路桥、河道对地铁区间结构的影响，采用框架桥方案对路桥河道进行还建为更优方案。
        4 方案实施
        为满足河道过水、道路通行要求，将原广州路桥段地铁区间结构作为二期施工，首先施做一期地铁结构，一期结构达到设计要求后将河道永久迁改至规划位置、道路临时迁改至已完成的地铁结构上方，完成地铁结构二期工程后，原广州路桥位置回填完成广州路。
        依据控制规划要求，与地铁交汇处的隐珠河支流河道以及泰山东路均需进行调整，规划河道调整至原河道东侧，在不影响现状道路标高的情况下，为地铁结构上方留出更多的空间施做框架桥涵。
        依据青岛市水利勘测设计研究院有限公司提供的《青岛市红岛—胶南城际西海岸段轨道交通工程防洪评价报告》隐珠河支流设计防洪标准为20年一遇，现状河道不满足防洪（100年一遇）要求，依据防洪标准要求，对河道提出综合整治方案，按照新河道宽度要求，确定新规划箱涵的断面，施做一道断面尺寸为26.1m×2.7m五孔箱涵河道，彻底解决此处河水满溢问题。
        河道箱涵与地铁区间结构之间回填C20素混凝土的方式处理，箱涵基底土层为有机质粉质粘土，要求垫层以下采用砂砾换填1m厚，换填土层应分层压实，厚度应为30cm，换填后地基承载力容许值不小于120kPa。结构两侧须均匀回填风化砂等透水性材料，容重不大于19kN/m，填料内摩擦角不得小于35°，待墙身混凝土强度达到90%以上时，方可回填。
        5 还建设计总结
        以青岛地铁13号线工程下穿广州路桥为实例，通过对工程的介绍、还建方案的对比分析以及方案实施的介绍，详细阐述了地铁施工拆除市政桥梁后的还建工程相关问题解决措施，总结工程案例亮点如下：
        （1）还建河道与地铁结构各自独立
        还建的涵洞河道不拘泥于原路桥结构形式和坐落位置，根据规划重新设计，既避免了桥梁设置于明挖结构顶，也增加了隧道上方覆土厚度，有利于地铁结构的受力，以及结构的防水质量保证，确保了工程的安全和耐久性。
        （2）永久改移河道，根本上解决节点防洪问题
        按照百年一遇的防洪要求，结合控制规划的河道位置，对与地铁交叉段的河道进行拓宽改造。从长远考虑解决此节点的防洪问题，河道一次改造完成，重复工程量少，工程延续性好，为后续河道整治提供便利条件。
        此工程案例为轨道交通工程近距离下穿城市河道、桥梁的明挖施工及路桥还建积累了设计和施工经验，提供了参考意见。

        参考文献
        [1]荆鸿飞.城市地铁区间隧道下穿河流设计浅析[J].铁道建筑技术，2012(增2)66-68.
        [2]吴艳，于珊珊，辛立民.城市地铁区间隧道明挖法下穿泄洪河流施工技术[J].四川建材，2013，39，(6):214-216.
        [3]闫继龙.下穿河道和桥梁基础的某地铁车站设计方案探讨[J].铁道标准设计，2016，60(5):116-120.