徐树斌
武汉市政工程设计研究院有限责任公司 430062
摘要：地铁区间从地下盾构隧道爬升至地面高架时，需采用地面过渡段，地面过渡段含明挖暗埋段、U型槽段、路基段。由于区间地面过渡段大部分为地面敞口段，需占用地面（由于区间大部分位于道路下方，敞口段占用路面情况较多），结构设计应减少地面占用（含施工期间临时占用），同时满足结构功能、运营维护、施工便利及对周边环境影响的要求，最大可能降低造价，做到安全可靠、功能合理、经济适用、节能环保、技术先进。
关键词：明挖暗埋；U型槽；盾构始发；盾构井；小间距隧道
1、前言
随着我国城市规模及人口数量的快速增长，大运量的公共交通成为解决城市拥堵的首选方式，地铁作为城市大运量公共交通工具的典型代表，在我国已开始大规模的建设。在地铁建设中，需结合城市近远期的规划精细设计，做到地铁工程设计安全可靠、功能合理、经济适用、节能环保、技术先进。
在满足地方需求的前提下，地铁结构采用地面高架型式，以节约造价。此时地铁线路就需采用地面过渡段，从地下爬升至地面高架，地面过渡段含明挖暗埋段、U型槽段、路基段。在保证地面过渡段功能及环境协调的前提下，如何实现地面过渡段结构的安全可靠、经济适用及施工便捷，就摆在了我们设计工作者面前。
一、线路的选择
铺设地铁路线主要是为解决城市交通拥挤的弊端，因此地铁的路线需要在穿行在市区内。地铁区间出地面段的设计会受到已建成建筑物、马路等固有因素的影响，还要受到城市规划、拆迁、投资等因素的限制。各种限制因素要求地铁区间出地面段设计需要合理可行。
地铁区间出地面段衔接区间高架段与盾构段，占用地面距离较长，怎样少占地、保证结构安全及行车舒适型，成为了线路设计要解决的主要矛盾，这就需要在平面线型和纵向坡度两方面着手。
1、线路平面设计：
地铁区间地面过渡段两端的车站为高架站和地下站，一般高架车站采用侧式站台，地下站采用岛式站台，这就需要线路线间距从约14.2m渐变到约4.2m。左右线线间距在U型槽和路基段的宽度越小越好。
2、线路纵坡设计：根据《地铁设计规范》的规定：正线的最大坡度宜采用30‰[1]，同时根据地铁实际运行经验，区间最大纵坡一般不超过28‰（为保证地铁运行速度和乘坐舒适性），故一般地铁路基段与U型段长度约310m。
综合考虑线路平面与纵坡，结合地铁设计经验，一般出地面过渡段明挖段与盾构段分界处按盾构覆土不小于6.0m或1D（地铁盾构隧道一般为单洞单线，结构外径一般为6.0m或6.2m，D为隧道洞径）、左右线隧道净距不小于0.7D控制（平行盾构隧道净间距小于盾构直径70%的小间距地段[2]需进行特殊处理）。
二、结构设计
（一）结构设计的原则
1、明挖地下结构围护结构计算根据施工过程和使用期间分阶段按增量法原理进行内力计算，计算时计入围护结构的先期位移值以及支撑的变形，最终的位移及内力值是各阶段累计值。围护结构计算采用荷载-结构模式，按施工顺序逐阶段计算。计入支撑作用时，考虑了支撑设置时墙体已有的位移和支撑的弹性变形。
2、明挖区间结构按极限状态设计，明挖区间主体结构遵照设计规范按施工阶段和正常使用阶段对其进行强度计算，必要时进行刚度和稳定性计算。
3、结构抗震设计：区间抗震设防烈度为6度，设防分类为乙类，抗震等级为三级，抗震构造措施按抗震等级二级确定。
4、结构抗浮设计：结构设计应按最不利情况进行抗浮稳定性验算，区间抗浮水位取场地地面标高。在进行抗浮稳定性验算时，各荷载分项系数均取1.0。在不考虑侧壁摩阻力时，其抗浮安全系数不得小于1.05；当计及侧壁摩阻力时，其抗浮安全系数不得小于1.15。在施工阶段顶板覆土前，考虑在底板采用排水措施来满足抗浮要求；在使用阶段，区间主体设抗拔桩参与抗浮。
5、耐火设计标准：地下结构中构件的耐火等级为一级。
6、防水设计标准：地下结构的防水等级应为二级。
（二）围护结构设计
本处以武汉长江三级阶地为例（以老粘土为主），地下水不发育。基坑深度约1.5m~13.8m，考虑路面交通情况，地坑深度≤3.0m采用放坡开挖，其余均采用悬臂灌注桩或灌注桩+内支撑的围护型式，围护桩采用φ800@1000~1200钻孔灌注桩，地下水采用基坑明排。
根据软件计算，支撑轴力、灌注桩弯矩及水平位移均满足规范要求，围护结构设计如图1、2
如图1 放坡开挖 如图2 围护桩+内支撑
（三）主体结构设计
1、U型槽结构设计
目前按弹性理论对U型槽结构进行分析是较为普遍而且可行的做法，宜按单筋梁进行设计[3]。为满足防洪及防撞要求，U型槽结构应高出地面不小于1.5m（当防洪水位高出地面标高时，结构应高出设防洪水位不小于1.0m）。U型槽结构抗浮不满足要求时，结构应采取抗浮措施，如利用围护桩、抗拔桩、设置踵板、压重等多种方式，根据工程造价、地层条件、交通要求、工期要求、施工难易程度等因素综合考虑，一般采用抗拔桩和踵板型式较多，如图3、4
如图3 设置踵板Ｕ型槽 如图4 设置抗拔桩
2、路基段结构设计
区间在桥梁段与U型槽之间有一段路基过渡段，拟采用带挡墙的闭合框架结构，与传统结构比较，具有施工工期短、沉降小、结构整体性好的特点。根据《地铁设计规范》8.3.5条，无砟轨道线路路基工后不均匀沉降，路桥或桥隧交界处差异沉降不应大于10mm，过渡段沉降造成的路基和桥梁的折角不应大于1/1000[1]。为减小桥台与路基差异沉降，设置4排φ800减沉钻孔灌注桩。基底承载力要求不小于150KPa，当基底承载力不满足要求时，可采取浆砌片石换填，加深基础，提高地基承载力，减小不均匀沉降。路基结构如图5
如图5 路基结构 如图5 明挖暗埋结构
3、明挖暗埋段结构设计
明挖暗埋段两端连接U型槽段和盾构段，明挖暗埋段长度约200m。明挖暗埋段施工较快，一般作为盾构始发端，明挖段需预留盾构始发井及出土孔等。结构采用两跨框架结构，明挖暗埋段按覆土不小于0.5m考虑（填料厚度等于或大于0.5m的拱桥、涵洞以及重力式墩台不计冲击力[4]），结构如图5。
明挖暗埋段为盾构始发段，应注意箱型结构与盾构井的衔接。根据对现有盾构机调查，盾构机后备套台车限界宽度一般按5.0m考虑（如海瑞克后备套台车最大宽度为4.85m）。台车设备布置左右不对称，台车右侧外伸宽度大，盾构掘进方向右侧墙与线路中线横向距离要大一些（如海瑞克盾构机要求线路中线与右侧墙横向距离，可按2.6m取值）。合理设计结构净宽，避免盾构始发就偏离轴线，降低浅埋始发段纠偏的施工风险。
结束语
根据对既有地铁区间出地面段设计的比较，在地面（路面）标高变化不大的情况下，地铁出地面段结构设计长度可参照如下设置：路基段：130m；U型槽段：180m；明挖暗埋段：200m。地铁出地面段对地面的影响主要就是Ｕ型槽段的影响，Ｕ型槽应与城市环境协调一致。同时出地面段结构应满足城市规划、结构受力、防洪、防撞、方便施工、施工机械限界（如盾构机及后备套对结构净宽、净高等要求）等要求。
参考文献：
[1]《地铁设计规范》（GB 50157-2013）
[2]《盾构法隧道施工及验收规范》 （（GB50446-2008）
[3]《U型槽结构设计与分析》.铁道工程学报，2009，04：13-16
[4]《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）
论文作者:徐树斌
论文发表刊物:《基层建设》2016年2期
论文发表时间:2016/5/28
标签：盾构论文; 结构论文; 地面论文; 地铁论文; 区间论文; 路基论文; 结构设计论文; 《基层建设》2016年2期论文;