地铁地下隧道与高架区间过渡段结构设计比选研究论文_于海波

摘要：以在建的青岛地铁R3线（13号线）一期工程两河站～北京路站区间为背景，从结构型式选择角度论述，以预防和减少地下隧道与高架桥之间过渡段主体结构工后沉降，增加主体结构整体强度、稳定性和耐久性为目的，并对后期运营阶段监控数据进行跟踪，从而验证结构选型的合理性。

关键词：地铁；区间；过渡段；结构设计

1 工程概况

1.1 项目及周边环境概况

青岛地铁R3线一期工程位于青岛市西海岸新区，两河站～北京路站区间沿东岳中路由东向西方向敷设，逐步抬升由地下隧道转换为地上高架，该范围设置236m过渡段。

地下区间概况如图一所示：

图一 两河站～北京路站地下区间概况

1.2 工程地质及水文地质概况

1.2.1 工程地质

（1）第四系全新统人工填土（Q4ml）

素填土：该层土强度较低，不均匀程度高，自稳性差。

（2）第四系全新统冲洪积层（Q4al+pl）

粉土：以软塑为主，局部可塑。

1含黏性土粗砾砂：含黏性土15%～20%，局部含粉粒或黏粒较多，土质软弱。

2含有机质粉质黏土：含有少量有机质，局部相变为粉土或粉细砂，干强度中等。

（3）第四系上更新统冲洪积层（Q3al+pl）

⑾粉质黏土：韧性较高，干强度高，局部相变为黏土。

⑿含黏性土粗砾砂：饱和，中密，级配中等，含有约20%～30%的黏性土，夹有较多角砾或风化碎屑，局部夹有少量碎石。

基岩为粗粒花岗岩，自上而下依次：

⒃上强风化上亚带、⒃中强风化中亚带、⒃下强风化下亚带：矿物蚀变强烈，岩体为极破碎的软岩，岩体基本质量等级Ⅴ级。

⒄中等风化带：构造节理及风化裂隙较发育，岩体完整性指数Kv一般为0.4，属较破碎的较软岩～较硬岩，岩体基本质量等级Ⅳ级。

⒅微风化带：矿物蚀变轻微，节理一般发育～较发育，岩体基本质量等级Ⅱ～Ⅲ级。

1.2.2 水文地质

场地内主要为第四系孔隙潜水与基岩裂隙水，基岩裂隙水具弱承压性。地下水埋深较浅，但补给条件相对较好。

过渡段为干湿交替条件，其对钢筋混凝土结构中的钢筋具弱腐蚀性。

区间过渡段临近隐珠河支流，抗浮设防水位采用隐珠河支流百年一遇洪水位计算，根据防洪评价报告绝对高程为6.07m，高出地面约1.56m。

除冰盐等其他氯化物环境作用等级为Ⅳ-E。

过渡段主体结构纵断面与地层关系图见图二：

图二 过渡段主体结构与地层关系图

主体结构底板基本处于⑿含黏性土粗砾砂、1含黏性土粗砾砂、粉土、素填土层，⑿层地基承载力为300kPa，其余均小于120kPa。

2 结构型式比选

2.1 路基

本线采用B型车4辆编组，列车最高运行速度120km/h，列车追踪最小间隔120s，正线一次性铺设跨区间无缝线路。根据本线建设标准，对过渡段的使用寿命、安全性要求较高。如按传统路基设计，为实现全线道床型式统一、便于运营养护维修、减少后期沉降、确保列车行驶平稳可靠，选择整体道床优于碎石道床。

路基上部荷载包括地铁车辆荷载及其动力作用，荷载通过道床传至下部地基。碎石道床整体刚度较小，类似于柔性基础，上部荷载程线性均布荷载，传至地基亦为均布荷载，在同等土层中地基沉降量相等；整体道床刚度大，属刚性基础，基础不随地基沉降改变自身形状，传至地基的荷载重新分布而非均布荷载。因此选择整体道床须对影响范围内地基土层进行处理，使之强度和刚度满足要求。根据地勘资料揭示情况，过渡段全段均需进行地基处理，从而提高地基土的强度和承载力，防止发生翻浆等病害。

路基分为路堑和路堤，地面线一般按路堤设计。由于过渡段段临近隐珠河支流，为使路堤顶部高于百年一遇洪水位，地下段与过渡段分界需设在轨面线高出该水位位置，此处地下段结构底板已高出地面，显然不合理，因此传统路基型式不适于本项目，需选择有支挡功能的结构。

2.2 重力式挡墙

地下段与过渡段交界位置结构底面至现状地面约5.5m，填土高度较小，且线路紧邻东岳中路，可选择重力式挡墙。

为防止隧道洞口敞口段雨水流入地下区间，过渡段需设置雨棚，同时具备声屏障功能，雨棚与地铁主体结构通过预埋件连接，重力式挡墙可为雨棚设置提供条件。

本线双线区间直线段无中隔墙时最小线间距4m，过渡段线间距为5.3m，中间设置疏散平台，列车行驶方向右侧设置电缆支架等构件。两侧挡墙基础踵板如不相接，则处于偏压受力状态，且存在地基处理不当带来的隐患；按照隐珠河支流百年一遇洪水位作为抗浮设防水位计算结构抗浮，过渡段需采取抗浮措施，而场地受市政管线、道路限制，趾板不宜过宽，因此重力式挡墙亦不适合本项目过渡段结构选型。

2.3 桩板结构

根据本项目特点及传统过渡段结构选型，可将挡墙进行改进，踵板合为一体整体浇筑，结构型式示意图如图三所示：

图三 结构型式示意图

抗浮安全系数将逐渐大于1.05，地铁区间过渡段一般情况均需采用抗浮措施。本项目过渡段最终采用钻孔灌注桩设置于底板下作为抗拔桩，同时起到提高地基承载力的作用。结构横端面如图四所示：

图四 结构横端面图

3 结束语

本项目过渡段采取桩板结构依次解决了道床选择、临近河流设防水位计算结构抗浮、雨棚和声屏障设置、过渡段结构整体刚度、地下与地上结构沉降过渡、过渡段与地下和地上区间分界灵活等一系列问题。

随着我国地铁建设速度加快，部分城市陆续修建中心城区至郊区轨道交通线路，常含地下线和高架线等不同形式，两者之间过渡段设计成为重要节点，可有效防止不均匀沉降，确保地下向高架过渡稳定性。

经几种结构选型比选，本项目最终采用桩板结构形式，由于本线尚未通车，结构选型合理与否尚需根据运营期间持续观测数据进行验证。

参考文献：

[1]罗琼.地铁高架桥与地下隧道衔接处路基过渡段设计研究 路基工程 2013.5

[2]曾祥荣，吴建忠，赵晓华 北京地铁八通线路基工程设计总结 铁道建筑 2003.11

[3]孟凡铁，杨斌，欧阳全裕 地铁市郊地面线路基设计 铁道标准设计 2010.12

[4]黄薇.影响地铁路基稳定性因素及防治措施

论文作者:于海波

论文发表刊物:《工程管理前沿》2020年5期

论文发表时间:2020/4/30