地鐵高架線過地裂縫段應對措施研究

張新廣

（中鐵第一勘察設計院集團有限公司，710043，西安∥工程師 ）

地裂縫是西安特有的區域性地質災害，國內目前尚無有關地鐵過地裂縫段處理措施的規范、標準。其變形具有三維特性，分為垂直位移、水平位移和水平扭動，其中垂直位移且具有隨時間單項累計的特征。西安地鐵1、2號線分別對地下區間過地裂縫處理措施進行了深入的專題研究。重點針對地裂縫垂直位移，提出了包括線路、軌道、區間結構和防水等方面的綜合處理措施，但對高架橋梁過地裂縫處理措施尚無深入研究，西安地鐵3號線一期工程北端高架線路在灞河南側與f1地裂縫相交，為國內首條高架線跨越地裂縫的地鐵線路。本文以西安地鐵3號線一期工程為例，重點結合高架橋梁結構，以橋梁基礎產生不均勻沉降為前提，通過對線路調坡、橋梁梁型和支座選型以及軌道結構處理措施等三方面綜合研究分析，提出采用簡支梁和可調式框架板道床配合線路適應性調坡的處理方案，為后續類似工程處理提供借鑒。

1 工程概況

西安地鐵3號線一期工程為魚化寨至國際港務區段，正線全長39.150km，其中地下線長27.131 km，高架線長11.565km，敞口段長0.454km。共設車站26座，其中19座地下站（含6座換乘站），7座高架站。線路共15次穿越8條地裂縫，其中高架段1次跨越f1地裂縫。作為西安地鐵的第一條高架線路，如何處理好高架橋跨越地裂縫的問題，關系到西安地鐵第一條高架線建設的成功與否。在長安大學《地鐵隧道近距離平行和小角度穿越活動地裂縫帶的性狀及防治措施研究》以及1、2號線地鐵過地裂縫段工程處理措施的研究基礎上，針對高架橋跨越f1地裂縫提出合理有效、安全可靠的應對措施。為西安地鐵3號線的設計、施工及安全運營提供支持。

2 與高架段相交地裂縫的基本情況及本段線路概況

西安地鐵3號線與f1地裂縫交于線路YK 40＋096.45附近，f1地裂縫在線路附近的平面延伸情況見圖1。經現場調查訪問，f1地裂縫與地鐵線路相交處附近并未發現地面變形及破裂現象，因此目前該段地裂縫呈隱伏狀態，活動不明顯。

圖1 f1地裂縫與地鐵線路關系圖

2.1 f1地裂縫基本參數

根據多年測量結果分析，地裂縫變形具有三維特性，分為垂直位移、水平位移和水平扭動。三種變形量比為1∶0.31∶0.03，其中：垂直位移最大，且具有隨時間單項累計的特征（如圖2所示），對地鐵工程危害較大；水平位移次之，可通過軌道長圓孔鐵墊板來調整；水平扭動最小，對土建工程的影響可以忽略。

由現場調查結果顯示，f1地裂縫與地鐵3號線交匯處─安邸村東側東三環路附近活動跡象弱，無明顯活動特征，推測該段地裂縫現階段活動速率為1.0～2.0mm／a。

圖2 西安地鐵裂縫累計沉降曲線圖

根據長安大學《地鐵隧道近距離平行和小角度穿越活動地裂縫帶的性狀及防治措施研究》成果：f1地裂縫對地鐵3號線影響程度分級定性評價、地鐵設計使用期（100年）內地鐵3號線與各地裂縫交匯處地鐵隧道設計的最大垂直位移量、最大水平（橫向）位移量和軸向位移量預測值、設防長度分別如表1、表2所示。

表1 f1地裂縫對地鐵3號線影響程度評價表

表2 f1地裂縫處地鐵設計預留量

2.2 本段線路概況

f1地裂縫位于浐河東─浐灞區間，線路采用直線跨越地裂縫，線路與地裂縫相交處里程為CK40＋096.45，交叉角度優化為88°，跨地裂縫處橋梁跨度為一孔30m，上盤墩中心里程為CK40＋081.329，下盤墩中心里程為CK40＋111.329，地裂縫距上下盤兩墩的距離分別為15.12m和14.88m。縱斷面從CK30＋800開始以坡度為9‰、300m長的下坡至CK40＋100（約等于線路與地裂縫相交處里程），轉以平坡接入浐灞站。跨地裂縫南側的半島環路處，凈空最小處約為6.7m。以地裂縫與線路相交處分界，小里程側為上盤，大里程側為下盤，浐灞站位于f1地裂縫下盤，車站距地裂縫最小距離26m。地裂縫附近線路平面及縱斷面如圖3、圖4所示。

圖3 線路平面圖

3 橋梁變形分析

根據既有地裂縫研究成果，地裂縫上盤整體相對下降、下盤相對不動，錯動前后橋梁狀態如圖5所示。

圖4 線路縱斷面圖

圖5 地裂縫錯動前后橋梁示意圖（單位：cm）

從上圖可以看出，上盤整體下降后引起橋梁不均勻沉降的基礎為地裂縫上、下盤相鄰的兩個基礎，處理段長度應包含這兩處橋梁基礎。

4 應對措施研究

4.1 線路適應性調坡

f1地裂縫最大垂直位移量為150mm，地裂縫錯動后考慮通過在上盤增加一個坡段，來對上下盤之間的高差進行銜接。設計中將變坡點設置在地裂縫與線路交叉處（CK40＋100），上盤下沉后，下盤坡度保持不變，仍為平坡。上盤由地裂縫處的變坡點向小里程取100m的坡段作為調坡段，即在CK40＋000處設置一處變坡點，將CK4＋100處的變坡點高程抬升，使后一坡段保持平坡，則調坡段的坡度會減小。

設調坡段長度為“L”（100m），地裂縫最大垂直位移為Amax（0.15m），調坡前坡度為i0（9‰ ），調坡后坡度為i1，由 L＝Amax／（i0－i1）計算得i1＝7.5‰。則調整后該段縱坡9‰≥i≥7.5‰，坡度滿足規范要求；原坡度分解出一段100m長的調坡段后，前一坡段坡長為200m，坡長也滿足需求。線路調坡示意圖見圖6。

圖6 線路調坡示意圖

地裂縫處理段長度L處理段應為：L處理段＝調坡長度＋前邊坡點切線長T1＋后邊坡點切線長T2。由于調整后坡差不會大于1.5‰，故前邊坡點（CK40＋000）處不需要設置豎曲線，T1為0。調坡段長度較長，一般均包含上盤第一個橋梁基礎，若不包含則加長上盤處理長度，使處理段包含上盤第一個基礎，取整5m里程即可。后邊坡點（CK40＋100）處豎曲線T2長為13.5m，處理段終點里程為CK40＋113.5m，已包含跨地裂縫整孔橋梁。若不包含整孔橋梁，則下盤處理段長度也應加長至下盤第一個墩以外，取整5m里程即可。

本段L處理段＝100m＋0＋13.5m＝113.5m，設計取115m。因此，調坡范圍為CK40＋000～CK40＋115。以上調坡通過軌道結構的調整予以實現。跨越f1的橋跨，兩側基礎分別位于地裂縫上、下盤，需設置為簡支梁來適應不均勻沉降。

4.2 軌道調整

穿越地裂縫區段軌道結構采用可調式框架板軌道配用大調量扣件的設計方案。

在0～30mm范圍內的累計變形，通過扣件系統中加設調高墊板實現調整。

在31～50mm范圍內的累計變形，通過更換加厚鐵墊板實現調整。

變形超過50mm以后，將扣件所加設的調高墊板撤出，并將加厚鐵墊板換成普通鐵墊板，同時在框架軌道板下方墊入50mm的橡塑墊塊，之后51～100mm范圍內的累計變形仍通過扣件系統的調整能力來實現調整。

當變形達到100mm時，將所墊橡塑墊塊撤出，扣件復原，在框架板下部采用厚度100mm的混凝土墊塊進行調高，之后101～150mm范圍內的累計變形仍通過扣件系統的調整能力來實現調整，混凝土墊塊通過粘接劑與基礎混凝土聯結，同時在相鄰混凝土墊塊之間填充混凝土，以確保混凝土墊塊的穩定性，最后將框架板側面的基礎擋臺部分混凝土進行加高處理，以確保框架板的橫向限位。可調式框架板道床平面、橫斷面及調整原理見圖7、圖8。

4.3 高架橋應對措施

針對地裂縫，橋梁結構采取以下措施：

（1）跨越地裂縫的橋梁上部結構采用靜定結構，采用簡支梁跨越，橋下凈空留足富余，以適應地裂縫的可能變形；

圖7 可調式框架板平面示意圖（單位：mm）

圖8 可調式框架板橫斷面圖（單位：mm）

（2）跨越地裂縫的橋梁，采用可調高支座，墩帽預留足夠的頂梁空間；

（3）跨越地裂縫的橋梁，應定期監測地裂縫的活動，并根據橋梁結構的設計要求及線路、軌道平順度的要求及時進行調整，加強維修養護；

（4）根據《西安地裂縫場地勘察與工程設計規程》，基礎避讓地裂縫距離滿足上盤大于6m，下盤大于4m。

5 結語

（1）地鐵工程過地裂縫的應對措施是一項復雜的綜合性工作，其適應性仍有待于在工程實踐中進一步驗證、總結。在設計中，有條件時首選還是從平面上繞避，盡量減少地裂縫對地鐵工程的干擾；必須穿越時，應盡量增大交叉角度；車站位置除了滿足地裂縫上下盤避讓距離要求外，還應設置在線路調坡范圍以外；縱斷面設計時應為線路后期調坡預留充足的條件。

（2）地鐵高架線工程過地裂縫不同于地下隧道，簡支梁適應不均勻沉降能力較強，因此跨地裂縫采用簡支梁橋為宜。線路調坡長度及軌道處理范圍的確定應充分考慮橋梁梁體整體剛性旋轉的特點，結合線路平縱面與橋梁孔跨布置綜合研究確定。

（3）運營過程中應對地裂縫進行長期監測，根據具體的監測結果，選擇合理的軌道調整量，保證運營安全。

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