淺談地鐵軌排井支護設計

2018-05-09 08:02:29楊朋

四川建筑 2018年2期

關鍵詞：錨桿

楊朋

(中鐵二院工程集團有限責任公司，四川成都 610031)

在軌道交通建設中，隧道段的軌道一般需要通過軌排井吊入隧道內。在我國，鋼軌標準長度為12.5 m和25 m兩種，地鐵軌排孔一般按照能吊入25 m長鋼軌的標準進行設計。按照軌道專業的要求，軌排孔內凈空一般為長28～30 m、寬5 m。

1 軌排井常用支護型式

軌排井支護方案大致可分為三類：錨桿(索)方案、環框梁方案、懸臂結構方案。周邊條件允許的情況下，當采用圍護樁作為圍護結構時，還可將圍護樁布置為拱形，進而產生拱效應，改善支護結構受力[1]。軌排井常用的支護型式及注意事項如下[2-4]。

1.1 錨桿(索)方案

在地質情況較好、周邊條件允許的情況下，采用錨桿(索)方案較為適宜[3]。地質情況不好時，若需采用錨桿(索)方案，需注意以下事項[4]：在易塌孔的松散或稍密的砂土、碎石土、粉土層，高液性指數的飽和黏性土層，高水壓力的各類土層中，若要采用錨桿(索)方案，宜采用套管護壁成孔工藝;錨固段不宜設置在淤泥、淤泥質土、泥炭、泥炭質土及松散填土層內。

采用錨桿(索)方案，還需考慮對周邊環境、地下空間的影響。如錨桿(索)是否侵入地塊，相鄰的建(構)筑物是否影響錨桿(索)的施工等。對于侵入周邊地塊的錨桿(索)支護方案，即使采用可回收式錨桿(索)，也可能因回收失敗影響周邊地塊地下空間資源的后期開發。由于城市建設的不斷發展，城市建設規模持續增大，為更好地保護和有效地利用地下空間資源，錨桿(索)的使用開始受到限制。如云南省昆明市從2012年起，就開始在基坑工程中限制使用錨桿(索)，要求在一般情況下錨桿(索)不得超出項目建設用地紅線垂直投影范圍[5]。

1.2 環框梁方案

在軌排井內凈空范圍內，不設置內支撐，通過設置水平向環框梁來承擔側向水土壓力。水平向環框梁可采用鋼桁架、鋼筋混凝土等結構。采用環框梁方案時，側墻厚度采用正常厚度即可。對于環框梁方案，圍護結構布置一般又分為以下兩種。

1.2.1 純環框梁方案

僅僅設置水平環框梁來承擔側向水土壓力。環框梁尺寸需根據地質情況、基坑深度等確定，對于深度20 m左右的基坑，環框梁寬度需做到4～5 m左右。由于環框梁尺寸較大，一般需將軌排孔內移，以保證環框梁尺寸，導致軌排井中心線與線路中心線不能對齊，對軌道吊運效率存在一定的影響。若受其它因素限制，軌排孔內移量受到限制，則需將側墻外移，導致土建工程數量增加。

在設置水平向環框梁的同時，每隔一定的距離設置豎向肋板，加強支護結構的整體支護剛度。環框梁+肋板方案，環框梁的尺寸一般比純環框梁方案要小；但環框梁+肋板方案因設置了較多的肋板，其結構工程量比純環框梁方案要大。

采用環框梁方案時，若軌排孔有內移的條件，且不太影響軌道專業的鋪軌施工，則建議采用純環框梁方案；若軌排井內移量受到限制，采用純環框梁方案時，側墻需外移導致投資增加，此時應對兩種環框梁方案進行經濟比選確定；若側墻外移因周邊環境的影響受到限制，則建議采用環框梁+肋板方案。

1.2.3 懸臂結構方案

不設置內支撐與錨桿(索)結構，僅考慮側墻與圍護結構工程來承擔側向水土壓力。采用懸臂結構方案時，側墻及底板的厚度需根據計算確定。對于基坑較深的情況，側墻及底板厚度較厚，不甚經濟。

2 純環框梁支護應用實例

2.1 工程概況

根據全線工程籌劃，廣州市軌道交通十三號線某區間工作井為盾構井與軌排井合建體：兩端設置盾構井，中部設置軌排井。工作井長61.4 m，寬25.5 m,其中軌排井內凈空尺寸為28 m×5 m。該工作井為臨時結構，待盾構始發、軌道吊裝完成后，需在頂板上覆土回填，無出地面結構。周邊無重要的管線。

2.2 巖土工程地質和水文地質

根據本區間的地質勘察報告，開挖范圍內的主要地層為：人工填土層<1>、淤泥質土層<2-1B>、淤泥質粉細砂層<2-2>、中粗砂層<2-3>、硬塑狀殘積粉質黏土<5N-2>、紅層全風化帶<6>、紅層強風化帶<7>、紅層中風化帶<8>。地層的主要力學性能指標見表1。

表1 巖土主要力學性能指標表

地下水類型為第四系孔隙水和基巖裂隙水。第四系孔隙水，主要賦存于海陸交互相淤泥質砂層中，在松散填土之中亦有少量第四系孔隙水；基巖裂隙水主要賦存在強風化帶及中等風化帶。

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2.3 基坑支護設計

2.3.1 支護結構方案的確定

根據本工作井所處周邊環境，經綜合比選后，基坑采用1 m厚地下連續墻，連續墻嵌入強風化層3.5 m。支護結構豎向采用四道，其中第一、二、三道采用環框梁，第四道采用鋼支撐，并設置臨時中立柱。

2.3.2 支護結構計算分析

本基坑開挖深度約23.9 m，變形控制保護等級為一級，基坑側壁重要性系數為1.1。支護結構承受的荷載有結構自重、地面超載(20 kPa)、施工荷載(不超過10 kPa)、水土側壓力、盾構吊裝荷載(70 kPa)、軌道吊裝荷載(30 kPa)。基坑外側土壓力按朗金土壓力計算，砂層采用水土分算；其余地層采用水土合算。盾構井段圍護結構剖面圖見圖1，軌排井段圍護結構剖面圖見圖2。

圖1 盾構井段圍護結構剖面

圖2 軌排井段圍護結構剖面

設計計算時，對于跨度較大的環框梁，將環框梁的抗彎剛度轉化為等效的水平支錨剛度，作為理正軟件中“假定支撐”的“支錨剛度”輸入理正軟件中，并求得“假定支撐”的支撐軸力。后將理正軟件計算所得的“假定支撐”的軸力作為均布荷載，加入到環框梁平面模型中，求得環框梁的內力。

本工作井地質情況相對均一，采用理正深基坑支護設計軟件對軌排井段、盾構井段共計2個斷面進行了計算。連續墻內力值見表2，盾構井段計算位移內力圖見圖3，軌排井段計算位移內力圖見圖4。

表2 連續墻內力(標準值)

圖3 盾構井段計算位移內力

圖4 軌排井段計算位移內力

2.3.3 支護結構計算結果

根據理正計算結果，盾構井段，第一、二、三道環框梁的“荷載”標準值分別為：330.33 kN/m，704.98 kN/m，1 579.11 kN/m；軌排井段，第一、二、三道環框梁的“荷載”標準值分別為：251.98 kN/m，771.13 kN/m，1 001.95 kN/m。

將上述荷載加入環框梁平面模型，計算出各道環框梁的內力，內力值見表3；第三道環梁的計算內力見圖5～圖8。

表3 環框梁彎矩(基本組合) kN·m

圖5 第三道環框梁變形

本工作井采用環框梁+鋼支撐作為支護系統，共設四道支撐。在盾構始發井位置，第一、二、三道環框梁的尺寸分別為1 m×2.2 m、1.5 m×2.2 m、2 m×2.2 m；在軌排井位置，第一、二、三道環框梁的尺寸分別為1 m×3 m、1.5 m×4.4 m、2 m×4.4 m。第三道圍護結構平面布置見圖9。