軌道頂面南湖路道路路基建設(shè)方案研究

眭封云，張立明

（中億豐建設(shè)集團(tuán)股份有限公司，江蘇 蘇州 215131）

0 引言

隨著城市化進(jìn)程，地鐵隧道和城市道路之間的建設(shè)關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜。地鐵隧道上方的道路實(shí)施對(duì)地鐵運(yùn)營(yíng)安全影響問題突顯，由于道路路基施工常對(duì)地鐵隧道結(jié)構(gòu)造成附加應(yīng)力影響[1]。

目前對(duì)運(yùn)營(yíng)期間軌道頂面道路工程建設(shè)還沒有一個(gè)統(tǒng)一的填挖控制標(biāo)準(zhǔn)，基本上是具體問題具體分析，以蘇州市地鐵4號(hào)線上方的南湖路為例，針對(duì)性地提出相關(guān)建設(shè)建議和措施，為類似工程提供參考。

1 工程概況

蘇州市南湖快速路工程是蘇州中環(huán)的一部分，1標(biāo)段西起吳中大道與小石湖路交叉口，東至蘇蠡路交叉口，設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為1 069.48 m，該標(biāo)段吳中大道位于4號(hào)線支線北側(cè)，全線地面道路基本擬合老路標(biāo)高，大部分對(duì)軌道沒有影響，只有以下段落對(duì)軌道四號(hào)線產(chǎn)生附加應(yīng)力影響，見表1及圖 1、圖 2。

2 軌道頂附加荷載技術(shù)要求

根據(jù)軌道公司的要求，要求軌道頂面填挖方施工產(chǎn)生的附加應(yīng)力應(yīng)不大于20 kPa。

表1 道路實(shí)施對(duì)軌道影響段落

圖1 主線橋頭引坡段與軌道平面關(guān)系圖

圖2 D匝道橋頭引坡段與軌道平面關(guān)系圖

計(jì)算依據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》，對(duì)軌道結(jié)構(gòu)頂面計(jì)算得出的附加應(yīng)力小于20 kPa時(shí)，即可認(rèn)為不會(huì)影響軌道的正常運(yùn)行。若按正常填土計(jì)算得附加應(yīng)力出大于20 kPa時(shí)，相應(yīng)措施，以減輕路基重度，以達(dá)到附加應(yīng)力不大于20 kPa。

3 基本計(jì)算依據(jù)及參數(shù)的確定[1-3]

3.1 計(jì)算原則及依據(jù)

根據(jù)軌道埋深、附加應(yīng)力曲線圖（GB5007—2011建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范.附錄K）。按角點(diǎn)法[2]（進(jìn)行應(yīng)力疊加）確定軌道結(jié)構(gòu)頂面由于路基路面及施工機(jī)械加載產(chǎn)生的軌道頂附加應(yīng)力。

3.2 基本計(jì)算參數(shù)

4號(hào)軌道頂面標(biāo)高、現(xiàn)狀地面標(biāo)高及橋頭填土高度參數(shù)見表2。

表2 主要參數(shù)一覽表

4 計(jì)算模型

根據(jù)以上計(jì)算原則及參數(shù)選擇最大受力點(diǎn)進(jìn)行附加荷載計(jì)算。

4.1 主線橋頭引坡段

4.1.1 正常填筑附加應(yīng)力計(jì)算

（1）路基填筑后地表均布荷載計(jì)算

南湖路道路路面結(jié)構(gòu)層厚度74.6 cm，重度23 kN/m2；路基填土最高為310-74.6=235.4 cm，重度18 kN/m2。因此橋頭均布荷載最大值為：

根據(jù)計(jì)算產(chǎn)生附加應(yīng)力的最大值為覆土綜合荷載的重心處，因此按照?qǐng)D3進(jìn)行計(jì)算分區(qū)，并將計(jì)算點(diǎn)選在圖3中A點(diǎn)，通過計(jì)算確定圖3豎向分塊1的荷載最大值為19.82 kN/m2，豎向分塊2和分塊3的荷載最大值為39.71 kN/m2。

圖3 主線橋頭引坡段附加應(yīng)力計(jì)算模型圖

根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 5007—2011），A點(diǎn)在均布荷載下計(jì)算得到的最大附加應(yīng)力見表3。

表3 主線引坡附加應(yīng)力計(jì)算表

（2）集中荷載計(jì)算

道路施工期間最大的集中荷載為壓路機(jī)與瀝青攤鋪機(jī)。為減小對(duì)地下隧道的動(dòng)荷載影響，本項(xiàng)目應(yīng)采用靜力式壓路機(jī)，采用重力式，機(jī)械重量為15 t，瀝青攤鋪機(jī)重量約為17 t。因?yàn)槎咴诓煌氖┕すば蛏线M(jìn)場(chǎng)，可按最大的集中荷載瀝青攤鋪機(jī)進(jìn)行驗(yàn)算。考慮到運(yùn)營(yíng)期間的最大荷載軸重14 t，小于施工機(jī)械的重量，因此采用17 t集中力進(jìn)行如下計(jì)算。

根據(jù)布辛奈斯克空間豎向應(yīng)力公式計(jì)算集中力對(duì)計(jì)算點(diǎn)的應(yīng)力：

（3）總計(jì)荷載

不滿足要求。

4.1.2 采用泡沫混凝土填筑方案時(shí)附加應(yīng)力計(jì)算

主要是將原來填土的重度調(diào)整為填泡沫混凝土，其重度為4 kN/m2，均布荷載最大值調(diào)整為：

根據(jù)計(jì)算產(chǎn)生附加應(yīng)力的最大值為覆土綜合荷載的重心處，因此進(jìn)行計(jì)算分區(qū)，并將計(jì)算點(diǎn)選在圖4中A點(diǎn)，通過計(jì)算確定圖4豎向分塊1的荷載最大值調(diào)整為8.86 kN/m2，豎向分塊2和分塊3的荷載最大值調(diào)整為17.71 kN/m2。

根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 5007—2011），A點(diǎn)在均布荷載下計(jì)算得到的最大附加應(yīng)力見表4。

圖4 D匝道橋頭引坡段附加應(yīng)力計(jì)算模型圖

計(jì)算集中力對(duì)計(jì)算點(diǎn)的應(yīng)力F2是0.29 kN/m2，因此總計(jì)荷載為：

F1+F2=14.68+0.29=14.97 kN/m2＜20 kN/m2（滿足要求）

表4 主線引坡附加應(yīng)力計(jì)算表

因此采用泡沫混凝土替代灰土進(jìn)行路基填筑方案可行。

4.2 D匝道橋頭引坡段

4.2.1 正常填筑附加應(yīng)力計(jì)算

A點(diǎn)為軌道右線所在位置，剛好也在三角形均布荷載重心位置，產(chǎn)生的附加荷載最大，B點(diǎn)為軌道左線所在位置。D匝道橋頭引坡段以這兩點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算，取最大值為該處道路填筑對(duì)軌道的附加應(yīng)力計(jì)算值。

（1）路基填筑后地表均布荷載計(jì)算

道路路面結(jié)構(gòu)按74.6 cm，重度23 kN/m2；路基填土最高為450-74.6=375.4 cm，重度18 kN/m2。均布荷載最大值為：

根據(jù)計(jì)算產(chǎn)生附加應(yīng)力的最大值為覆土綜合荷載的重心處，因此進(jìn)行計(jì)算分區(qū)，并將計(jì)算點(diǎn)選在圖4中A點(diǎn)，通過計(jì)算確定圖4豎向分塊1的荷載最大值為28.22 kN/m2，豎向分塊2和分塊3的荷載最大值為56.51 kN/m2。

圖4中B點(diǎn)，通過計(jì)算確定圖4豎向分塊1的荷載最大值為40.01 kN/m2，豎向分塊2和分塊3的荷載最大值為44.72 kN/m2。

根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB5007—2011），A、B點(diǎn)在均布荷載下計(jì)算得到的最大附加應(yīng)力見表5。

表5 D匝道引坡附加應(yīng)力計(jì)算表

（2）集中荷載計(jì)算

道路施工期間最大的集中荷載為壓路機(jī)與瀝青攤鋪機(jī)。為減小對(duì)地下隧道的動(dòng)荷載影響，本項(xiàng)目應(yīng)采用靜力式壓路機(jī)，采用重力式，機(jī)械重量為15 t，瀝青攤鋪機(jī)重量約為17 t。因?yàn)槎咴诓煌氖┕すば蛏线M(jìn)場(chǎng)，可按最大的集中荷載瀝青攤鋪機(jī)進(jìn)行驗(yàn)算。考慮到運(yùn)營(yíng)期間的最大荷載軸重14 t，小于施工機(jī)械的重量，因此采用17 t集中力進(jìn)行如下計(jì)算。

根據(jù)布辛奈斯克空間豎向應(yīng)力公式計(jì)算集中力對(duì)計(jì)算點(diǎn)的應(yīng)力：

（3）總計(jì)荷載

不滿足要求。

滿足要求

4.2.2 采用泡沫混凝土填筑方案時(shí)附加應(yīng)力計(jì)算

主要是將原來A點(diǎn)填土的重度調(diào)整為填泡沫混凝土，其重度為4 kN/m2，均布荷載最大值調(diào)整為：

圖4中A點(diǎn)，通過計(jì)算圖4豎向分塊1的荷載最大值調(diào)整為15.19 kN/m2，豎向分塊2和分塊3的荷載最大值調(diào)整為17 kN/m2。

根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 5007—2011），A點(diǎn)在均布荷載下計(jì)算得到的最大附加應(yīng)力見表6。

表6 D匝道引坡附加應(yīng)力計(jì)算表

計(jì)算集中力對(duì)計(jì)算點(diǎn)的應(yīng)力F2是0.48 kN，因此總計(jì)荷載為：

滿足要求

因此采用泡沫混凝土替代灰土進(jìn)行路基填筑方案可行。

5 結(jié)語

（1）盡量在軌道盾構(gòu)施工前進(jìn)行軌道頂面道路工程的施工，避免對(duì)軌道的影響。

（2）軌道頂面規(guī)劃道路平縱斷面設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡可能依據(jù)現(xiàn)有地面高程設(shè)置路面高程，避免較大的路基開挖和回填工程[3]。

（3）軌道運(yùn)營(yíng)期間，道路工程按正常填土計(jì)算得附加應(yīng)力超出軌道頂面附加應(yīng)力控制要求時(shí)，可采取特殊材料（泡沫混凝土）填筑。

（4）軌道運(yùn)營(yíng)期間，道路施工應(yīng)該采取對(duì)軌道結(jié)構(gòu)頂受力有利的施工方法，根據(jù)道路與軌道的交叉形式，遵循：分層、分塊、對(duì)稱、平衡、限時(shí)的原則，依據(jù)項(xiàng)目情況規(guī)定具體的施工次序與注意事項(xiàng)，使隧道承受較小的附加應(yīng)力，施工期間要加強(qiáng)對(duì)下方地鐵的變形監(jiān)測(cè)。