合肥市道路改造工程對地鐵影響分析研究

吳迎雷，李傳軍

(機械工業勘察設計研究院有限公司，陜西 西安 710000)

1 概述

近幾年，隨著合肥市經濟快速發展，城市地鐵與地面道路建設也隨之蓬勃發展。因此，不可避免的出現道路建設過程中面臨下部存在地鐵交通的狀況[1-3]。目前，合肥市現有的一些老舊道路已無法滿足如今的城市交通需求，老舊道路急需進行改建。而老舊道路在改建過程中，土方開挖、卸載會導致基底隆起和側向變形，頂管施工會引起地層變形，基坑開挖及頂管施工也會導致周邊土壓力發生變化，這些情況都可能導致鄰近地鐵結構也發生變形[4-9]。若地鐵結構變形超過限值將影響地鐵的安全，且地鐵結構的變形會引起軌道的變形，若其超過限制，將對地鐵正常使用造成重大影響[10-11]。

本文主要探討合肥市翡翠路綜合改造工程在施工過程中對臨近地鐵產生的影響。

2 工程概況和地質條件

合肥市翡翠路綜合改造工程于2019年8月15號開始施工，2020年2月15號竣工交付，范圍北起312國道，南至方興大道，全長約7 km，紅線寬60 m，改造內容包括道路工程設計、排水工程設計及排水管道基坑支護設計等。翡翠路改造工程涉及合肥地鐵3號線方興大道站—習友路站區段，共計6站6區間，自北向南依次為芙蓉路站、繁華大道站、丹霞路站、錦繡大道站、紫云路站和方興大道站。合肥地鐵3號線自2015年全面開工建設，于2019年底投入運營。翡翠路綜合改造工程涉及的6個車站主體結構均已封頂，涉及的6個區間均已完成鋪軌并運營。

該工程擬建場地宏觀地貌單元為江淮丘陵，微地貌單元為崗地與坳溝。上覆土層以第四紀沖積黏性土為主，下伏白堊系(K)棕紅色泥質砂巖風化帶，覆蓋層厚度(至中風化泥質砂巖面)約20 m～30 m。工程范圍內存在零星水塘和景觀水池，無地表河流、溝渠。擬改建道路沿線地下水類型主要為上層滯水，受大氣降水、地表水入滲補給，排泄方式以向低洼處滲流及蒸發為主，水量較少。整個場地無統一地下水位，勘探期間測得部分鉆孔內地下水靜止水位埋深約為1.1 m～3.0 m，水面標高約22.72 m～42.91 m。地下水年變化幅度約2 m。

3 對地鐵影響分析

本文采用數值模擬方法對翡翠路綜合改造工程對地鐵產生的影響進行分析。因該工程涉及的地鐵車站和區間較多，本文僅以芙蓉路地鐵站為例進行計算分析。

為考慮翡翠路道路施工對地鐵3號線車站、區間的影響，依據該工程實際情況，并考慮設計中活荷載取值，提出道路施工中車輛活荷載限值。車站結構頂板覆土約3 m，設計中活荷載按端頭井不超過30 kPa，其他區域不超過20 kPa考慮，本次翡翠路綜合改造工程道路工程僅對路面結構層進行加鋪施工，加鋪厚度9 cm～18 cm，道路改造后車站上方恒荷載變化不大，但施工中應注意合理選用施工機械，確保施工中車輛活荷載不超過20 kPa。

3.1 數值模擬計算假定

根據道路改造工程實際情況，數值模擬計算采用如下假定：

1)翡翠路綜合改造工程影響范圍內的車站、區間結構僅考慮正常使用工況，由于施工工期較短，不考慮人防、地震等偶然荷載。

2)計算前提為管道基坑施工處于正常良好的控制條件下。

3)涉及的車站、區間結構使用的混凝土假定為連續、均質、各向同性的彈性材料，采用修正摩爾-庫侖本構模型進行計算。

4)本工程基坑施工時間較短，數值模擬未考慮土體長期性態的影響，忽略了土體的固結和蠕變等因素。

5)不考慮土體的構造應力，總重應力是唯一的初始地應力。

6)基坑周邊地面超載考慮為20 kN/m2。

3.2 模型結構

采用Midas NX軟件建立模型，模型為2D鋼板樁+內支撐支護基坑模型，模型的整體尺寸為：x方向64 m，z方向40 m。基坑深度為5 m，基坑寬度8.35 m，基坑分兩層開挖，開挖深度分別是1 m，5 m。基坑支護采用樁+內支撐的復合支護形式，采用一道雙拼槽鋼支撐，設置在開挖深度1 m。

芙蓉路地鐵站以及道路改造工程的基本結構如圖1所示。

二維數值模擬計算模型如圖2所示。

3.3 模型計算

構造二維計算模型后，分別對道路改造工程基坑開挖至1 m和5 m時對芙蓉地鐵站產生的變形進行計算。計算結果如圖3～圖8所示。

經計算，翡翠路道路改造工程基坑開挖對芙蓉路地鐵站主體結構的附加最大變形如表1所示。

表1 地鐵主體結構最大變形

根據以上計算結果可知，在開挖階段，當開挖至基坑底時，車站位移滿足明挖法車站豎向及水平位移不大于5 mm要求。當開挖至基坑底時，車站底板相鄰兩點間差異沉降為2.0 mm，小于規范要求的4 mm限值，滿足規范要求。軌道最大豎向位移2.78 mm，最大水平位移0.56 mm均小于規范要求的4 mm限值，滿足規范要求。由此可知，該道路工程在改造施工過程中對臨近地鐵產生的變形影響較小，符合規范要求，不會對地鐵安全運行產生不良影響。

4 結語

對合肥市翡翠路道路綜合改造工程進行數值模擬計算，結果顯示，道路基坑開挖至地下1 m和5 m時，引起車站結構產生的最大豎向位移和最大水平位移均小于5 mm限值，滿足規范要求；基坑開挖至坑底引起車站結構的差異沉降、軌道最大豎向位移以及軌道最大水平位移均小于4 mm限值，滿足規范要求。