與地鐵盾構（車站）相關的城市橋梁方案設計

謝 濤，王天翔

（上海浦東建筑設計研究院有限公司，上海市 201206）

0 引 言

隨著城市基礎建設的不斷發展，地下軌道交通與道路走向一致或交叉的情況非常普遍。當道路存在地面橋梁或道路上方建設高架橋梁時，由于需避讓軌道交通，橋梁總體布置方案會受到較大影響。

參照上海市十幾年來的實際工程案例可知，地鐵對于沉降要求較高，而城市橋梁在主要交通干道、大型交通樞紐等處，與地下空間需求的矛盾更加突出。在滿足軌道交通的安全要求和城市橋梁一般采用中小跨徑常規結構的前提下，怎樣科學、合規、合理和安全可行地利用地下、地上空間，合理布置橋梁橫斷面和樁基，以及合理選用上下部結構形式，在橋梁設計項目方案啟動時，是必須解決的問題。

1 城市橋梁樁基與地鐵盾構凈距的確定

根據《上海市軌道交通管理條例》（2021 年8 月25 日第五次修正通過）的要求，軌道交通應當設置安全保護區，在軌道交通安全保護區內進行打樁作業時，其作業方案應當經過市交通行政管理部門同意，并采取相應的安全防護措施。而城市橋梁樁基距離地鐵盾構及車站很近時，就要評估其對地鐵的影響，以保證地鐵結構安全，并為管理部門評估提供參考。

橋梁樁基在施工及運營時段內，均會產生一定的沉降。所以城市橋梁與地鐵盾構及車站平面距離較近時，由于橋梁樁基的沉降會對地鐵沉降產生影響，一般須保證其對地鐵附加沉降的影響小于20 mm，理論上應以具體項目的樁基布置形式、樁頂力、樁基與地鐵盾構之間的凈距、土體計算參數為依據進行具體的地鐵沉降驗算，以判定是否滿足地鐵的沉降要求。

例如，某新建橋梁橋位處，地鐵與該橋基本平行走向，該橋引橋、梯坡道設置有φ800 mm 鉆孔灌注樁，樁基均設置在運營的地鐵上下行盾構一側位置，盾構邊緣與鉆孔樁外壁之間的凈距為4.5 m（見圖1），地鐵盾構的埋深約為12.3～13.8 m。 經計算，地鐵盾構沉降值很小，僅7.2 mm，遠小于20 mm 的地鐵沉降要求（見圖2，圖中橫坐標為0 的位置表示盾構距樁基最近的點）。

圖1 地鐵盾構位置圖（單位：m）

圖2 盾構沉降示意圖

如果橋梁樁基距地鐵盾構較近，沉降計算結果不滿足要求，則針對地鐵沉降過大的情況，可以采取如下幾種措施：

（1）增長樁長，以減小主橋墩自身沉降及其對鄰近地鐵盾構的影響。

（2）調整樁基布置，增大樁基與地鐵之間的間距。

（3）減小群樁荷載。采取優化荷載計算，設置補償基礎等方式可以降低群樁荷載，即可減小群樁的自身沉降及其對周圍構筑物的影響。

（4）設置隔離樁保護措施。如果現場間距過小，這一措施實施起來會有一定困難。

（5）施工后期采用樁底注漿工藝應會進一步減小沉降量。

到目前為止，經過諸多項目的實踐及經驗總結，φ800 mm 鉆孔灌注樁在單樁承載力達250 t 左右，距地鐵盾構不小于3 m 時，施工現場監測到的地鐵盾構沉降值均能滿足要求，橋梁項目均得以順利實施。所以一般認為當橋梁樁基與地鐵之間的凈距滿足最小3 m 的要求時，即可初步認為樁基布置方案可行，可作為方案設計的設計原則。

2 與運營地鐵盾構走向基本一致的城市橋梁總體布置方案

2.1 城市高架橋梁

2.1.1 平面概況

這種運營地鐵盾構平面走向情況一般為：地鐵盾構基本位于道路設計紅線內或與紅線稍有出入，地鐵中線線位與道路設計中線不重合，并可能在道路設計中線左、中、右來回漂移。

2.1.2 橋梁設計的制約因素及控制標準

制約因素：（1）可布置橋梁墩柱的平面位置；（2）地鐵盾構與橋下地面道路的相對位置；（3）地鐵盾構與橋梁墩柱的相對位置；（4）橋梁墩柱下方可布置樁基的平面區域。

控制標準：（1）橋梁樁基與地鐵之間的凈距滿足最小3 m 的要求；（2）布置樁基的區域，可滿足布置設計要求的樁基數量。

2.1.3 橋梁總體布置設計步驟

在橋梁設計時，首要任務是初步確定可布置墩柱、樁基的平面位置，其次結合橋梁樁基布置形式，確定承臺、立柱、上部結構的總體布置。

2.1.4 橋梁的主要典型橫斷面布置形式

按上面所述，在保證樁基與地鐵盾構之間滿足3 m 凈距的要求下，同時兼顧地面道路布置樁基的條件，高架橋梁的主要典型布置形式（包括上、下部結構的方案）見圖3～圖7。

圖3 形式一斷面布置圖（單位：m）

圖4 形式二斷面布置圖（單位：m）

圖5 形式三斷面布置圖（單位：m）

圖6 形式四斷面布置圖（單位：m）

圖7 形式五斷面布置圖（單位：m）

圖3 所示形式（形式一）一般位于高架橋標準設計段，地鐵盾構全部偏在（主線）橋梁一側，道路中央分隔帶可布置墩柱。此形式下的橋梁方案為：樁基與地鐵盾構之間滿足3 m 凈距的前提下，橋梁上下部按橋梁標準段正常布置。

圖4 所示形式（形式二）一般位于高架橋標準設計段，地鐵盾構位于（主線）橋梁墩柱下方，道路中央分隔帶可布置墩柱但無法布置樁基。此形式下的橋梁方案為：橋梁下部結構按“地梁+ 承臺”方式跨越地鐵盾構，在盾構兩側布置樁基。

圖5 所示形式（形式三）一般是地鐵盾構位于中央分隔帶、機非道路分隔帶位置，道路中央分隔帶處寬度不足，無法布置墩柱；一側機非道路分隔帶下方無法布置樁基。此形式下的橋梁方案為：為避讓地鐵盾構，橋墩處橋梁上部采用外伸橫梁設計，墩柱布置在道路兩側。

圖6 所示形式（形式四）一般是地鐵盾構位于（主線+ 匝道）橋梁一側，道路中央分隔帶可布置墩柱及樁基，匝道墩柱下可布置單排樁。此形式下的橋梁方案為：道路分隔帶可布置主線及匝道墩柱，橋梁上部按標準段正常布置，下部結構設置地下橫梁，用以連接主線橋梁承臺與一側匝道承臺。

圖7 所示形式（形式五）一般是地鐵盾構位于（主線+ 匝道）橋梁兩側，道路中央分隔帶可布置墩柱及樁基，匝道墩柱下可布置樁基，但為保證橋梁樁基與地鐵盾構之間3 m 的凈距，主線及匝道樁基均偏在墩柱一側。此形式下的橋梁方案為：道路分隔帶可布置主線及匝道墩柱，橋梁上部按標準段正常布置，下部結構設置地下橫梁，用以連接主線橋梁承臺與兩側匝道承臺。

以上僅示意出現較多的幾種情況，不同的項目可能會有個別特殊情況出現，可參考上述布置原則作相應處理。

2.1.5 上部結構的選型

因地鐵盾構走向與橋梁基本一致，較多情況下可布置樁基的區域較小，樁基布置數量受到限制，因此一般情況下，上部結構可采用自重較小的鋼梁。而且鋼梁吊裝重量小，對地鐵的影響也相對較小。在樁基布置條件相對較好的情況下，也可考慮預制混凝土小箱梁，但不建議采用現澆混凝土梁。

2.2 地面跨河橋梁

基本概況為運營地鐵盾構與道路走向基本一致，在河道處下穿規劃河道，位于地面跨河橋梁下方。

因地鐵盾構位置無法布置樁基，所以橋臺需進行特殊設計。橋臺臺身、臺帽采用常規結構尺寸設計，一般縱橋向需布置3 排樁基，承臺縱橋向加長，以滿足樁基布置數量的需求，承臺厚度相應加大，一般在2 m 以上（見圖8）。橋臺的承臺部分橫橋向分塊布置見圖9。橋臺臺身根據樁基承臺橫橋向布置位置，計算后可采用鋼筋混凝土結構或預應力混凝土結構。

圖8 地面跨河橋梁立面圖（單位：mm）

圖9 地面跨河橋梁橋臺橫斷面（橋臺的承臺橫橋向分塊布置）（單位：mm）

3 地鐵車站上的城市橋梁方案

3.1 運營線路的地鐵車站上的橋梁方案

已運營（或已開始施工）的地鐵車站不能允許橋梁建設對其有影響，因此一般采用在保證安全距離的前提下（安全距離一般控制在橋梁樁基與地鐵車站之間的距離不小于3 m），橋梁跨越地鐵車站的方案設計。例如：橋梁橋面豎直投影與地鐵車站重疊，城市高架橋的樁基分布于車站兩側（見圖10），橋墩處上部結構采用外伸橫梁跨越地鐵車站（見圖11）。

圖10 地鐵車站平面圖（單位：m）

圖11 橋梁跨越地鐵車站橫斷面（單位：m）

外伸橫梁的跨度取決于地鐵車站的規模。當車站規模較大，平面結構尺寸較大時，外伸橫梁較長，對于地面上的景觀影響較大，此時可在外伸橫梁上設置綠化，或在外伸橫梁端部進行裝飾造型美化，以適當改善景觀效果。

總結：一般情況下，地鐵運營線路的車站位于道路紅線范圍內時，對橋墩的總體布置會產生較大影響，布置難度相對較大。在跨徑及樁基布置合理性、橋梁橫橋向結構布置合理性等方面，需反復比較后，在各方面處于相對合理的平衡點處，確定最優方案。

3.2 橋梁與處于設計階段（非運營）地鐵車站的結合設計

橋梁與在建地鐵車站在同一時段進行設計、施工時，在地鐵車站部分，由于地鐵車站的平面尺寸相對較大，在條件允許的情況下，可考慮以地鐵車站作為橋梁的基礎，見圖12。此時橋梁墩柱直接布置在車站結構的頂板橫梁或地下連續墻附近，地鐵設計單位需同時考慮橋梁墩柱傳遞的附加荷載進行地鐵車站的設計，必要時應對重要節點進行加強處理，見圖13。為防止車站縱向的不均勻變形和沉降，應對車站底板下壓縮性較大的土層進行高壓旋噴加固，并增加底板部分樁基以調整沉降。

圖12 城市橋梁與非運營地鐵車站結合設計立面圖（單位：mm）

圖13 城市橋梁與非運營地鐵車站結合設計斷面圖（單位：mm）

結合地鐵車站進行橋梁設計，可在很大程度上降低橋墩的布置難度，避免上部結構采用外伸橫梁設計，明顯提高橋梁結構設計方面的合理性。

同時也應注意到，結合地鐵車站進行橋梁設計時，需要橋梁設計單位與地鐵車站設計單位密切配合，共同確定合理的結合設計方案，保證雙方結構設計的安全性。

4 結 語

（1）到目前為止，經過諸多項目的實踐，一般認為城市橋梁樁基與地鐵之間的凈距滿足最小3 m 的要求時，即可初步認為橋梁樁基布置方案可行。因此，凈距3 m 可作為方案設計的設計原則。

（2）在城市橋梁臨近地鐵盾構、車站進行設計時，要初步確定可布置墩柱、樁基的平面位置，其次結合橋梁樁基布置方案，綜合運用上部結構外伸橫梁、地下橫梁、承臺分塊等結構形式，確定承臺、立柱、上部結構的總體布置方案。