已運行地鐵上方新建城市道路的設計技術要點

盧建

（江蘇森尚工程設計研究院有限公司，南京 210000）

1 引言

中國城市化進程已進入高速發展階段，尤其大城市市區土地開發高度集中，人口密度非常大，土地資源日益緊張，交通擁堵也成為常態。要解決這一問題還是要大力發展公共交通。軌道交通的建設是大城市公共交通的首選項，城市道路與地鐵共線建設無疑可以充分節約土地資源，而且方便軌道交通與公交的接駁，最大程度上發揮公共交通的效用。通常，地鐵實施的周期比較長，地鐵建成后再建上方市政設施的情況也比較常見，其設計方案、施工措施會對地鐵結構安全造成一定影響，直接關系到人民群眾的生命安全[1]。本文就某已運行地鐵上新建城市道路工程為例，介紹了該工程設計及施工過程中需要關注的技術問題。

2 工程概況

2.1 工程規模

本項目為城市主干路，全長2 051 m，紅線寬45 m，設計速度為50 km/h，道路正下方為已經運行的地鐵線，在本次實施的路段起點處有一個站點。建設內容主要包括：道路工程、橋涵工程、排水工程、管廊工程、交安工程以及景觀工程等相關內容。

2.2 道路與地鐵的豎向關系

道路位于地鐵線正上方，設計路面距地鐵隧道頂部距離為9.6～20.3 m，橫向上距地鐵隧道最近的雨水管道與隧道凈距為9.6 m，道路、管線與地鐵相對位置關系如圖1 所示。

圖1 道路、管線與地鐵相對位置關系圖

3 地質條件

沿線土層分布如下：①1雜填土、①2素填土、②1粉質黏土、②2淤泥質粉質黏土、②2A中粗砂夾粉質黏土、②3粉質黏土、③1粉質黏土、③3粉質黏土、④圓礫、⑤1強風化砂巖、⑤2A中風化泥質砂巖、⑤2中風化砂巖。

地鐵隧道基本上位于⑤1～⑤2強風化砂巖、中風化砂巖中，僅一小段落約50 m 長位于②2淤泥質粉質黏土中。

4 已運行地鐵線路上新建道路設計技術要點

4.1 地鐵運行狀況的監測

道路方案設計前需要掌握地鐵的運行的監測數據，若監測發現有超標情況，需要先進行加固和修復處理。該段地鐵自2017 年1 月投入運營以來，區間隧道永久性監測一直處于工作狀態，監測項目包括：隧道收斂變形、沉降等。根據對運營期間最近的監測數據梳理，在本工程影響范圍內隧道收斂變形均遠小于50 mm，收斂值較小。本區間下行線有最大累計沉降-1.0 mm，最大隆起1.1 mm，沉降速率0.011。根據以上地鐵永久性監測數據分析，該區間結構及線路目前處于安全狀態，沉降和收斂變形基本穩定。

4.2 道路設計方案安全評價

道路設計方案需要提交有地鐵設計資質的單位對地鐵結構進行安全評估，制定相關控制標準。在計算分析及評估結果的基礎上進一步完善設計方案，方案中必須包含地鐵保護的專項設計。施工單位根據設計圖紙制訂相應的施工方案，設計方案及施工方案均需要經地鐵部門組織的專家評審，以滿足地鐵結構變形控制要求，確保地鐵安全運行。

4.3 淺挖段設計方案

本項目起點有一處地鐵站，經對站點設計圖進行校核，地鐵站頂板至道路設計標高最小距離僅1.64 m。根據安評要求站點頂部路基換填不大于1 m，結構頂應保留至少50 cm 保護層，防止損壞防水層。該段路基設計將路床厚度最小降至40 cm，采取水泥穩定土替換正常路段的石灰穩定土，提高路床承載能力，路槽底部增加了一層5%水泥原槽翻拌處理。施工期間嚴格控制地面施工荷載，選用小型施工機械，避免使用大型運輸車、施工機械等，路基采用靜壓碾壓，避免震動對地鐵結構及站內設備產生不利影響。采用上述措施后，既保證了地鐵安全，也保證了路基及路面壓實度、彎沉指標等滿足設計要求。

4.4 高填方設計方案

本項目道路設計路基填高3.6～4.5 m，按照安評單位意見，道路施工過程中路基填方附加荷載不能超過60 kPa。本次對于高填方路段的路基進行了特殊設計，路基底采用50 cm碎石墊層，10 cm C20 墊層，C20 墊層中設置φ8 mm 鋼筋網。然后分層鋪筑泡沫混凝土路床，每層最大厚度不超過60 cm，在層間鋪設φ6 mm 鋼筋網，泡沫混凝土密度控制不大于600 kg/m3，28 d 抗壓強度不小于0.8 MPa[2]。前后兩側與一般路堤搭接處設置過渡層，采用臺階式銜接，臺階高度0.5～1 m，坡比1∶1，如圖2 所示。經過這樣處理后，路基填方附加荷載滿足安評要求，路基工后沉降也滿足規范要求。隧道上方道路工程施工在本工程影響區段內管片最大沉降2.211 mm，最大收斂變形0.105 mm，滿足規范要求。

圖2 泡沫混凝土路基設計圖

4.5 管廊設計方案

在道路的南側綠帶下方設計有纜線管廊，管廊采用單艙型，斷面尺寸2.3 m×2.15 m，主體結構安全等級為一級，抗震設防烈度為7 度，管廊標準段頂部覆土0.5 m，管廊與地鐵隧洞最小凈距16 m，入廊管線包括12～16 回10 kV 電力電纜和24 孔通信管道。本段管廊基本均位于③層粉質黏土層，土質較好，管廊基坑開挖深度在2.6～2.8 m，基坑深度相對較小。基坑均采用放坡開挖，坡率1∶0.5，坡面掛網噴漿防護，放坡坡頂距離地鐵隧道距離控制在13～16 m 左右，符合地鐵施工安全凈距要求。

4.6 橋涵的處理

道路沿線跨越兩條規劃河道，設計對橋梁和箱涵方案進行了比選，如圖3 和圖4 所示，采用橋梁方案，樁基與地鐵隧道凈距僅2 m，樁基施工過程中風險很大，經專家評審一致意見采用箱涵方案。

圖3 箱涵立面圖

圖4 橋梁立面圖

道路沿線有兩座箱涵，1 號箱涵基礎底面標高9.98 m，處于粉質黏土層和中風化泥質砂巖層，地基承載力特征值Fak分別為210 kPa 和280 kPa，均大于180 kPa，無須進行地基處理。2 號箱涵基礎位于②2淤泥質粉質黏土中，承載能力不能滿足設計要求，需要進行地基加固處理。同時，考慮到箱涵施工時基坑開挖卸載造成的隧道上浮風險，也必須對該段地基進行加固處理。設計采用水泥攪拌樁處理，處理后的復合地基承載能力特征值不小于180 kPa。另外，為減小基坑開挖時集中卸載的影響，53 m 箱涵分4 段延地鐵中心線兩側對稱施工，每一層的挖土深度最大不得超過2.5 m，在上一層土方挖完后間隔不少于5 d 方可開挖下一層土方，同時分段處上下兩層土需放坡留臺階，坡度不大于1∶2，土方開挖以“盆式開挖”的原則，先開挖中部土方，后分塊開挖周邊土方，開挖一段完成一段后再開挖下一段。邊坡支護的設計上，為避免打樁的振動，采用了格柵式水泥土樁擋土墻，攪拌樁直徑600 mm，基坑深度5.8 m，嵌入深度8.1 m，如圖5 所示。擋土墻經整體穩定性驗算、抗隆起驗算、抗傾覆驗算、抗滑移驗算均滿足規范中一級基坑的要求。據Midas GTS NX 計算分析結果，隧道上方橋涵工程1 號箱涵施工在本工程影響區段內管片最大上浮0.472 mm，最大收斂變形0.013 7 mm，滿足規范要求；隧道上方橋涵工程2 號箱涵施工在本工程影響區段內管片最大上浮0.189 mm，最大收斂變形0.121 mm，滿足規范要求。地基加固、擋土墻、基坑開挖及箱涵施工期間加強了對既有區間隧道的監測，未發現隧道變形超預警值。

圖5 箱涵地基處理及邊坡防護設計圖

4.7 施工全過程監測

建設單位委托專業單位在道路施工全過程中對區間管片沉降、收斂變形進行全過程全自動監測，信息化指導開挖、回填、碾壓等施工作業。隧道上方及兩側路基回填（開挖）時采用分層、分段對稱填土（開挖）施工，其中鄰近地鐵區域土方開挖分塊、間隔進行。當隧道變形、沉降到達報警值時，立即通知相關單位，采取相應的合理措施予以控制。對管片收斂變形超過60 mm 的區間采用微擾動注漿加固處理，對收斂變形超過80 mm 的管片需采用鋼環加固處理。對于管片裂縫接近0.2 mm 的，應加強對地鐵區間隧道襯砌的監測，掌握裂縫變形情況，對出現的裂縫及時進行處理，防止裂縫繼續發展，影響襯砌結構的穩定性[3]。對于部分管片存在滲漏水的現象，及時采用環氧砂漿對滲漏水處進行封堵修復。監測持續至項目施工結束后3 個月或直至既有地鐵結構變形穩定。

5 結語

本文通過在已運行的地鐵上方新建城市道路的工程實例，分析了涉鐵道路設計過程中應注意的技術問題。首先，需要掌握已運行地鐵的隧道安全監測情況，有問題先修復加固；其次，設計方案需要充分考慮對地鐵結構安全的保護，方案需經專業單位進行安全評價及專家評審通過；最后，對于淺挖、高填方以及橋涵構筑物需要進行特殊設計，以滿足對地鐵隧道結構安全保護的要求。希望此案例對類似工程設計具有一定的借鑒意義。