轨道交通明挖隧道工程设计摘 要:结合工程概况,介绍了工程设计技术及创新要点,通过对结构受力、现场情况的分析和研究,对基坑和主体结构的设计进行了阐述,工程实践表明,收到了良好的施工效果,可为以后的同类工程提供数据和经验。关键词:明挖隧道,基坑,主体结构,配筋设计1 工程概况 本明挖隧道工程呈南北走向,隧道两端与盾构段相连。地理位置在广州市番禺区榄塘村和东沙村一带,地形开阔平坦,多为果园、农田、菜地、水塘。起讫里程为:YDK21+887~YDK23+278,隧道长1391m,存车线长264m,隧道单线总长3046m,总建筑面积约17800m2。 本工程采用明挖隧道法施工,隧道埋深在3.0m~7.0m之间。线路最大纵坡10‰,最小纵坡2‰。线间距为7.789m→5.0m→11.864m变化。本工程线路变化频繁,隧道附属设施较多。2 工程设计技术及创新要点 1)地铁区间隧道与新光快速路工程结合建设,减少工程投资。由于待建设的新光快速路是番禺区南北走向60m宽的城市快速主干道,地铁三号线汉市区间隧道沿此道路,地铁工程充分利用新光路的红线范围作为工程用地和施工用地。这样两项工程同用一块地,地铁工程节约施工用地约2.8万m2,并实行统一征地减少较多征地、借地的繁琐过程,争取施工工期。在地铁隧道施工完毕后按路基要求及标高回填土方,减少了路基施工对隧道结构造成的影响。线路设计时结合路面标高,合理调整隧道纵剖面设计,考虑隧道覆土控制在2.5m~4.5m之间,有效地控制外荷载,使主体结构断面更合理,降低工程造价。 2)隧道基坑采用放坡大开挖,部分采用搅拌桩加固或土钉支护,取得了良好的经济效益。隧道所经之地多为果园、农田、菜地、鱼塘,基坑边只有少量三层、四层的民房,且地铁区间隧道与新光快速路合建,因此给放坡开挖提供了充足的施工用地。在基坑南端地段受用地、邻近构筑物的影响采用了土钉墙支护。此方案比同等条件下采用Φ1.0m钻孔桩加内支撑围护减少工程投资约980万元。 3)区间线路复杂,隧道附属结构多。由于从汉溪站到市桥站区间总长为6km多,行车速度为100km/h~120km/h,除长1.3km明挖段,其余均为盾构法隧道。明挖段中部左线外侧设置了约260m长的临时存车线,在存车线起、终点处设置了左右线单渡线,还有地铁区间必要的附属结构:轨排井、联络通道、水泵房、废水池、风机房、跟随所等。 4)首次采用土建结构断面扩大、渐变作卸压,解决减弱压力变化率,满足了运营要求,提高了乘坐的舒适度。由于单渡线及存车线设置,出现多个左右线互通的大断面,通风系统模拟计算显示,若不对压力突变的地点进行特别处理,列车高速通过中间风井时车头的最高压力变化率将达到990Pa,车尾的压力变化率也将达到640Pa,这已经大大超出了标准要求,压力变化率过高将导致乘客耳膜产生刺痛不适感觉。通过分析压力变化率,在存在压力突变的隧道段对卸压方案进行比较。综合运营、经济、施工各方面的优缺点,采用在突变点后100m隧道段断面扩大、渐变的卸压方案,即结构断面的净宽度及净高度沿隧道纵向渐变,此方案增加土建设计及施工难度,但运营安全性较高,将为以后的地铁运营节省成本。行车速度不受影响,为今后类似工程提供了可借鉴的范例。 5)为满足隧道功能要求,隧道主体结构断面变化频繁、复杂多样,按形式、尺寸等共分有15种断面。分别对每种断面进行断面设计、配筋设计,针对隧道不同地段,满足隧道限界、功能要求的前提下精心设计,设计最经济的结构断面,控制工程量。 6)本着“安全、实用、经济、高效”的原则,遵循以人为本,技术创新的设计理念,利用广州地铁总公司丰富的建设与运营经验,指导本工程的设计和建设。本项目土建工程承包合同价为6129万元,隧道单线总长为3046.71m,单线延米为2.012万元。
3 基坑设计 本明挖段所经之地均为农田、果园,地势开阔而平坦。施工期间对地面沉降要求不严,基坑采用分级放坡开挖方案。 1)设计标准:基坑侧壁安全等级为二级,重要性系数取1.0基坑边坡抗倾覆稳定系数不小于1.3,抗滑移系数不小于1.3;基坑边坡最大水平位移不大于0.4%H,且不大于50mm;地面最大沉降不大于0.3%H(H为基坑深度)。荷载取值:水土自重及附加荷载;地面超载为20kN/m2。砂性土采用水土分算,其余土层采用水土合算。 2)隧道基坑深为9m~15m,1∶1分三级放坡,每一坡高控制在5.0m之内。坡面用纵横间距2.5m的Φ16钢钎钉挂网距250mm的Φ6.5钢筋网,喷射100mm厚的C15混凝土护面,并设纵横间距2.5m的Φ50泄水管。 3)对于软弱土层边坡地段,在基坑开挖前,采用纵横间距为1m的Φ500搅拌桩,预先加固地层。同时对地下水发育地段用相互咬合150mm的Φ500搅拌桩作止水帷幕,边坡用纵横间距1m的Φ500搅拌桩加固地层,坡脚打Φ45(t=4)@500,L=2m的钢管桩一排,以保证基坑边坡的安全。 4)对特殊地段:端头盾构井及施工用地受限制的边坡采用了土钉墙支护,8m~12m长纵横间距1.5m的Φ28钢筋锚杆,土钉墙坡为65°~75°,坡面挂网、喷混凝土。 5)采用《理正深基坑支护结构设计软件F-SPW》进行局部抗拉设计、整体稳定设计、土钉设计。基坑计算结果见表1~表3。4 主体结构设计 本明挖段主体结构均为箱形框架结构,有单箱、双箱、三箱、四箱、五箱5种形式,按其结构尺寸大小分,结构断面共有15种之多,并且有不少的断面在宽度及高度上沿其长度方向还是不断有所变化的。4.1主体结构按平面框架进行受力分析、配筋设计主体结构断面汇总见表4。
4.2 主体结构的防水 结构防水设计所遵循原则:“以防为主、防排截堵相结合、因地制宜、综合治理。”明挖区间的隧道结构防水等级为二级;风机房、配电房的防水等级为一级。以结构自防水为重点,附加外防水层为辅,特别要处理好施工缝、变形缝的防水问题。 结构顶板及边墙采用自粘性改性沥青防水卷材、底板采用EVA防水卷材全外包防水。主体结构沿纵向长度每间隔12m左右设环向施工缝,每间隔60m左右设变形缝。5 结语 广州市轨道交通三号线汉溪站—市桥站区间明挖段隧道工程于2003年5月16日开工,于2005年1月31日完工,总工期为626d,于2006年顺利通过工程验收,并顺利移交建设单位,现广州三号线地铁已投入运营。 本明挖隧道设计主要根据工程的实际情况、场地条件和工程特点及难点等方面进行具体分析,遵循以人为本,技术创新的设计理念,对主体结构、基坑方案等方面进行合理的分析和设计,满足了工程的需要;在施工中,以信息化技术进行指导,克服了地质条件复杂、场地低洼、雨季施工、工期要求紧等不利因素,最终取得了成功,而且节省了建设成本,加快了建设速度,并为以后的地铁运营节省了成本。参考文献:[1]施仲衡.地下铁道设计与施工[M].西安:陕西科学技术出版社,1997.[2]DBJ/T15-20-97,建筑基坑支护工程技术规程[S].[3]GJB02-98,广州地区建筑基坑支护技术规定[S].
