軌道交通明挖隧道工程設計摘 要:結合工程概況,介紹了工程設計技術及創(chuàng)新要點,通過對結構受力、現場情況的分析和研究,對基坑和主體結構的設計進行了闡述,工程實踐表明,收到了良好的施工效果,可為以后的同類工程提供數據和經驗。關鍵詞:明挖隧道,基坑,主體結構,配筋設計1 工程概況 本明挖隧道工程呈南北走向,隧道兩端與盾構段相連。地理位置在廣州市番禺區(qū)欖塘村和東沙村一帶,地形開闊平坦,多為果園、農田、菜地、水塘。起訖里程為:YDK21+887~YDK23+278,隧道長1391m,存車線長264m,隧道單線總長3046m,總建筑面積約17800m2。 本工程采用明挖隧道法施工,隧道埋深在3.0m~7.0m之間。線路最大縱坡10‰,最小縱坡2‰。線間距為7.789m→5.0m→11.864m變化。本工程線路變化頻繁,隧道附屬設施較多。2 工程設計技術及創(chuàng)新要點 1)地鐵區(qū)間隧道與新光快速路工程結合建設,減少工程投資。由于待建設的新光快速路是番禺區(qū)南北走向60m寬的城市快速主干道,地鐵三號線漢市區(qū)間隧道沿此道路,地鐵工程充分利用新光路的紅線范圍作為工程用地和施工用地。這樣兩項工程同用一塊地,地鐵工程節(jié)約施工用地約2.8萬m2,并實行統(tǒng)一征地減少較多征地、借地的繁瑣過程,爭取施工工期。在地鐵隧道施工完畢后按路基要求及標高回填土方,減少了路基施工對隧道結構造成的影響。線路設計時結合路面標高,合理調整隧道縱剖面設計,考慮隧道覆土控制在2.5m~4.5m之間,有效地控制外荷載,使主體結構斷面更合理,降低工程造價。 2)隧道基坑采用放坡大開挖,部分采用攪拌樁加固或土釘支護,取得了良好的經濟效益。隧道所經之地多為果園、農田、菜地、魚塘,基坑邊只有少量三層、四層的民房,且地鐵區(qū)間隧道與新光快速路合建,因此給放坡開挖提供了充足的施工用地。在基坑南端地段受用地、鄰近構筑物的影響采用了土釘墻支護。此方案比同等條件下采用Φ1.0m鉆孔樁加內支撐圍護減少工程投資約980萬元。 3)區(qū)間線路復雜,隧道附屬結構多。由于從漢溪站到市橋站區(qū)間總長為6km多,行車速度為100km/h~120km/h,除長1.3km明挖段,其余均為盾構法隧道。明挖段中部左線外側設置了約260m長的臨時存車線,在存車線起、終點處設置了左右線單渡線,還有地鐵區(qū)間必要的附屬結構:軌排井、聯絡通道、水泵房、廢水池、風機房、跟隨所等。 4)首次采用土建結構斷面擴大、漸變作卸壓,解決減弱壓力變化率,滿足了運營要求,提高了乘坐的舒適度。由于單渡線及存車線設置,出現多個左右線互通的大斷面,通風系統(tǒng)模擬計算顯示,若不對壓力突變的地點進行特別處理,列車高速通過中間風井時車頭的最高壓力變化率將達到990Pa,車尾的壓力變化率也將達到640Pa,這已經大大超出了標準要求,壓力變化率過高將導致乘客耳膜產生刺痛不適感覺。通過分析壓力變化率,在存在壓力突變的隧道段對卸壓方案進行比較。綜合運營、經濟、施工各方面的優(yōu)缺點,采用在突變點后100m隧道段斷面擴大、漸變的卸壓方案,即結構斷面的凈寬度及凈高度沿隧道縱向漸變,此方案增加土建設計及施工難度,但運營安全性較高,將為以后的地鐵運營節(jié)省成本。行車速度不受影響,為今后類似工程提供了可借鑒的范例。 5)為滿足隧道功能要求,隧道主體結構斷面變化頻繁、復雜多樣,按形式、尺寸等共分有15種斷面。分別對每種斷面進行斷面設計、配筋設計,針對隧道不同地段,滿足隧道限界、功能要求的前提下精心設計,設計最經濟的結構斷面,控制工程量。 6)本著“安全、實用、經濟、高效”的原則,遵循以人為本,技術創(chuàng)新的設計理念,利用廣州地鐵總公司豐富的建設與運營經驗,指導本工程的設計和建設。本項目土建工程承包合同價為6129萬元,隧道單線總長為3046.71m,單線延米為2.012萬元。
3 基坑設計 本明挖段所經之地均為農田、果園,地勢開闊而平坦。施工期間對地面沉降要求不嚴,基坑采用分級放坡開挖方案。 1)設計標準:基坑側壁安全等級為二級,重要性系數取1.0基坑邊坡抗傾覆穩(wěn)定系數不小于1.3,抗滑移系數不小于1.3;基坑邊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為基坑深度)。荷載取值:水土自重及附加荷載;地面超載為20kN/m2。砂性土采用水土分算,其余土層采用水土合算。 2)隧道基坑深為9m~15m,1∶1分三級放坡,每一坡高控制在5.0m之內。坡面用縱橫間距2.5m的Φ16鋼釬釘掛網距250mm的Φ6.5鋼筋網,噴射100mm厚的C15混凝土護面,并設縱橫間距2.5m的Φ50泄水管。 3)對于軟弱土層邊坡地段,在基坑開挖前,采用縱橫間距為1m的Φ500攪拌樁,預先加固地層。同時對地下水發(fā)育地段用相互咬合150mm的Φ500攪拌樁作止水帷幕,邊坡用縱橫間距1m的Φ500攪拌樁加固地層,坡腳打Φ45(t=4)@500,L=2m的鋼管樁一排,以保證基坑邊坡的安全。 4)對特殊地段:端頭盾構井及施工用地受限制的邊坡采用了土釘墻支護,8m~12m長縱橫間距1.5m的Φ28鋼筋錨桿,土釘墻坡為65°~75°,坡面掛網、噴混凝土。 5)采用《理正深基坑支護結構設計軟件F-SPW》進行局部抗拉設計、整體穩(wěn)定設計、土釘設計。基坑計算結果見表1~表3。4 主體結構設計 本明挖段主體結構均為箱形框架結構,有單箱、雙箱、三箱、四箱、五箱5種形式,按其結構尺寸大小分,結構斷面共有15種之多,并且有不少的斷面在寬度及高度上沿其長度方向還是不斷有所變化的。4.1主體結構按平面框架進行受力分析、配筋設計主體結構斷面匯總見表4。4.2 主體結構的防水 結構防水設計所遵循原則:“以防為主、防排截堵相結合、因地制宜、綜合治理。”明挖區(qū)間的隧道結構防水等級為二級;風機房、配電房的防水等級為一級。以結構自防水為重點,附加外防水層為輔,特別要處理好施工縫、變形縫的防水問題。 結構頂板及邊墻采用自粘性改性瀝青防水卷材、底板采用EVA防水卷材全外包防水。主體結構沿縱向長度每間隔12m左右設環(huán)向施工縫,每間隔60m左右設變形縫。5 結語 廣州市軌道交通三號線漢溪站—市橋站區(qū)間明挖段隧道工程于2003年5月16日開工,于2005年1月31日完工,總工期為626d,于2006年順利通過工程驗收,并順利移交建設單位,現廣州三號線地鐵已投入運營。 本明挖隧道設計主要根據工程的實際情況、場地條件和工程特點及難點等方面進行具體分析,遵循以人為本,技術創(chuàng)新的設計理念,對主體結構、基坑方案等方面進行合理的分析和設計,滿足了工程的需要;在施工中,以信息化技術進行指導,克服了地質條件復雜、場地低洼、雨季施工、工期要求緊等不利因素,最終取得了成功,而且節(jié)省了建設成本,加快了建設速度,并為以后的地鐵運營節(jié)省了成本。參考文獻:[1]施仲衡.地下鐵道設計與施工[M].西安:陜西科學技術出版社,1997.[2]DBJ/T15-20-97,建筑基坑支護工程技術規(guī)程[S].[3]GJB02-98,廣州地區(qū)建筑基坑支護技術規(guī)定[S].
3 基坑設計 本明挖段所經之地均為農田、果園,地勢開闊而平坦。施工期間對地面沉降要求不嚴,基坑采用分級放坡開挖方案。 1)設計標準:基坑側壁安全等級為二級,重要性系數取1.0基坑邊坡抗傾覆穩(wěn)定系數不小于1.3,抗滑移系數不小于1.3;基坑邊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為基坑深度)。荷載取值:水土自重及附加荷載;地面超載為20kN/m2。砂性土采用水土分算,其余土層采用水土合算。 2)隧道基坑深為9m~15m,1∶1分三級放坡,每一坡高控制在5.0m之內。坡面用縱橫間距2.5m的Φ16鋼釬釘掛網距250mm的Φ6.5鋼筋網,噴射100mm厚的C15混凝土護面,并設縱橫間距2.5m的Φ50泄水管。 3)對于軟弱土層邊坡地段,在基坑開挖前,采用縱橫間距為1m的Φ500攪拌樁,預先加固地層。同時對地下水發(fā)育地段用相互咬合150mm的Φ500攪拌樁作止水帷幕,邊坡用縱橫間距1m的Φ500攪拌樁加固地層,坡腳打Φ45(t=4)@500,L=2m的鋼管樁一排,以保證基坑邊坡的安全。 4)對特殊地段:端頭盾構井及施工用地受限制的邊坡采用了土釘墻支護,8m~12m長縱橫間距1.5m的Φ28鋼筋錨桿,土釘墻坡為65°~75°,坡面掛網、噴混凝土。 5)采用《理正深基坑支護結構設計軟件F-SPW》進行局部抗拉設計、整體穩(wěn)定設計、土釘設計。基坑計算結果見表1~表3。4 主體結構設計 本明挖段主體結構均為箱形框架結構,有單箱、雙箱、三箱、四箱、五箱5種形式,按其結構尺寸大小分,結構斷面共有15種之多,并且有不少的斷面在寬度及高度上沿其長度方向還是不斷有所變化的。4.1主體結構按平面框架進行受力分析、配筋設計主體結構斷面匯總見表4。4.2 主體結構的防水 結構防水設計所遵循原則:“以防為主、防排截堵相結合、因地制宜、綜合治理。”明挖區(qū)間的隧道結構防水等級為二級;風機房、配電房的防水等級為一級。以結構自防水為重點,附加外防水層為輔,特別要處理好施工縫、變形縫的防水問題。 結構頂板及邊墻采用自粘性改性瀝青防水卷材、底板采用EVA防水卷材全外包防水。主體結構沿縱向長度每間隔12m左右設環(huán)向施工縫,每間隔60m左右設變形縫。5 結語 廣州市軌道交通三號線漢溪站—市橋站區(qū)間明挖段隧道工程于2003年5月16日開工,于2005年1月31日完工,總工期為626d,于2006年順利通過工程驗收,并順利移交建設單位,現廣州三號線地鐵已投入運營。 本明挖隧道設計主要根據工程的實際情況、場地條件和工程特點及難點等方面進行具體分析,遵循以人為本,技術創(chuàng)新的設計理念,對主體結構、基坑方案等方面進行合理的分析和設計,滿足了工程的需要;在施工中,以信息化技術進行指導,克服了地質條件復雜、場地低洼、雨季施工、工期要求緊等不利因素,最終取得了成功,而且節(jié)省了建設成本,加快了建設速度,并為以后的地鐵運營節(jié)省了成本。參考文獻:[1]施仲衡.地下鐵道設計與施工[M].西安:陜西科學技術出版社,1997.[2]DBJ/T15-20-97,建筑基坑支護工程技術規(guī)程[S].[3]GJB02-98,廣州地區(qū)建筑基坑支護技術規(guī)定[S].
