地鐵隧道在頂進式公鐵立交橋下通過時技術處理的分析和探討摘 要：以北京市南中軸路下穿京山鐵路立交工程建設為例，就地鐵隧道在頂進式公鐵立交橋下通過時的幾個主要技術問題加以論述。這是目前北京市遇到的首座在新建公鐵立交橋下預留地鐵穿越條件的工程，對今后類似工程的建設有重要的示范和借鑒作用。關鍵詞：地鐵；隧道；立交橋；技術處理 近年來，城市交通問題一直是社會各界普遍關注的一個熱點問題。北京市提出了按照高速公路系統、城市快速道路和主干道系統、城區路網加密系統三大系統，同時加快地鐵、城市鐵路建設的思路，全盤考慮，統一規劃，以解決首都道路交通擁堵問題。在工作實踐中，遇到地鐵與公鐵立交橋交叉建設的問題，為使近遠期工程互相配合協調建設，發揮社會和投資的最佳效益，本文以北京市南中軸路下穿京山鐵路立交工程建設為例，就地鐵隧道在頂進式公鐵立交橋下通過時的幾個主要技術問題加以論述。 北京市南中軸路下穿京山鐵路立交工程，位于北京南站東部，緊鄰永定門外大街，為規劃的南中軸路道路工程的一部分。擬建立交橋下穿京山上行線、京山下行線、到發線、安全線以及規劃的京津城際客運專線等。按照北京市2030年地鐵遠期規劃，地鐵8號線將由本立交橋下穿越，地鐵隧道的中線大致與本立交橋軸線平行。 南中軸路市政工程是北京市重點工程，而下穿京山鐵路立交橋又是重點工程中的重點建設項目。該立交橋規模為（17.5 m+20.0 m+20.0 m+17.5 m）四孔連續鋼筋混凝土框構橋。其主要設計尺寸：使用凈高4.5 m，結構凈高5.4 m，全高7.9 m；頂板、中墻厚度為1.2 m，邊墻厚度、底板厚度為1.3 m；框構橋沿道路方向長度為33.273 m，沿鐵路線路方向總寬度為81.2 m，南中軸路中線與鐵路京山線下行線角為81o。設計計算頂力約為250 MN。經檢索，無論規模或計算頂力，本立交橋目前在國內同類工程中均居首位。 由于后期建設的地鐵8號線于本立交橋下通過，當地鐵隧道施工引起其上覆土沉降時，對已投入運營的立交橋會造成什么樣的影響、如何將此影響控制到最小程度，給本立交橋設計提出了一個新的課題。 在本立交橋的前期工作中，本著“安全第一，統籌考慮，確保質量”的原則，在保證鐵路運輸安全的同時，綜合考慮市政道路建設和遠期地鐵8號線建設的因素，力求達到鐵路、市政道路、地鐵綜合經濟效益和社會效益盡可能最優，重點研究了以下幾個主要技術問題。1南中軸路立交橋采用整體結構設計方案 結構設計考慮了兩個方案：分體結構方案和整體結構方案。南中軸路立交橋的設計對施工方案的選擇不僅有重要影響，而且對其下將要修建的地鐵8號線區間隧道的設計和施工也有很大影響。 分體結構方案是把立交橋設計為四個獨立的單孔框架，其兩側為1～17.5 m，中部為2×(1～20.0)m，采用分箱并列頂進。 四孔整體結構方案是把立交橋設計為（17.5 m+20.0 m+20.0 m+17.5m）四孔連續結構，采用一次頂入法頂進。 對上述兩個方案進行了以下分析比較：在施工方面，立交橋按分體設計后，單孔框構的自重與整體結構相比減少了很多，在施工時便于頂進，頂進就位后若發生地層不均勻沉降對結構是有利的。但是分箱頂進會延長頂進施工時間，頂進施工中高程和方向控制難度大、要求高，且四個箱體組合時各自的施工誤差不易統一，極可能會造成外觀的永久缺陷。采用整體結構一次頂進則不存在上述問題，但整體連續結構，由于立交橋的規模大、體量大、頂力大，需要大量的頂進設備，施工會存在一定的技術難度。 從遠期地鐵隧道施工的安全方面看，由于整體結構的總寬度和體量比隧道寬度和體量大得多，在一個大型結構的保護下，地鐵隧道開挖顯然比在分體結構下安全得多。 從該立交橋對地基的壓應力的分析來看，采用整體結構時壓應力小，頂進變化小，有效地將地基壓應力降到最小；而采用分體結構時壓應力大，頂進變化大。 由于四孔整體連續立交橋橫截面面積及剛度與下面的地鐵隧道橫截面面積及剛度相比，相差很大，整體立交橋先于地鐵8號線施工時，建成的整體立交橋對地鐵隧道結構起到了保護作用。同時，進行整體連續立交橋的設計時，框構橋底板的厚度取1.3 m，比立交橋下沒有考慮地鐵穿越情況時的厚度1.2 m增加了0.1 m，框構橋底板的剛度增大。 經分析比較，立交橋采用整體結構形式優于分體結構，做成四孔整體式對結構的穩定及安全是有利的，因而確定采用整體結構方案。2不同覆土厚度條件下地鐵施工引起地層下沉對立交橋結構的影響 為了保證地鐵8號線在南中軸路立交橋下安全穿越，同時不影響該立交橋的正常使用及上部既有鐵路的運營安全，地鐵隧道的最小覆土厚度應依據工程地質水文條件、施工方法、開挖斷面大小等因素的不同而異。同時，覆土厚度對地鐵施工作業效率、施工成本和建成后地鐵線路的縱坡以及長期運營成本的影響很大。因此，地鐵隧道的最小覆土厚度宜在保證鐵路運輸安全和地鐵運營安全的情況下，將覆土厚度盡量減小。 由于地鐵8號線在已經運營的立交橋下通過，在施工時覆土的下沉必然造成立交橋結構的垂直位移而引起有異于正常設計條件下的內力。為了在地鐵施工時確保本立交橋結構的安全，設計時必須預先考慮上述因素。這是本立交橋采取預先保護的有效方法，同時也可為今后地鐵8號線通過本立交橋區段的設計和施工提供必要的依據。 為解決這個問題，北京交通大學土建學院就地鐵隧道在不同的覆土厚度下開挖造成土體沉降時，對其上的框架結構產生變形的影響進行了分析研究。 研究結果表明，當兩個寬度為6 m的單線隧道在框架結構中部兩孔的跨中通過時，不同的覆土厚度造成結構底板的垂直變位情況如表1所示。
由表中數字可以看出，隨著覆土厚度的增加，所引起上方立交橋結構的垂直變位隨之減小。在覆土厚度由6 m增加到7 m時，變位減小較明顯。考慮到結構承載能力應具有必要的儲備，本立交橋覆土厚度應在7 m以上。 把7 m覆土時的變位值作為主力進行立交橋結構分析和結構配筋的設計，這樣在地鐵隧道開挖時可以保證立交橋的結構安全。3對遠期地鐵8號線下穿南中軸立交橋時設計和施工的技術要求 在中軸路立交橋的結構設計中，考慮了地鐵8號線施工的因素，但是在內力分析中只考慮了一些特定的條件。為保證立交橋的安全，在地鐵8號線下穿本立交橋地段的設計和施工時，應考慮以下技術要求。 （1）下穿立交橋的地鐵區間隧道應采取兩個平行單洞形式，每個單洞分別設于中部兩孔的跨中部位。 （2）隧道開挖面的頂部至立交橋底板底的距離應結合路段縱斷面考慮，一般不宜小于8 m，在困難條件下亦不應小于7 m；開挖時上部覆土的沉降量控制在30 mm以內。 （3）隧道開挖施工時應對隧道頂部至立交橋底板范圍的土體采取固化措施，兩個隧道開挖不宜齊頭并進，應前后錯開一定距離。 （4）地鐵隧道施工時，必須對立交橋及橋上線路狀態進行監控測量，監控測量工作應有鐵路有關部門的人員參加，以便掌握情況及時采取處理措施，保證鐵路運營的安全。 南中軸路立交橋工程于2004年6月1日采用頂進法開始施工，于6月19日頂進就位，施工質量良好，已于同年9月開通使用。北京開通了中國首條建設成本低、行駛速度快、智能化水平堪稱全國第一的快速公交線路就位于南中軸路上，而南中軸路立交橋是這條快速路上規模最大的立交橋，已成為北京市中軸路上市政道路與鐵路立交的亮點工程。隨著北京地鐵工程的建設，在不遠的將來，北京市南中軸路下穿京山鐵路立交工程將形成京山鐵路等線路在上、南中軸路公鐵立交橋居中、北京地鐵8號線區間隧道在下的三層立體交通。
由表中數字可以看出，隨著覆土厚度的增加，所引起上方立交橋結構的垂直變位隨之減小。在覆土厚度由6 m增加到7 m時，變位減小較明顯。考慮到結構承載能力應具有必要的儲備，本立交橋覆土厚度應在7 m以上。 把7 m覆土時的變位值作為主力進行立交橋結構分析和結構配筋的設計，這樣在地鐵隧道開挖時可以保證立交橋的結構安全。3對遠期地鐵8號線下穿南中軸立交橋時設計和施工的技術要求 在中軸路立交橋的結構設計中，考慮了地鐵8號線施工的因素，但是在內力分析中只考慮了一些特定的條件。為保證立交橋的安全，在地鐵8號線下穿本立交橋地段的設計和施工時，應考慮以下技術要求。 （1）下穿立交橋的地鐵區間隧道應采取兩個平行單洞形式，每個單洞分別設于中部兩孔的跨中部位。 （2）隧道開挖面的頂部至立交橋底板底的距離應結合路段縱斷面考慮，一般不宜小于8 m，在困難條件下亦不應小于7 m；開挖時上部覆土的沉降量控制在30 mm以內。 （3）隧道開挖施工時應對隧道頂部至立交橋底板范圍的土體采取固化措施，兩個隧道開挖不宜齊頭并進，應前后錯開一定距離。 （4）地鐵隧道施工時，必須對立交橋及橋上線路狀態進行監控測量，監控測量工作應有鐵路有關部門的人員參加，以便掌握情況及時采取處理措施，保證鐵路運營的安全。 南中軸路立交橋工程于2004年6月1日采用頂進法開始施工，于6月19日頂進就位，施工質量良好，已于同年9月開通使用。北京開通了中國首條建設成本低、行駛速度快、智能化水平堪稱全國第一的快速公交線路就位于南中軸路上，而南中軸路立交橋是這條快速路上規模最大的立交橋，已成為北京市中軸路上市政道路與鐵路立交的亮點工程。隨著北京地鐵工程的建設，在不遠的將來，北京市南中軸路下穿京山鐵路立交工程將形成京山鐵路等線路在上、南中軸路公鐵立交橋居中、北京地鐵8號線區間隧道在下的三層立體交通。
