市政地道與地鐵車(chē)站共建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

申 淼

[上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市 200092]

0 引 言

隨著大型、超大型城市建設(shè)的發(fā)展，市民對(duì)于各類基礎(chǔ)設(shè)施的需求迅速增加，其中又以出行需求最為常見(jiàn)和緊迫，常規(guī)城市出行以地面道路為主。但隨著地面土地空間日益被工商業(yè)、住宅開(kāi)發(fā)所占用，越來(lái)越多的城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)在向地下要空間。地鐵作為典型的地下交通設(shè)施，以其“大運(yùn)量、服務(wù)廣、速度快”的特點(diǎn)，有效滿足了城市通勤、綠色出行、刺激經(jīng)濟(jì)等要求。地下道路則以疏解交通流量、避開(kāi)城市堵點(diǎn)、設(shè)計(jì)車(chē)速快的特點(diǎn)，成為城市快速路的新選擇。為促進(jìn)地下空間的高效集約利用、避免反復(fù)開(kāi)挖，沿城市交通主干道地下空間豎向布置多個(gè)地下工程，并共同建設(shè)的情況正在成為一種趨勢(shì)。

目前對(duì)于不同地下工程共建的技術(shù)要點(diǎn)已有很多研究，如上海日月光中心地下綜合體工程實(shí)現(xiàn)了地鐵與地塊的共同開(kāi)發(fā)建設(shè)，從工程組織、沉降 控制、環(huán)境保護(hù)等方面闡述了技術(shù)控制措施并取得良好的效果[1]。成都地鐵17號(hào)線白佛橋站與草金路快速化改造工程共同建設(shè)，橋梁墩柱落在車(chē)站頂板上方。作者認(rèn)為可將地鐵結(jié)構(gòu)視作橋梁的箱型基礎(chǔ)，對(duì)合建節(jié)點(diǎn)受力和變形分析方法進(jìn)行了闡述，并介紹了合建節(jié)點(diǎn)的防水處理措施[2]。南京地鐵4號(hào)線草場(chǎng)門(mén)站與規(guī)劃草場(chǎng)門(mén)隧道合建，作者從圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案、圍護(hù)計(jì)算、工程銜接方面進(jìn)行了介紹[3]。成都3號(hào)線省體育館站與一環(huán)路下穿隧道合建，通過(guò)在共用板中加設(shè)纖維類添加劑，提高混凝土抗裂性和耐久性；對(duì)合建段抗浮措施、費(fèi)用分?jǐn)傇瓌t也進(jìn)行了介紹[4]。

本文以地鐵與市政地道合建設(shè)計(jì)為研究對(duì)象，分析了合建節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)、不同工程時(shí)序銜接、交通保障方案設(shè)計(jì)、環(huán)境保護(hù)措施等方面的思路。

1 工程概況

上海地鐵14號(hào)線是東西向橫穿上海主城區(qū)的重要線路，其中龍居路站位于浦東大道、德平路路口東側(cè)，浦東大道路中、跨龍居路，大致東西向布置，為地下三層島式車(chē)站。

東西通道工程西起延安東路隧道浦東出口，東至金橋路，隧道口至龍居路段由主線地下通道加地面道路組成，全長(zhǎng)6.1 km；龍居路至金橋路為地面道路，全長(zhǎng)約1.7 km。

浦東大道為東西向主干道，紅線寬度為50 m，地面道路為雙向4車(chē)道，現(xiàn)狀車(chē)流量較大。龍居路為南北向支路，規(guī)劃紅線浦東大道以北寬20 m，浦東大道以南寬16 m。

車(chē)站周邊區(qū)域以居住、廠房用地為主，附近建筑主要有上海申誠(chéng)醫(yī)院、龍居大廈、興和苑、龍居苑、四八零五廠（申佳船廠）、居揚(yáng)變電所、黃浦江泥漿沉淀池。

2 主要設(shè)計(jì)難點(diǎn)

2.1 與市政地道共建

東西通道出地面匝道與本站渡線段產(chǎn)生部分重疊，寬度約11.3 m，且匝道底板已侵入車(chē)站渡線段上方下一層空間，故該區(qū)段考慮匝道與車(chē)站結(jié)構(gòu)共建，以減小工程實(shí)施難度，降低工程造價(jià)，同時(shí)提高下一層地下空間的使用效率。

東西通道在龍居路車(chē)站范圍為敞開(kāi)段并逐步過(guò)渡為地面段，部分占用車(chē)站下一層空間，為典型的疊層結(jié)構(gòu)。因此地道與車(chē)站共建分建位置的確定、施工時(shí)序及預(yù)留措施、差異沉降的控制、局部抗浮等問(wèn)題需要重點(diǎn)解決。

2.2 道路交通保障

浦東大道為上海浦東東西向主干道，現(xiàn)狀車(chē)流量較大。施工期間要求交通滿足雙向4車(chē)道+2人非混行道，而車(chē)站寬度最寬處約30 m、最窄處約23 m，且周邊建筑物距離較近，施工的作業(yè)空間收到嚴(yán)重?cái)D壓。

2.3 基坑開(kāi)挖及周邊建筑保護(hù)

龍居路車(chē)站周邊既有建筑物較多，建筑層數(shù)高、基礎(chǔ)形式多樣、距離較近，同時(shí)基坑開(kāi)挖深度大，最深處達(dá)24.8 m，很多建筑物的環(huán)境保護(hù)等級(jí)為一級(jí)，對(duì)基坑變形控制提出了很高的要求。

3 設(shè)計(jì)方案

3.1 共建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

3.1.1 斷面設(shè)計(jì)方案

為減少東西通道與車(chē)站共建段的長(zhǎng)度，其縱坡設(shè)計(jì)為5%，共建段長(zhǎng)度為141 m、凈寬10.1 m。東西通道共建段縱斷面凈高5.8 m、擋墻高度0.85 m，線路接地點(diǎn)處斷面凈高0.4 m；車(chē)站標(biāo)準(zhǔn)段覆土厚度約2.9 m，在東西通道凈高2.1 m處底板與車(chē)站頂板脫開(kāi)。共建段縱剖面見(jiàn)圖1。

圖1 地道與車(chē)站共建段縱剖面圖

3.1.2 局部抗浮

共建段范圍，特別是端頭井區(qū)段，車(chē)站頂板以上無(wú)覆土，結(jié)構(gòu)的抗浮問(wèn)題需要特別關(guān)注?？紤]地墻摩阻力作用對(duì)于抗浮的有利影響，計(jì)算仍然不滿足抗浮安全系數(shù)1.1的要求[5]。因此考慮在底板增設(shè)鉆孔灌注樁作為額外的抗浮措施，同時(shí)該部分樁基兼作圍護(hù)立柱樁使用。

3.1.3 施工時(shí)序及節(jié)點(diǎn)措施

按照“先深后淺”的施工原則，先施工車(chē)站結(jié)構(gòu)后施工車(chē)站以外東西通道結(jié)構(gòu)，交界處地墻在盾構(gòu)完成且東西通道底板強(qiáng)度達(dá)到要求后切割鑿除（減少對(duì)周邊環(huán)境影響）。車(chē)站外東西通道底板下地基加固結(jié)合車(chē)站端頭加固統(tǒng)一考慮。

東西通道引道段結(jié)構(gòu)底板與其余部分的車(chē)站頂板不在同一標(biāo)高。為保證施工期水平向的可靠傳力，西端頭井邊框梁在除車(chē)道范圍以外的車(chē)站頂板標(biāo)高處形成閉合框架，且高出東西通道底板。

在盾構(gòu)施工完成后且東西通道結(jié)構(gòu)底板混凝土強(qiáng)度達(dá)到要求后切割鑿除邊框梁等構(gòu)件，同時(shí)考慮到邊框梁鑿除后，使用階段側(cè)向力由懸臂側(cè)墻承受，對(duì)于側(cè)墻受力不利，因此考慮在懸臂側(cè)墻和頂板之間設(shè)置250 mm厚、間距2.5 m的鋼筋混凝土肋板，見(jiàn)圖2。

圖2 地道與車(chē)站共建段橫剖面圖（單位:mm）

3.2 交通保障方案

在車(chē)站南北兩側(cè)分別設(shè)置棧橋板作為施工車(chē)輛和正常出行車(chē)輛的臨時(shí)道路，結(jié)合管線搬遷和工程總體籌劃，施工場(chǎng)地布置及交通疏解可分為四個(gè)階段：

第一階段：本階段對(duì)車(chē)站北側(cè)主體實(shí)施圍擋，施工北側(cè)地墻及棧橋板，浦東大道交通導(dǎo)改至圍擋南側(cè)，滿足雙向4車(chē)道+2人非混行道。

第二階段：本階段分別對(duì)車(chē)站東西兩端車(chē)站主體實(shí)施圍擋，施工車(chē)站主體結(jié)構(gòu)及棧橋板，浦東大道交通導(dǎo)改至圍擋南、北兩側(cè)，滿足雙向4車(chē)道+2人非混行道。

第三階段：本階段分別對(duì)余下車(chē)站主體實(shí)施圍擋，施工余下的車(chē)站主體結(jié)構(gòu)，浦東大道交通同第二階段。

第四階段：本階段分別對(duì)車(chē)站南北兩側(cè)附屬結(jié)構(gòu)實(shí)施圍擋，浦東大道交通恢復(fù)原狀，龍居路方向交通臨時(shí)封閉。

3.3 基坑設(shè)計(jì)方案

根據(jù)上述交通疏解方案及盾構(gòu)籌劃方案，車(chē)站主體采用分區(qū)開(kāi)挖的明挖順作法施工，圍護(hù)型式為1 000 mm厚地下連續(xù)墻（采用十字鋼板接頭），墻長(zhǎng)50 m。具體基坑分為東西端頭基坑及標(biāo)準(zhǔn)段基坑。

標(biāo)準(zhǔn)段基坑深度約22.9 m，墻趾位于⑦2層粉砂中。沿基坑深度方向設(shè)置六道支撐，第一道、第四道為鋼筋混凝土支撐，其余為鋼支撐。端頭井基坑深度約24.6 m，墻趾位于⑦2層粉砂中。沿基坑深度方向設(shè)置7道支撐，第一道、第四道為鋼筋混凝土支撐，其余為鋼支撐。

為減少基坑開(kāi)挖對(duì)周邊建筑物影響，對(duì)于距離基坑邊12 m范圍內(nèi)有建筑物的位置，在第四道混凝土支撐底至坑底以下3 m范圍進(jìn)行旋噴樁裙邊+抽條加固，裙邊寬度5 m，抽條寬度3 m。

4 變形影響分析

為了解基坑開(kāi)挖對(duì)周邊建筑物的變形影響，以龍居苑位置處的基坑為對(duì)象，利用MIDAS軟件進(jìn)行變形影響的有限元分析。

（1）計(jì)算模型

基坑開(kāi)挖深度23.0 m，其中地墻長(zhǎng)度43 m，厚1 m，彈性模量取60 GPa，重度取24 kN/m3，泊松比取0.3。建立計(jì)算模型時(shí)充分考慮邊界條件的影響，模型左側(cè)距基坑左側(cè)邊界78 m，右側(cè)邊界距基坑右側(cè)邊界78 m，模型底部距離基坑底部69 m。25層主樓寬10.5 m，與基坑距離為15.4 m，建筑物自重等效為375 kPa的均布荷載計(jì)。大樓樁基長(zhǎng)25～31 m，樁頂標(biāo)高為3.5～0.15 m，樁尖標(biāo)高為-25.15～-27.5 m。

土體Mohr-Coulomb彈塑性本構(gòu)模型，地下連續(xù)墻、混凝土支撐、建筑樁基采用線彈性模型。根據(jù)詳勘報(bào)告及經(jīng)驗(yàn)值，確定各土層參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 地勘土體參數(shù)表

計(jì)算模型見(jiàn)圖3。

圖3 計(jì)算模型簡(jiǎn)圖

（2）計(jì)算結(jié)果

計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖4，表明建筑最大差異沉降7.3 mm，傾斜率0.043%，根據(jù)規(guī)范[6]要求，傾斜率需小于0.25%（建筑物高度60 m＜H≤100 m），滿足建筑物安全要求；通過(guò)計(jì)算也表明，基坑開(kāi)挖的整個(gè)過(guò)程，基坑周邊最大的附加沉降為9.6 mm≤23.0 mm（0.1%H），圍護(hù)最大水平位移為17.5 mm≤32.2 mm（0.14%H），滿足一級(jí)環(huán)境保護(hù)等級(jí)要求。

圖4 土體水平位移云圖

（3）監(jiān)測(cè)結(jié)果

在龍居苑及基坑周邊布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，對(duì)建筑物、基坑周邊地表沉降及地墻頂水平位移進(jìn)行觀測(cè)，并在施工全過(guò)程持續(xù)進(jìn)行。施工結(jié)束時(shí)，圍護(hù)最大水平位移為51.7 mm，超過(guò)控制值32.2 mm，主要原因應(yīng)該是第五和第六層土體開(kāi)挖過(guò)程中，基坑暴露時(shí)間偏長(zhǎng)導(dǎo)致，但總體可控。

基坑周邊沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)圖5，結(jié)果表明最大沉降值為13.23 mm，與數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果9.6 mm接近，沉降值滿足控制值要求。

圖5 周邊地表沉降圖（單位：mm）

將龍居苑靠近和遠(yuǎn)離基坑的一組沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)相減，得到差異沉降值，見(jiàn)圖6。最大差異沉降值為9.5 mm，與數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果7.3 mm接近，傾斜率滿足控制值要求。

圖6 龍居苑差異沉降圖（單位：mm）

5 工程效果

東西通道與龍居路車(chē)站共建工程于2014年12月動(dòng)工，14號(hào)線目前已開(kāi)通運(yùn)營(yíng)，因出入口未全部完工，龍居路站暫未開(kāi)通（過(guò)站運(yùn)行），東西通道全線計(jì)劃2022年6月竣工。由于設(shè)計(jì)合理、施工組織措施得當(dāng)，施工過(guò)程中基坑安全、周邊建筑物保護(hù)及交通保障都取得了預(yù)期的效果。

6 結(jié)語(yǔ)

本文以東西通道與龍居路車(chē)站共建為例，針對(duì)復(fù)雜地質(zhì)、復(fù)雜周邊環(huán)境、地下共建結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)、難點(diǎn)，通過(guò)合理的共建節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)、交通疏解及圍護(hù)設(shè)計(jì)，滿足了疊層共建結(jié)構(gòu)施工、使用期間結(jié)構(gòu)安全、交通保障和環(huán)境影響的諸多要求。本文涉及的項(xiàng)目已接近尾聲，通過(guò)實(shí)施過(guò)程中各項(xiàng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及實(shí)際反饋，基本達(dá)到了預(yù)期的效果。希望通過(guò)本工程案例的介紹，能為類似工程提供相應(yīng)參考。