地道桥及地铁工程技术比较.docVIP

地道桥与地铁工程技术比较 杨功勤 摘 要：地道桥是桥梁工程中较常见到的结构形式，而地铁工程可以归为结构及隧道工程的一个门类，两者间有着相当多的类似之处，如果将两者的设计施工技术很好的结合，将为两类工程的安全、质量、效率等水平的提升带来帮助。 关键词：地道桥；地铁；盾构；管棚 1概述 在日常设计工作中，下穿铁路、公路，地道桥工程非常普遍。盖板涵、圆涵、框架涵都可以归为地道桥。盖板涵跨度一般不大于6米跨度；圆涵主要用于过水及护管，直径也可达6米，以3米以内最常见；框架结构因为其基底应力要求低，普通钢筋混凝土结构跨度可达16米，方便预制后顶进施工，应用更为广泛。 地铁工程在城市建设中越来越成为各大中城市解决交通问题的首要手段。在城市街道交叉的下方，往往也是地铁车站设置的最佳位置，这种情况有时非常类似于地道桥的状况；而盾构法施工的地铁区间，其圆形断面在结构受力分析及施工方法方面与圆形涵洞都有相近之处。 1.1矩形断面地道桥和地铁车站 1.1.1 结构形式 图1：典型的地铁车站断面 图2：典型的盖板涵洞断面 从结构形式来看，如果地铁车站顶板做成明挖加盖的形式，则和地道桥中的盖板涵结构非常类似，单孔、双孔、三孔盖板涵，均为顶部简支盖板形式，而边墙，因为所使用材料的不同才有些差别。而如图1，这种截面与地道桥中的框架类几乎一致。框架地道桥的典型断面可参考图3的受力分析图式，本文省略。 1.1.2 受力形式 图3 框架地道桥简化计算模型 比较图3的地道桥受力模式，地铁车站的受力情况要复杂些。结构外侧荷载基本类似，结构内侧为地铁、人群及设备荷载，而框架地道桥内部也有汽车、火车、人群、水流等荷载。 两者在计算分析手段上，基本都以平面杆系计算为主，辅助以厚或薄壳板单元分析；使用的工程材料，都以普通钢筋混凝土结构为主，少量采用预应力技术；都需要考虑地下水的影响，考虑地下工程的耐腐蚀、抗渗等问题。 1.1.3 施工技术 在施工技术方面，地铁车站，工法有很多，基本可以归类为基坑支护后开挖，有暗挖、明挖等。 而地道桥，除大开挖外，还有顶进施工法。为避免对既有道路交通的影响，对被顶进道路采取了很多的预先加固措施，使得在高速铁路下、高速公路下的地道桥施工对交通运输的干扰最小。 框架类地道桥，顶进施工时，多采用纵挑横抬法，为了减少对桥上行车干扰，又相继使用了类似矩形盾构的技术。图4为纵挑横抬加固图。 图4 纵挑横抬法加固铁路 （枕木垛下设置钢板，再下面就是框架地道桥） 1.2 圆涵与地铁区间隧道 1.2.1 结构形式及施工方法 图5.典型地铁隧道横断面 从截面形式来看，以圆形为主的地铁隧道，和圆涵比较，主要是孔径较大，可以采用预制管片拼装，盾构机（或矿山法开挖）在前，挖开圆形断面后，预制好的管片及时跟进支撑，有的还有二次衬砌；而圆涵为整节涵管预制，节长一般一米，现场拼装或顶进，也有开挖设备在前，跟管施工，涵洞长的，设置许多中继间，连续顶进。 1.2.2 受力形式 图6.典型地铁隧道计算模式 从横断面的计算形式看，地铁隧道考虑了土体对结构的作用外还考虑了约束作用，而圆涵因为孔径较小，一般不考虑土的弹性约束作用；在计算方法上，隧道与圆涵均可采用平面杆系，只是在结构配筋时，隧道考虑了轴向力作用，因此其管片实际是压弯构件，而圆涵一般只考虑弯剪作用，把轴力作为安全储备。 2在地道桥工程中利用地铁技术 地道桥施工技术，在当今高速铁路分布范围越来越广，里程越来越长的今天，面临着许多的挑战。实际工作中必须不断地研究新的设计施工方法，以适应高速铁路越来越快的发展势头。 2.1 地道桥利用盾构技术 高铁运输，希望干扰越少越好，在速度限制方面，基本不希望低于80公里/小时，同时，路基沉降量的控制值也越来越严格，包括路基的横向变形量，均在新出版的《铁路大修管理规定》中有详尽说明。地铁技术在位移及沉降控制方面有着很长久的经验和方法。如果引入地道桥顶进施工，则获益非浅。 某城市，在火车站咽喉区，一条城市次干道下穿，为此，设计中采用了框架地道桥形式。由于地道共一百多米长，地下管线复杂，地面上有多处道岔及站台墙基础，一直难以找到合适的施工方法，让地道桥穿过铁路。 首先，设计中使用了纵挑横抬法，缺点在于：限速条件不能满足80公里的控制标准；用钢梁大，造价不菲；横抬梁难以施工，要穿过100多米长的站场，大尺度的工字钢横梁几乎不可能。这些因素使得纵挑横抬法被排除。 然后，借鉴盾构技术，设计制造了矩形盾构，将框架桥的巨大断面分成若干小矩形断面，使用小的盾构设备，小进度，小断面开挖。这种加固方式基本能保证铁路运输速度不低于80公里/小时。 但是，矩形盾构法存在一些不足。其一，由于覆土厚度太小，并且以松散道碴为主，难以保证路基的稳定。一般认为，如果覆土在1.5米及以上，路基的稳定性将大大