地铁明挖区间轨排井围护结构方案比选

地铁明挖区间轨排井围护结构方案比选

【摘要】本文以南京至高淳城际快速轨道南京南站至禄口机场段工程（机场线）佛城西路站~胜太路站区间3号中间风井明挖段为例，对风井增设轨排井的围护方案—锚索方案与环梁方案进行对比分析，从工期、安全、施工衔接、环境影响等方面综合考虑，最终采用环梁方案，施工效果良好，可为今后类似工程设计提供参考。【关键词】轨排井围护环框梁锚索设计

中图分类号：s611 文献标识码：a 文章编号：

【正文】

在地铁施工过程中, 为加快铺轨进度，工程筹划通常会安排在土建结构中预留轨排井。钢轨每节长度一般为25 m，通过轨排井由地面吊入土建结构内。轨排孔为大尺寸开洞，同时需等到铺轨施工完成后才能封孔，对主体结构及围护结构影响较大。

1 工程概况

南京至高淳城际快速轨道南京南站至禄口机场段，全长约35.8 km，共设置8座车站，其中高架车站3座，地下车站5座。机场线具有车站少，区间长的特点，因此，根据全线总体工筹安排，佛城西路~胜太路站区间3号井作为区间中间风井，同时又作为四线盾构始发井及轨排井，为本区间关键工期控制点。3号中间风井位于将军路与太三路交叉路口南侧，为单柱双跨的地下两层结构，外包全长为111.4 m，结构宽度为16.7 m，基坑深约17~18.5 m。

2 工程地质条件

地质详勘资料揭示此处主要地层自上而下为①-1杂填土、①

-2b2-3素填土、③-1b1-2粉质粘土、③-4e含砾质粉质粘土、

j1-2x-2c强风化粉细砂岩、j1-2x-3c中风化粉细砂岩。基坑底基本位于j1-2x-3c中风化粉细砂岩。勘察期间通过干钻测得地下水初见水位埋深0.80~1.20 m，地下水静止水位埋深为1.30~2.00 m （随地面高程略有变化），年水位变化幅度约1.50 m。

2 方案比选

2.1 设计方案

3号中间风井的轨排段施工工序：围护施工基坑开挖→回筑主体结构并预留轨排孔→其余位置顶板覆土，盾构施工场地→盾构掘进完成，移交铺轨条件→铺轨完毕→轨排孔封孔。

地铁基坑开挖支撑方式主要有支撑和锚索两种方式。由于轨排井要求在主体结构顶板及中板上设置大尺寸开洞，且放置时间较长，待铺轨施工完成后才能封孔，开孔主体结构无法承受侧向土压力，因此轨排井段围护方式采用围护结构+锚索做法较为普遍做法。但锚索在淤泥质地层条件下效果较差，且施工周期长。上海等软土地区常采用围护结构+支撑+环框梁方案。

本风井初步设计阶段轨排段围护方式采用钻孔灌注桩+锚索方案。施工图阶段由于工期因素等要求，优化为采用钻孔灌注桩+支撑+环框梁方案。具体设计方案如下：

钻孔灌注桩+锚索方案：要求左右线上方轨排孔尺寸为30×5.2 m，

围护形式采用φ1000@1200钻孔灌注桩+5道锚索，锚索水平间距2.4 m，锚索长度15~28 m。第一道锚索设置是冠梁上，其余4道锚索设置在混凝土腰梁上。考虑锚索腰梁及锚索补张拉要求，围护结构外放1 m。具体布置如图1。

图1 锚索方案横断面图

钻孔灌注桩+支撑+环框梁：风井开挖阶段围护结构竖向设置三道支撑，一道钢筋混凝土支撑，两道φ609钢管支撑。协调后轨排孔可缩小为27 m×3.9 m。主体结构在回筑阶段在顶板设置2850×800 mm顶环梁，中板设置2850×1800 mm中环梁。轨排段侧墙由于考虑剪力影响做大到800 mm。具体布置如图2。

图2 环梁方案横断面图

2.2 方案比选

由于3号中间风井位置不存在淤泥质土层，轨排井采用锚索方案还是环梁方案均可行，施工图阶段综合考虑工期及对周边地下管线影响等因素，最终采用环梁方案。

表1列出了对于两种围护方案在九个方面的对比情况。结合本工程特点和要求，详细说下环梁方案的优点以及锚索方案可能带来的问题。

表1 轨排井锚索方案与环梁方案比选表

3 结构计算检算

3.1 计算模型

经初步分析，水土压力在结构回筑期间逐渐传递至环梁，至轨排

阶段，环梁的变形和内力达到最大。此时，结构将承受顶板覆土荷载、地面超载、结构自重、楼板施工荷载及水土荷载等。封孔以后，由于形成了可靠的横向支撑，环梁的楼板上产生的变形和内力增量均有限，但随着后期主动土压过渡到静止土压，侧墙的变形和内力仍将会略有增加。因此，轨排阶段结构受力变形为关键步序。轨排阶段环梁建立三维模型模拟计算。计算模型如图4所示。

图3三维整体计算模型

3.2 计算结果及监测结果分析

经计算分析，结构最大水平位移为9mm，出现在顶环梁中部，中环梁中部最大水平位移为7mm。围护基坑开挖到底，顶环梁位置计算最大水平位移为4mm，中环梁位置计算最大水平位移为11mm。轨排井工况理论上应为围护变形+结构变形。顶环梁位置理论最大位移为13mm，中环梁位置理论最大位移为18mm。

根据围护桩测斜数据，选取顶环梁及中环梁位置数据如图6。中环梁变形变化速率在基坑开挖到底位置附近，结构封顶位置变形基本稳定。

图4实测围护桩测斜数据分析

理论计算与实测计算结果对比相差不大，同时均可满足基坑变形要求。

4 总结

由于3号中间风井作为四线盾构始发井，是本区间关键工期控制点，所以风井支护结构的设计尤为重要。在实际应用中，锚索方案与环梁方案各有利弊。但具体对于本工程而言，从工期、施工衔接，环境影响等方面综合考虑，最终选用环梁方案。分析结果表明环梁方案能有效满足施工需求且对周边环境的二次施工无影响。

【参考文献】

《地铁设计规范》（gb50157-2003）[m],中国计划出版社，2003 刘岩.地铁明挖区间增设轨排井设计方案[j].铁道勘测与设计，2010(4)

赵德平.大尺寸开洞结构的简化平面应变模型的分析和探讨[j].特种结构，2010（8）

熊永华，杨卫星，颜勇.某地铁车站轨排井围护结构设计[j].铁道标准设计，2009（9）

冯云.上海轨道交通2号线淞虹路站增设轨排孔的结构设计探讨[j].地下工程与隧道，2008（2）