武汉市光谷大道南延线与地铁及燃气管道相关区段桥梁总体设计

卫 超

（武汉市政工程设计研究院有限责任公司,湖北 武汉430015）

0 引 言

近些年的市政桥梁建设，不仅受到常规的给水、雨水、污水、电力、电信、军用光缆、燃气管道等市政管网的影响，而且轨道交通的区间和站点布置，也越来越多地影响着市政桥梁的总体方案及后期实施。桥梁方案设计阶段，除需要考虑常规的市政管线影响外，还需要考虑地铁的安全限界要求、施工作业面需求，以及地铁、高架桥的建设时序，以便于后期工程的顺利实施。

武汉市光谷大道（简称光谷大道）南延线主线高架桥与地铁2号南延线共线约1.4 km，期间上跨地铁秀湖站，桥梁基础同时需要避让中高压燃气管道，属于市政桥梁设计的典型代表。

1 工程简介

光谷大道向北衔接东湖通道，向南接驳武汉绕城高速，串联二环线、三环线及绕城高速，是一条重要的城市放射线，是武汉市东湖高新区“六纵六横”快速骨架路网的重要组成部分，承担着区域交通快速通过和地方服务双重功能。

光谷大道南延线工程（见图1）位于光谷腹地，主线高架桥北接光谷大道高架桥二期工程，起于金融港四路，向南依次跨越金融港四路、高新四路、高新五路、高新六路，光谷一路、梁山头路、流芳大道，在光谷二路前落地，然后通过地面主辅道断面形式下穿武广高铁，经过光谷二路路口后，再次以高架桥形式跨越绕城高速后落地，工程全长约7.1 km，主线高架桥全长约6 km。

图1 光谷大道南延线工程走向示意图

2 地铁及燃气管道概况

武汉市地铁2号南延线在金融港四路-高新五路段与主线桥梁共线，在金融港四路附近向西偏折，进入桥梁投影正下方，与桥梁共线约1 km后，再次偏折，向东斜向穿越桥梁后，拐入高新六路。武汉市地铁2号南延线区间顶覆土厚度为9～14.6m，武汉市地铁2号线秀湖站覆土厚度约3m。区间左右幅中线间距12～15m，区间隧道断面为圆形截面，外径3m。另外，在桥梁东侧沿桥梁走向分布有中压燃气及高压燃气2排燃气管道，2排燃气管基本平行布置。其中中压燃气管道管径355mm，高压燃气管道管径720mm。高压燃气管道分布于外侧，中压燃气管道分布在内侧，与桥梁边线投影最近处约4.7m。本区段桥梁标准断面26m，双向6车道，因上下匝道桥设置，局部加宽至38m。地铁及燃气管道走向见图2。

图2 地铁及燃气管道走向

3 结构设计

3.1 桥梁布置总体思路

根据道路总体布置，结合地铁区间走向及现状燃气管道管位，桥梁桩基只能见缝插针地布置在地铁区间及燃气管道之间。而且，本区段范围布置了2组上下匝道桥与主线相接，且上下匝道桥受制于路口限制，属于非对称布置，主线桥梁宽度存在多次加宽现象，增加了下部结构的布置困难。根据方案阶段研究，为适应地铁的走向，避开轨道区间及燃气管道，桥梁横跨跨度达30m以上，导致上部结构横梁设计难度加大，而且地面墩柱布置凌乱，景观效果较差。

考虑到此种情况，桥梁采用基础跨越地铁区间及燃气管道的思路，桩基呈倒置“王”字型布置，桩基承台之间通过强大地梁连接，通过地梁的长度来适应地铁及燃气管道的走向。

3.2 地铁及燃气管道限界要求

与武汉地铁集团及地铁设计单位沟通协调后确认，在桥梁桩基先于地铁区间实施的前提下，要求桥梁桩基距离地铁构筑物净距不小于2m，同时，要求桥梁承台底距离地铁区间顶净距不小于4m，以满足后期地铁区间的抗浮要求。

根据与燃气管道权属部门沟通协调后的结果，同时参考类似工程经验，燃气管道净距控制要求为：桩基距离中压燃气管道净距不小于3m，高压燃气管道净距不小于6m。

3.3 桥梁结构设计

3.3.1 跨地铁区间段桥梁下部结构设计

中间主受力桩基采用2根直径为2.2m桩基，两侧辅助受力桩基采用2根直径为1.5m桩基。桩基上方设置承台，3个承台之间通过地梁连接。地梁宽度为3.8m，高度4m，地梁净长度约为12m（基本为11.5～12m）。承台高度设计为4.3m，以便于承台和地梁主筋布置[1]。

桩基采用钻孔灌注桩，混凝土标号为C35水下混凝土。跨越地铁区间区段桩基均采用嵌岩桩，桩端持力层为微风化石灰岩，饱和单轴抗压强度为40MPa。为保证桩基的有效承载能力，设计要求桩端穿过地铁区间底板后，进入微风化石灰岩不小于1.5倍桩径。

承台及地梁采用C40钢筋混凝土结构。地梁高度4m，桩中心距14.6m，高跨比为1:3.65，属于深受弯构件。地梁设计时，按照梁设计理论进行内力计算和配筋，同时按照深梁理论在0.2h（h为深梁高度）范围内配置一定比例的纵向受力钢筋[2]。地梁桩基典型构造见图3。

图3 地梁桩基典型构造（单位：m）

3.3.2 跨地铁区间段桥梁上部结构设计

为减小地梁开挖数量，同时减小下部结构承受荷载，控制桩基及地梁结构安全，上部结构采用自重较小、跨越能力强的钢箱梁结构。钢箱梁跨度控制在45m左右，梁高1.92m。

标准段钢箱梁桥宽26m，采用单箱4室断面，钢箱梁挑臂3.5m，钢梁顶板厚度16 mm，底板及腹板厚度14mm。钢箱梁顶面设置8 cm钢纤维混凝土，钢箱梁顶板设置M16剪力钉,钢纤维混凝土通过剪力钉与钢梁形成组合截面共同参与结构受力。

桥梁典型横断面示意图见图4。

3.3.3 跨秀湖地铁站桥梁结构设计

武汉市地铁2号线秀湖站（简称地铁秀湖站）站房主体结构位于桥梁投影正下方，桥梁墩柱及桩基根据地铁秀湖站出入口进行布置，采用门式墩骑跨站房结构，其平面布置图见图5。

图4 桥梁典型横断面示意图（单位：m）

图5 地铁秀湖站站房结构平面布置图（单位：m）

跨越地铁秀湖站桥梁跨度布置为67m+70m+46.5 m、46.5m+38.5 m+61 m+50 m，上部结构采用变截面连续钢箱梁，下部结构采用柱式墩台结构。为保证靠近地铁站房处下部结构安全，特别是桩基位移控制的需要，桩基础采用直径2.5m钻孔灌注桩。

地铁秀湖站桩基典型断面图见图6。

图6 地铁秀湖站桩基典型断面图（单位：m）

4 主要施工步骤及措施

4.1 临近地铁区间段

根据建设时序及地铁安全控制需要，要求光谷大道南延线桥梁桩基先于地铁2号南延线区间盾构前完成施工，承台及地梁结构也尽量安排在地铁区间盾构施工前完成施工，以尽量减小对地铁区间的扰动。施工阶段因工期原因，桥梁承台及地梁在地铁区间施工完成后进行施工，为满足地铁区间的抗浮要求，承台或地梁结构底面距离地铁区间结构顶面净距要求不小于4m。

4.2 临近秀湖站区段

因地铁秀湖站正处于支护开挖施工阶段，秀湖站基坑开挖深度达15m，秀湖站施工期间，基坑位移控制不能满足桥梁工程桩位移控制的要求，因此临近秀湖站区段桥梁桩基在秀湖站底板及侧墙结构施工完成后方可施工。同时，桥梁桩基采用大功率旋挖钻机成孔，以减小桥梁桩基施工过程中对地铁秀湖站结构的影响。

4.3 临近中高压燃气管道区段

临近中高压燃气管道的桥梁桩基，常规区段保证桥梁桩基距离燃气管道满足安全距离的要求。特殊位置桥梁桩基距离中压燃气管道较近，为保证桩基施工期间燃气管道的安全，设计要求对燃气管道采用沙箱保护，桩基成孔采用长护筒辅助成孔，钢护筒安放至燃气管道底部以下不小于1m，而后再进行钻孔施工。

5 结 语

光谷大道南延线是2019年武汉市军运会重点保障线路，为了争取桥梁结构的有利建设条件，抢抓施工窗口期，建设单位在地铁2号南延线施工期间，于2016年底率先启动了与地铁相关区段的桥梁建设，进行主线桥梁基础的施工，为光谷大道南延线桥梁顺利完工奠定了坚实基础。目前，光谷大道南延线主线桥梁结构已经于2019年6月底贯通，8月底完成桥梁附属设施的施工后，将具备通车条件。本工程临近地铁及燃气管道桥梁结构的设计及控制措施，为类似桥梁工程设计积累了经验，也希望能为类似市政工程建设提供一定的借鉴。