地铁高架桥与地下隧道衔接处过渡段设计研究

杨 洁

(天津市市政工程设计研究总院，天津 300051)

随着城市建设的迅速发展，地铁建设也在飞速发展中。天津地铁三号线是天津市快速轨道交通网中的南北骨干线，全长33.76 km，其中地面线0.61 km，高架线11.06 km，地下线 21.43 km，过渡段0.60 km。线路于2012年10月1日通车。城市轨道交通在我国属于新型工程项目，它不同于普通的铁路交通，其高架桥与地下隧道衔接处的过渡段设计标准仍处于研究探索阶段。普通铁路的路基设计规范可以借鉴，但又不能照搬。本文围绕天津地铁三号线高架桥与地下隧道衔接处结构设计的展开，考虑到天津丰沛的地下水资源，为防止梁体、支座被雨水、土体淹没，创造性的在桥梁结构与土体之间采用U型槽结构进行过渡。本文主要介绍了过渡段的结构形式、设计标准及原则、U型槽防水设计，希望给类似工程以借鉴。

1 工程概况

由于本区间敞开段与高架桥分界位置为轨顶标高与现状地面标高相同处，本处桥梁主梁、支座均在现状地面以下，为防止梁体、支座被雨水、土体淹没，在高架桥起点段设置U型槽，将主梁、支座“镶嵌”在U型槽内，本区间U型槽全长129.5 m(见图1)。

图1 U型槽设置示意图

2 主要设计技术标准及原则

1)U 型槽宽度:0.5 m(侧墙)+8.62 m(槽体)+0.5 m(侧墙)，总宽度为9.62 m。2)高架桥梁恒载。a.钢筋混凝土构件自重:25 kN/m3～26 kN/m3;土自重:18 kN/m3。b.混凝土收缩和徐变:参照TB 10002.3-2005铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范第6.3.4办理。c.水平水、土压力:侧向土压力采用主动土压力公式计算。墙外水、土压力:施工阶段及运营阶段粘性土采用水、土分算。d.浮力与地基反力:水浮力取105%，地基弹性系数取8 000 kN/m。3)高架桥梁可变荷载:a.施工阶段地面超载:按20 kN/m2;b.施工荷载:按15 kN/m2;c.设备荷载:按实际取值。4)主要计算原则。a.结构设计充分考虑工程地质条件和各阶段应力变化的特点，满足强度、刚度、施工、稳定性、抗浮和耐久性等要求。结构设计时分别按施工阶段和正常使用阶段进行结构强度计算，并进行裂缝宽度控制计算。在各种荷载短期效应组合作用下，并考虑长期效应组合的影响。b.结构抗浮稳定验算时，不考虑侧壁摩阻力，取抗浮安全系数不小于1.1。c.结构荷载考虑了永久荷载、可变荷载、特殊荷载。d.结构计算根据地下水位的高低进行不同工况的荷载组合。e.U型槽结构纵向不均匀沉降控制:沿纵向每隔15 m设置一道沉降缝，在地道底板沉降缝处设置抗剪设施(枕梁)，防止缝两侧的结构发生竖向错动。

3 U型槽结构设计与施工

U型槽底板厚度为60 cm，侧墙厚度为50 cm，总宽度为9.62 m。先施工U型槽范围内高架桥桩基础及承台，采用钢板桩支护开挖U型槽基坑，直至挖至预定深度。开挖至设计工作界面后，进行水泥搅拌桩施工，搅拌桩直径0.5 m，间距1.5 m，采用梅花形布置，距高架桥桩基础不小于2 m，桩底高程均按照－10 m控制。地基处理完成后，在基础顶面铺筑一层50 cm厚的级配碎石垫层，然后在沉降缝位置(即地道分节段的位置)开槽浇筑枕梁，并同期浇筑10 cm厚混凝土找平垫层，产生强度后浇筑地道底板混凝土和侧墙混凝土至侧墙顶设计标高(应注意墙体顶罩棚预埋件的预埋)，直至U型槽结构主体部分完成。U型槽节段之间变形缝宽2 cm，U型槽与墩柱间变形缝宽1 cm。

4 防水设计

1)防水标准与等级。本工程防水按二级标准进行防水设计，侧墙表面只允许有少量偶见湿渍，而且这类湿渍在自然通风条件下应很快消失。2)防水混凝土设计。地道主体结构均采用防水混凝土，应尽量采用以耐久性为目标、具有低水胶比的高性能混凝土。按照结构安全、耐久、抗裂、防渗的要求确定混凝土配合比，降低水泥用量和减少水化热，不允许出现贯穿裂缝。设计抗渗等级为不低于W8，设计抗冻指标为F200。3)局部防水设计:a.U型槽间变形缝部位防水设计。U型槽节间之间设置变形缝，每道缝缝宽2 cm。U型槽结构的变形缝可采用中埋式钢边可注浆止水带或者外贴式止水带及双组分聚硫嵌缝膏进行加强防水处理。b.U型槽施工缝部位防水设计。在U型槽施工过程中，主体结构可能采用多次浇筑，此时施工缝需采用中埋式钢边橡胶止水带进行加强防水处理。c.U型槽与高架桥墩柱间变形缝防水设计。U型槽与高架桥墩柱间也必须设置变形缝，缝宽采用1 cm。此处变形缝也可采用中埋式钢边可注浆止水带及双组分聚硫嵌缝膏进行加强防水处理。

5 结语

天津地铁三号线工程现在已经全线通车使用，过渡段目前使用状况良好，无任何漏水等情况发生。可见，在地下水位较为丰盛的地区，此类过渡段处理方法可以推广应用。

［1］罗 琼.地铁高架桥与地下隧道衔接处路基过渡段设计研究［J］.路基工程，2013(5)：148-151.

［2］赵明好.天津地铁1号线土城过渡段裂缝控制与修补工艺研究与应用［Z］.地下工程施工与风险防范技术(1994～2014合集).