市域铁路下穿城市道路等复杂环境下节点方案选线技术研究

牛乐乐

(中铁第四勘察设计院集团有限公司,湖北 武汉 430063)

1 研究背景

近年来,随着我国社会经济和城镇一体化的发展,中心城区与周边组团及组团之间的联系越来越紧密,客流交换越来越大。市域铁路作为服务城镇之间的轨道系统,具有公交化、大运量、快速便捷的特点,被越来越多的城市所青睐,迎来快速发展期[1]。但是,市域铁路的服务对象决定了线路需进入城区,另外其速度导致最小曲线半径较地铁大,因此市域铁路在城市中将不可避免地遇到一系列复杂环境下的障碍物。为更好地避开城市中复杂环境下的障碍物,减小对既有建构筑物的影响,本文提出了节点方案选线原则与思路,并以上海机场联络线为例进行分析,为其他类似工程方案提供借鉴。

2 节点方案选线原则与思路

2.1 选线原则

2.1.1 市域铁路应依据网络功能和客流需求选线,尽可能与铁路、城市现有及规划道路相结合,通过针对性的工程措施,合理定线,构建立体集约通道。

2.1.2 线路应避开有法律法规、政府部门、权属部门等明文规定不可穿越的建构筑物,并根据要求确定线路与建构筑物间的距离。

2.1.3 线路应避开小区、学校、医院、敬老院等建筑物,根据地方和公示意见等确定二者距离。

2.1.4 线路应尽可能避开如体育馆、商场等大型建构筑物,二者距离根据权属部门要求和工程可行性等综合确定。

2.1.5 对穿越一般建构筑物,应全面考虑可行方案,对方案进行工程可行性与经济性比选,并充分征求地方意见,确定最优方案。

2.2 选线思路

市域铁路选线应根据区域线网规划和承担的功能,结合城镇发展情况,串联主要经济据点。针对市域铁路下穿城市复杂环境下节点选线问题,应首先根据选线原则,分析存在的主要控制因素,抓住主要矛盾,以此为边界条件,确定通道宽度；然后分析次要控制因素,根据次要因素梳理可行的方案；最后,对各方案从工程可行性、经济性、对周边的影响等方面进行优劣势分析,选定最佳方案。

3 案例分析

3.1 工程概况

上海市轨道交通市域线机场联络线工程（以下简称机场联络线）是国内第一条与国铁互联互通的市域铁路,是上海市第一条新建市域铁路。线路由闵行区虹桥综合交通枢纽的虹桥火车站至浦东新区上海东交通枢纽的上海东站,途经闵行区、徐汇区、浦东新区,自西向东经过的主要区域有虹桥商务区、七宝、梅陇、华泾、三林、张江科学城、国际旅游度假区、浦东国际机场、上海东站等,采用市域铁路运营模式,设计时速160km/h[2]。

在机场联络线七宝站～华泾站区间段,受周边既有房屋建筑、轨道交通、高铁和高压走廊等的限制,隧道长距离并行沪杭高铁,下穿侧穿多处高架、市政桥梁,其中G60 高架桥是保障闵行地区交通便利畅通的重要道路交通,隧道近距离侧穿G60 高架桥主桥桩与匝道桥桩[3]。

图1 机场联络线沪杭并行段与G60 交叉点平面图

机场联络线与沪杭并行段线路自1 号风井入地至2号风井段,在DK9+780～DK9+900 范围内紧邻沪杭高铁并下穿G60 高速公路[4]。线路东侧为沪杭高铁,西侧为居民小区,线路纵断面标高-31.99～-32.35m。

上海机场联络线盾构段双线大直径盾构管片整体外径13 .6m,盾构机刀盘直径14 m,管片厚度0.55m；单线小盾构管片整体外径9.0m,盾构机刀盘直径9.4m,管片厚度0.45m[4]。

3.2 控制因素

3.2.1 西侧沪杭高铁

机场联络线盾构西侧为沪杭高铁桩基,为桩径1.25m钻孔灌注桩。为确保沪杭高铁运营安全,避免机场联络线建设过程中对沪杭高铁运营造成影响,要求线路尽量远离沪杭高铁,根据《公路与市政工程下穿高速铁路技术规程》（TB10182-2017）,线路盾构结构边与沪杭高铁桩基之间需满足6D（D 为桩径）距离要求,即隧道盾构结构边线距离沪杭高铁桩基需大于7.5m。

3.2.2 东侧小区围墙

机场联络线盾构东侧为一小区,考虑拆迁、维护社会稳定、施工风险等因素,地方相关部门明确要求,盾构推进施工中及保护措施不得侵入小区围墙。

基于以上两条主要控制因素,西侧沪杭高铁禁止侵入线与东侧小区围墙间通道宽度19.8～36.4m,考虑双洞两盾构前后推进施工安全,和临近沪杭高铁变形控制施做隔离桩的要求,双洞盾构建设通道宽度需大于27m,因此该区段不具备建设双洞盾构条件。

3.2.3 G60 高速桩基

西侧沪杭高铁和东侧小区围墙通道内为G60 主道和南北匝道0 高架桥,主道为8.2m×8.4m 混凝土承台,下部桩基础为直径1.2m 的钻孔灌注桩,桩长50.15m；G60北侧匝道承台为5.2m×5.2m 混凝土承台,下部桩基础为直径1.0m 的钻孔灌注桩,桩长52m；G60 南侧匝道承台为5.2m×5.2m 混凝土承台,下部桩基础为直径1.0m 的钻孔灌注桩,桩长50m。

西侧沪杭高铁保护范围与东侧围墙边界通道内,共有G60 高速公路桩基六处,分别为主道桩基1 处,匝道桩基5 处,其中主道桩基为桩径1.2m、桩长49.15～50.15m 钻孔灌注桩,匝道桩基为桩径1.0m、桩长52m 钻孔灌注桩。

3.3 方案研究

根据该节点处地表及地下等控制因素,结合机场联络线平纵设计要求,共研究了西、中、东三个方案。

3.3.1 西方案

该方案盾构边线紧贴沪杭高铁禁止侵入线6D（7.5m）,下穿G60 高速桩基。

图2 靠近沪杭高铁西方案示意图

此方案需托换G60 高速匝道D、E、F 三处桩基础,托换桩基临近沪杭高铁既有线。

3.3.2 中方案

该方案盾构边线中穿G60 桥梁桩基,保证盾构边线至两侧最近G60 高速公路桩基距离相等。

图3 中穿G60 桩基方案示意图

该方案不需托换桥梁桩基,盾构结构外边线距离G60 高速主道桩基B 和匝道桩基F 均为0.8m,刀盘距离桩基0.6m。该方案在施工阶段需采取必要加固措施,以确保市政桥梁安全。

3.3.3 东方案

为避免进入南侧小区,东方案盾构边线紧贴西侧小区围墙,下穿G60 高速公路桩基（图4）。

图4 靠近小区围墙东方案示意图

此方案需托换G60 高速主道桩基B。如将线路继续东移,将导致盾构南段不可避免进入小区围墙,方案不可行。

3.4 方案比选及结论

机场联络线下穿G60 段共研究了西、中、东三个方案,西方案紧贴沪杭高铁禁止侵入线,需托换G60 匝道三处桩基,且紧邻沪杭高铁施工；中方案正穿G60 两侧桩基,无需托换桩基,刀盘边线距离桩基0.6m,需采取加固措施；东方案紧贴东侧居民小区围墙,需托换G60 主道一处桩基。

由于该位置西侧紧邻既有沪杭高铁,东侧为小区,范围内桥梁桩基密集,施工作业场地狭小,采用桩基托换实施难度大。G60 高速公路是上海对外交通主干道,交通量大,过渡工程耗资大,如采取不中断交通桩基托换,施工风险高。既有高铁对沉降要求极高,盾构临近高铁施工需采用隔离桩加固处理,并报送铁路部门批准,协调和实施难度大。盾构紧贴小区围墙施工,存在社稳及后期运营期间震动等问题,协调难度大。

因此,从维护社会稳定、对既有线的影响、避免桥梁桩基托换、工程投资等方面考虑,机场联络线推荐采用中方案穿越G60 匝道桥墩分布区域。由于盾构刀盘距离G60 桥墩仅0.6m,是目前国内盾构隧道穿越桥梁桩基最近工程,为减少盾构推进过程中对高架桥梁的影响,需对桥梁墩台周边进行隔离桩加固[5]。另外,在盾构推进过程中,注意加强盾构推进姿态控制,做好同步注浆与二次注浆,确保盾构穿越过程中的环境安全。

4 结论

表1 方案比选表

本文针对目前市域铁路在城市中遇到的复杂环境,提出了复杂环境下节点方案选线原则和研究思路。以上海机场联络线盾构穿越G60 高速公路桥梁桩基为例,首先分析了控制通道的两个主要因素西侧沪杭高铁和东侧小区围墙,基于控制通道宽度,说明了该区段不具备建设双洞盾构条件；其次以主要控制因素为边界条件,分析了采用大盾构的西、中、东三个方案；最后,从维护社会稳定、对既有线的影响、避免桥梁桩基托换、经济性等方面进行了比选,机场联络线穿越G60 高速公路桥墩推荐采用刀盘边线距离桩基0.6m 的中方案。节点方案选线原则和研究思路可为类似工程提供借鉴。