郑州站西出口地道设计与施工

王春梅

(中铁第四勘测设计院集团有限公司,武汉 430063)

郑州站西出口地道设计与施工

王春梅

(中铁第四勘测设计院集团有限公司,武汉 430063)

郑州站西出口工程为郑州站改建工程,共有 3座地道,其中南、北旅客地道均为既有地道接长,宽均为7.05m,中央旅客进站地道为新建地道,宽 12m。由于本工程位于既有车站,周边环境复杂,制约因素多,设计、施工复杂。本工程的地道均采用明挖和顶进相结合的施工方法,而且为了适应本项目的特殊情况,南、北旅客地道顶进节的结构形式均采用了双层结构。以南旅客地道为例,主要介绍该地道的一些设计构思以及施工措施等。

既有铁路车站;地道;双层结构;架空;顶进;设计;施工

郑州站位于郑州市城市中心,京广、陇海客车线呈“十”字交叉引入,4条货车正线在郑州站西侧与郑州站基本平行通过(相距约 55m),将城市分割成东西两部分。由于客流集中于车站东侧,受城市道路和站前广场的交通制约,人流、车流进出站较为不便,为此铁道部提出了新建西出口站房工程。为了配合西出口站房工程,需将东侧的既有南、北旅客地道接长至西出口,并新建一座 12m宽的中央旅客进站地道下穿货线连接东西站房。

西出口工程位于既有车站内,地道修建会影响站内部分既有股道的行车,经与站内协商,既有 16、17道以及 4条货线均不能停运,因此施工时必须对这些股道进行架空处理。靠近东站房附近的地道,由于基坑深度不深,约 6.5m,可以采用明挖基坑现浇钢筋混凝土结构的施工方法。由于货线路基高程比东站房内其他股道高出 4.08m,基坑深达 10.5 m,若采用明挖法施工,开挖影响范围大,而且基坑深、防护难度大,因此设计采用了顶进法施工。结合本工程的特点,其中南、北旅客地道均采用了一种特殊的双层结构形式,该结构适应了本工程的特殊情况,为此类工程积累了经验,值得今后借鉴。

1 地质概况

表层为(1)1：Q4ml人工填土,稍密,潮湿,成分较杂,主要为粉土、砂夹砾碎石,局部表层为混凝土,Ⅰ类,σ[0]=100 kPa,厚 0 ～ 6.95m;其下为 (2)4-2：

Q3

al+pl粉土,褐黄色,稍密,稍湿 ～潮湿,局部夹薄层黏性土,Ⅱ类,σ[0]=120kPa,厚 2.3 ～ 3.2m;以下为(2)1-1：Q3

al+pl粉砂,褐黄色,松散,潮湿 ～饱和,局部夹薄层黏性土,Ⅰ类,σ[0]=80 kPa,厚 2.8～4.7m;以下为 (2)5-1：Q3al+pl粉质黏土,灰绿色夹褐黄色,软塑,局部偏硬,局部夹少量礓石,Ⅱ类,σ[0]=150 kPa,厚 1.8～3.5m;以下为(2)2-2：Q3al+pl细砂,褐黄色,中密 ,饱和,Ⅰ类,σ[0]=150 kPa,厚 0 ～1.6m;局部为 (2)2-3：Q3

al+pl细砂 ,褐黄色 ,中密,饱和 ,Ⅰ类,σ[0]=200 kPa,厚 0～1.2m;最后为(2)5-2：Q3al+pl粉质黏土 ,褐黄色 ,硬塑,局部夹 5%～10%礓石,Ⅲ类,σ[0]=220kPa。

地道结构除部分站台出入口位于(1)1填土层以外,其余结构基本位于(2)4-2粉土层和(2)1-1粉砂层内。

2 地道设计与施工

2.1 地道概况

地道中心里程为 GK676+229.304,为既有地道接长,即从既有 6站台转角接长上 7站台,并将洞身接长下穿货线通至新建西站房。

地道洞身宽 7.05 m,高 3.27 m,洞身长 138.596 m;出入口形式为双侧台阶式,宽 4.05 m,出入口单侧长19.04m。

地道洞身共分 5节,其中 4节采用明挖基坑现浇钢筋混凝土结构法施工;下穿货线的一节则采用预制钢筋混凝土顶进法施工。

2.2 地道结构设计

2.2.1 结构方案的确定

对于普通段的地道方案,由于基坑不深,设计采用明挖基坑现浇钢筋混凝土结构的施工方法。对于不能停运的既有 16、17道采用架空处理。

对于 4条货线,由于货车密度较大,不能停运。施工期间也必须要对股道进行架空处理。考虑到货线部分的路基比车站内其他段的路基高 4.08m,采用明挖法施工实施的可能性较小,其原因主要有以下几点：(1)该部分基坑深达到 10.5m,基坑防护困难,施工难度大,且防护造价高;(2)车站内货车密度大,站内要点困难,大部分时间只能在天窗时间作业,因此施工进度缓慢,无法满足工期的需要;(3)若明挖,股道架空的要求也必须相应提高,施工期间运输安全性降低。因此,决定采用顶进法施工。另外,考虑到地道顶进过程中,会在一定程度上造成路基隆起或沉降,危及到行车安全,为此,设计要求顶进过程中先将结构顶板的土体和道砟全部清除。为了减少顶部土体开挖的高度,尽量减小开挖对路基的影响,设计采用了双层结构形式,以抬高结构顶板的高度。

2.2.2 地道结构形式及尺寸的拟定

(1)结构形式

地道洞身和出入口封闭段均采用箱形框架结构,出入口敞开段采用 U形结构。

(2)尺寸的拟定

明挖现浇混凝土结构,在内净空上扣除装修所需的空间要求后与既有地道基本保持一致。在拟定结构厚度时,先参考类似工程初拟一个参数,然后采用SAP84结构计算软件进行验算,最后根据计算结果和配筋情况对原参数进行调整。根据本工程的地质情况及受力情况,经计算,明挖结构侧墙厚度采用 0.45m,顶、底板厚度采用 0.5m,其结构剖面如图1(a)所示;顶进部分的双层结构侧墙厚度采用 0.55m,顶底板结构厚度采用 0.6m,上下层结构之间的中间隔板厚度采用 0.3m,其结构剖面如图1(b)所示。

2.2.3 顶进部分

(1)结构设计

货线下的地道顶进节长度设计为 20m,采用了双层结构形式,上层结构与下层同宽。上层净空高为2.5m,其取值主要考虑以下因素：①结构顶板上部土体开挖深度要小;②地道顶进时可以在其上设置一定高度的支撑;③尽量降低结构的工程造价。设计考虑上层结构在竣工初期暂时封闭,以后可以作为管线通道。下层结构为旅客通道,结构宽 7.05 m,高 4.1m,与一般段在结构上存在一定高差,由于整个地道结构沿顶进方向为上坡,顶进角度较难控制,为此将该顶进节设计成平坡,并在净空上留足因坡度所引起的高差。地道内顶板保持与其他节地道顺接,高差留在下部,待地道顶进到位之后,再通过调整路面的厚度与其他节路面顺接。

图1 洞身结构剖面(单位：mm)

(2)顶进设计

顶进节结构长度的确定,主要考虑该节穿过 4条货线之后还留有一定的富裕长度,以拦截路基道砟或落石;同时顶进节也不易过长：一是为减少需要的顶推力,降低相关费用;二是尽量降低土建工程造价。综合考虑上述因素的影响及 4条货线的线间距,顶进节长度采用了 20m。滑板长度采用了 23 m。地道顶进段立面如图2所示。

如图2所示,设计时后背采用了桩基础加承台的结构形式。施工时原后背的位置作为施工通道使用,后背改为通过打设钢轨桩,桩后垫枕木垛,并通过锚索将钢轨桩锚固。如图3所示。

图2 地道顶进段立面(单位：mm)

图3 后背示意

经计算,地道顶进需要 8台 320 t的千斤顶,施工时设置了 10台,2台作为备用,同时在施工期间也可通过调整千斤顶的位置对结构进行局部纠偏。传力设备采用顶柱(截面为 30～40 cm的正方形),横向每 1 m布置 1根,横向共布置 9根,纵向可设 1～8m一节;千斤顶与顶柱之间或顶柱与顶柱之间采用横梁将顶力均匀传递,横梁长度为 9 m,纵向可每隔 5～6m设置1道。

2.3 股道架空

2.3.1 架空方案的确定

线路股道架空一般常采用租赁的成品便梁,但对线间距有特殊要求;另外,梁的支撑基础则一般采用人工挖孔桩。

本地道架空范围内的股道,除了两条正线外还有道岔,无法采用常规可租赁的便梁,如果定做,其造价太高,而站内需要加固的范围有好几处,其通用性差,不经济。因此,经过综合比选,最后决定采用自制纵横抬梁。

架空梁的基础,一般采用人工挖孔桩,桩长一般在14～20m,直径在 1.2～2m。在既有站场内,在行车密度大要点困难的情况下,深桩基的开挖及吊装钢筋笼的难度都很大,工期上也很难保证。因此施工时采用了 4根小直径(直径为 0.5m和 0.6m)的挖孔桩加上部承台来作为架空梁的基础。

对于桩的施工方法,本工程做了大胆的创新。把挖孔桩传统的人挖施工方法改成了采用洛阳铲施工,这样在桩基施工时,对操作空间和时间要点上的要求都有所降低,从而保证了工期,同时也规避了在既有车站内人工挖深桩基所存在的风险。

2.3.2 股道架空

南地道既有的 16、17道架空段位于 188号、200号道岔尖轨和导曲线范围内,地道中心距活动尖轨前端 5.71m,架空范围在 43 kg/m的 1/9道岔敏感地段,架空前停用 200号道岔。为确保 188号道岔在开启时正常使用,满足运行中所发生荷载的应力、刚度要求和架空体系的整体稳定性,线路加固采用以横抬梁为主、纵梁为辅的横向加固形式,挖孔灌注桩作为基础,以长16m的 I100型钢作纵梁,提高架空跨度,横抬梁由 2片长 6m[32槽钢背对背拼装而成,在每个枕木空档穿1根,有连接杆无法穿横抬梁时,加吊轨梁代替,扣轨采用 3扣轨束。横抬梁、纵梁、吊轨联接均采用 φ22 mm“U”形螺栓联接,横抬梁顶部加垫 20mm厚木垫板,与基本轨绝缘。线路加固时,增设防止线路位移的轨距杆,并在纵梁与钢轨间每隔 2m设方木顶撑,使整个场区架空形成一个加固体系,以策整体稳定。纵横梁实图见图4。

图4 股道架空纵横梁

架空支点采用挖孔桩作为基础,4组外侧的桩径为 0.5m,2组中间的桩径为 0.6m,桩长均为 8m,共计 24根。4组外侧的承台尺寸为 1.75m×1.75 m×0.6m,2组中间的为 2.1m×2.1m×0.6m,共计 6个。架空平面布置如图5、图6所示。

图5 南旅客地道架空平面布置(单位：cm)

图6 南旅客地道架空立面(单位：cm)

2.4 施工组织

2.4.1 线路架空

线路架空既是本工程施工的关键,也是本工程的重点,因此必须做好该部分的施工组织安排。

首先是进行工期安排,提出要点计划,根据初步安排,架空需要的慢行时间约 75 d,主要进行线路架空、现浇主体结构及拆除架空等工作;其次,对站房内通过架空线路的车辆实施慢行管理,慢行范围为地道中心里程前后各 20m,慢行总长 40m,慢行速度为 15 km/h。

然后开始进行桩基施工。桩基施工采用挖孔桩,设备主要采用 4套洛阳铲交叉进行开挖。开挖之前,对架空范围(洞身轴线两侧各 8m)内的线路进行扣轨防护(两侧 3扣轨束,中间 5扣轨束),开挖完毕后吊装钢筋笼并及时浇筑混凝土。

接下来是施作承台,承台模板采用木枕和钢模组合,位于枕木头位置处采用木枕,另两侧采用钢模,木枕同时起到加固线路的作用,模板安装要求具有足够的强度和稳定性,最后浇筑混凝土。

承台施工完毕后,即可进行横抬梁安装及纵梁安装。

2.4.2 结构施工

(1)明挖段

对于在既有线附近的出入口以及跨越既有线的那节洞身,采用钢板桩防护开挖;其他 3节洞身采用放坡开挖。基坑挖好后,做垫层及防水层,然后绑扎钢筋,最后浇筑结构混凝土。

(2)顶进段

货线的架空方案基本同站内 16、17股道。

先施工顶进工作坑,开挖时,基坑开挖边坡按 1∶0.75放坡,采用喷锚网防护。钢筋网间距为 20 cm×20 cm,采用 φ8mm钢筋;喷 C20混凝土厚 10 cm,锚杆采用 φ22mm砂浆锚杆,长 4m,间距为 1.5m×1.5m(梅花形布置)。框架顶进面不需喷锚支护,在地道南侧房屋范围内采用桩基围护垂直开挖。

基坑做好后,接着做滑板和预制顶进节结构,地道预制好之后,在地道顶部设置一定高度且稳定可靠的枕木垛作为架空梁的中部支撑(两头为挖孔桩)。如图7所示。

图7 顶进节

接下来开始顶进,当上部有货车通过时应停止顶进。一般情况下,每次可以顶进 0.6～1.0m,平均 1 d可以顶 3～4次,因此一般 1 d可以顶 3m左右。

地道顶进到位后,再进行结构两侧松动土体的回填夯实,必要时可采用注浆处理。顶部则用级配碎石加 5%的水泥回填,最后铺道砟和恢复路线。

3 结语

本工程地道的最终实施方案(包括地道结构形式、地道采用的施工方法、架空梁的形式以及桩基的施工等)均适应了本项目的特殊情况。同时保证了工期,而且在最大程度上减少了地道施工给站内行车所带来的影响。

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U 448.12

A

1004-2954(2010)07-0085-04

2010-05-12;

2010-05-17

王春梅(1972—),女,高级工程师,1994年毕业于重庆交通大学。