已运行地铁上方新建城市道路的设计技术要点

卢建

（江苏森尚工程设计研究院有限公司，南京 210000）

1 引言

中国城市化进程已进入高速发展阶段，尤其大城市市区土地开发高度集中，人口密度非常大，土地资源日益紧张，交通拥堵也成为常态。要解决这一问题还是要大力发展公共交通。轨道交通的建设是大城市公共交通的首选项，城市道路与地铁共线建设无疑可以充分节约土地资源，而且方便轨道交通与公交的接驳，最大程度上发挥公共交通的效用。通常，地铁实施的周期比较长，地铁建成后再建上方市政设施的情况也比较常见，其设计方案、施工措施会对地铁结构安全造成一定影响，直接关系到人民群众的生命安全[1]。本文就某已运行地铁上新建城市道路工程为例，介绍了该工程设计及施工过程中需要关注的技术问题。

2 工程概况

2.1 工程规模

本项目为城市主干路，全长2 051 m，红线宽45 m，设计速度为50 km/h，道路正下方为已经运行的地铁线，在本次实施的路段起点处有一个站点。建设内容主要包括：道路工程、桥涵工程、排水工程、管廊工程、交安工程以及景观工程等相关内容。

2.2 道路与地铁的竖向关系

道路位于地铁线正上方，设计路面距地铁隧道顶部距离为9.6～20.3 m，横向上距地铁隧道最近的雨水管道与隧道净距为9.6 m，道路、管线与地铁相对位置关系如图1 所示。

图1 道路、管线与地铁相对位置关系图

3 地质条件

沿线土层分布如下：①1杂填土、①2素填土、②1粉质黏土、②2淤泥质粉质黏土、②2A中粗砂夹粉质黏土、②3粉质黏土、③1粉质黏土、③3粉质黏土、④圆砾、⑤1强风化砂岩、⑤2A中风化泥质砂岩、⑤2中风化砂岩。

地铁隧道基本上位于⑤1～⑤2强风化砂岩、中风化砂岩中，仅一小段落约50 m 长位于②2淤泥质粉质黏土中。

4 已运行地铁线路上新建道路设计技术要点

4.1 地铁运行状况的监测

道路方案设计前需要掌握地铁的运行的监测数据，若监测发现有超标情况，需要先进行加固和修复处理。该段地铁自2017 年1 月投入运营以来，区间隧道永久性监测一直处于工作状态，监测项目包括：隧道收敛变形、沉降等。根据对运营期间最近的监测数据梳理，在本工程影响范围内隧道收敛变形均远小于50 mm，收敛值较小。本区间下行线有最大累计沉降-1.0 mm，最大隆起1.1 mm，沉降速率0.011。根据以上地铁永久性监测数据分析，该区间结构及线路目前处于安全状态，沉降和收敛变形基本稳定。

4.2 道路设计方案安全评价

道路设计方案需要提交有地铁设计资质的单位对地铁结构进行安全评估，制定相关控制标准。在计算分析及评估结果的基础上进一步完善设计方案，方案中必须包含地铁保护的专项设计。施工单位根据设计图纸制订相应的施工方案，设计方案及施工方案均需要经地铁部门组织的专家评审，以满足地铁结构变形控制要求，确保地铁安全运行。

4.3 浅挖段设计方案

本项目起点有一处地铁站，经对站点设计图进行校核，地铁站顶板至道路设计标高最小距离仅1.64 m。根据安评要求站点顶部路基换填不大于1 m，结构顶应保留至少50 cm 保护层，防止损坏防水层。该段路基设计将路床厚度最小降至40 cm，采取水泥稳定土替换正常路段的石灰稳定土，提高路床承载能力，路槽底部增加了一层5%水泥原槽翻拌处理。施工期间严格控制地面施工荷载，选用小型施工机械，避免使用大型运输车、施工机械等，路基采用静压碾压，避免震动对地铁结构及站内设备产生不利影响。采用上述措施后，既保证了地铁安全，也保证了路基及路面压实度、弯沉指标等满足设计要求。

4.4 高填方设计方案

本项目道路设计路基填高3.6～4.5 m，按照安评单位意见，道路施工过程中路基填方附加荷载不能超过60 kPa。本次对于高填方路段的路基进行了特殊设计，路基底采用50 cm碎石垫层，10 cm C20 垫层，C20 垫层中设置φ8 mm 钢筋网。然后分层铺筑泡沫混凝土路床，每层最大厚度不超过60 cm，在层间铺设φ6 mm 钢筋网，泡沫混凝土密度控制不大于600 kg/m3，28 d 抗压强度不小于0.8 MPa[2]。前后两侧与一般路堤搭接处设置过渡层，采用台阶式衔接，台阶高度0.5～1 m，坡比1∶1，如图2 所示。经过这样处理后，路基填方附加荷载满足安评要求，路基工后沉降也满足规范要求。隧道上方道路工程施工在本工程影响区段内管片最大沉降2.211 mm，最大收敛变形0.105 mm，满足规范要求。

图2 泡沫混凝土路基设计图

4.5 管廊设计方案

在道路的南侧绿带下方设计有缆线管廊，管廊采用单舱型，断面尺寸2.3 m×2.15 m，主体结构安全等级为一级，抗震设防烈度为7 度，管廊标准段顶部覆土0.5 m，管廊与地铁隧洞最小净距16 m，入廊管线包括12～16 回10 kV 电力电缆和24 孔通信管道。本段管廊基本均位于③层粉质黏土层，土质较好，管廊基坑开挖深度在2.6～2.8 m，基坑深度相对较小。基坑均采用放坡开挖，坡率1∶0.5，坡面挂网喷浆防护，放坡坡顶距离地铁隧道距离控制在13～16 m 左右，符合地铁施工安全净距要求。

4.6 桥涵的处理

道路沿线跨越两条规划河道，设计对桥梁和箱涵方案进行了比选，如图3 和图4 所示，采用桥梁方案，桩基与地铁隧道净距仅2 m，桩基施工过程中风险很大，经专家评审一致意见采用箱涵方案。

图3 箱涵立面图

图4 桥梁立面图

道路沿线有两座箱涵，1 号箱涵基础底面标高9.98 m，处于粉质黏土层和中风化泥质砂岩层，地基承载力特征值Fak分别为210 kPa 和280 kPa，均大于180 kPa，无须进行地基处理。2 号箱涵基础位于②2淤泥质粉质黏土中，承载能力不能满足设计要求，需要进行地基加固处理。同时，考虑到箱涵施工时基坑开挖卸载造成的隧道上浮风险，也必须对该段地基进行加固处理。设计采用水泥搅拌桩处理，处理后的复合地基承载能力特征值不小于180 kPa。另外，为减小基坑开挖时集中卸载的影响，53 m 箱涵分4 段延地铁中心线两侧对称施工，每一层的挖土深度最大不得超过2.5 m，在上一层土方挖完后间隔不少于5 d 方可开挖下一层土方，同时分段处上下两层土需放坡留台阶，坡度不大于1∶2，土方开挖以“盆式开挖”的原则，先开挖中部土方，后分块开挖周边土方，开挖一段完成一段后再开挖下一段。边坡支护的设计上，为避免打桩的振动，采用了格栅式水泥土桩挡土墙，搅拌桩直径600 mm，基坑深度5.8 m，嵌入深度8.1 m，如图5 所示。挡土墙经整体稳定性验算、抗隆起验算、抗倾覆验算、抗滑移验算均满足规范中一级基坑的要求。据Midas GTS NX 计算分析结果，隧道上方桥涵工程1 号箱涵施工在本工程影响区段内管片最大上浮0.472 mm，最大收敛变形0.013 7 mm，满足规范要求；隧道上方桥涵工程2 号箱涵施工在本工程影响区段内管片最大上浮0.189 mm，最大收敛变形0.121 mm，满足规范要求。地基加固、挡土墙、基坑开挖及箱涵施工期间加强了对既有区间隧道的监测，未发现隧道变形超预警值。

图5 箱涵地基处理及边坡防护设计图

4.7 施工全过程监测

建设单位委托专业单位在道路施工全过程中对区间管片沉降、收敛变形进行全过程全自动监测，信息化指导开挖、回填、碾压等施工作业。隧道上方及两侧路基回填（开挖）时采用分层、分段对称填土（开挖）施工，其中邻近地铁区域土方开挖分块、间隔进行。当隧道变形、沉降到达报警值时，立即通知相关单位，采取相应的合理措施予以控制。对管片收敛变形超过60 mm 的区间采用微扰动注浆加固处理，对收敛变形超过80 mm 的管片需采用钢环加固处理。对于管片裂缝接近0.2 mm 的，应加强对地铁区间隧道衬砌的监测，掌握裂缝变形情况，对出现的裂缝及时进行处理，防止裂缝继续发展，影响衬砌结构的稳定性[3]。对于部分管片存在渗漏水的现象，及时采用环氧砂浆对渗漏水处进行封堵修复。监测持续至项目施工结束后3 个月或直至既有地铁结构变形稳定。

5 结语

本文通过在已运行的地铁上方新建城市道路的工程实例，分析了涉铁道路设计过程中应注意的技术问题。首先，需要掌握已运行地铁的隧道安全监测情况，有问题先修复加固；其次，设计方案需要充分考虑对地铁结构安全的保护，方案需经专业单位进行安全评价及专家评审通过；最后，对于浅挖、高填方以及桥涵构筑物需要进行特殊设计，以满足对地铁隧道结构安全保护的要求。希望此案例对类似工程设计具有一定的借鉴意义。