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城市道路改造中與地鐵共線段的路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
結(jié)合南方沿海某城市城市化公路改造工程實(shí)例,分析地鐵施工對(duì)城市道路路面結(jié)構(gòu)的影響;并提出與地鐵共線的段路面結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。
關(guān)鍵詞:城市化道路改造;地鐵共線段;路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
擬進(jìn)行城市化公路改造現(xiàn)狀為一級(jí)公路,位于南方某沿海城市,是該市區(qū)重要的干線性主干路。道路全長(zhǎng)3.2km,其中有2.4km與地鐵五號(hào)線共線,地鐵位于城市路正下方,現(xiàn)狀路面為水泥混凝土路面。地鐵在2011年初竣工通車,城市道路2011年底開始動(dòng)工建設(shè),本文結(jié)合該項(xiàng)目改造實(shí)例,分析地鐵施工對(duì)城市道路路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響;并提出與地鐵共線的段路面結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要點(diǎn),為類似的工程提供參考。
一、路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)前調(diào)查內(nèi)容
1)現(xiàn)狀路面使用性能評(píng)價(jià)
該城市全長(zhǎng)3.2km,其中有2.75km與地鐵共線,占路線總長(zhǎng)的88%。
現(xiàn)狀路面結(jié)構(gòu)為水泥混凝土路面,路面結(jié)構(gòu)為24cm厚水泥混凝土+20cm厚6%水泥穩(wěn)定石屑基層+18cm厚4%水泥穩(wěn)定石屑基層。
現(xiàn)狀路面使用性能主要分為兩種情況,與地鐵共線段和不與地鐵共線段。與地鐵共線路段路面破壞較為嚴(yán)重,道路不均勻沉降,板塊破碎現(xiàn)象較為普遍;不與地鐵共線段的路面使用性能較好,很少出現(xiàn)板塊破碎、裂縫現(xiàn)象。
圖1 不與地鐵共線段的路面使用性能情況良好 圖2與地鐵共線段的出現(xiàn)的不均沉降
2)地鐵修建的主要施工工藝
地鐵在站臺(tái)位置采用明挖施工,區(qū)間段采用礦山法施工。
二、地鐵施工對(duì)城市道路路面結(jié)構(gòu)的影響分析
地鐵的施工建設(shè)對(duì)本項(xiàng)目路面的影響主要如下:
1. 地鐵在本項(xiàng)目范圍設(shè)置了三個(gè)站臺(tái),站臺(tái)段的地鐵施工采用明挖施工,明挖范圍均位于現(xiàn)狀主線行車道范圍之內(nèi),開挖范圍的現(xiàn)狀路面板完全破除。
圖3 位于現(xiàn)狀主線行車道范圍之內(nèi)的地鐵明挖站臺(tái)施工
2. 大范圍開挖前地鐵施工深挖前需抽取地下水,以降低地下水位。結(jié)合本市同類項(xiàng)目的工程經(jīng)驗(yàn),大范圍的抽取地下水,會(huì)引起周邊地基的不均勻沉降。
3. 地鐵區(qū)間段采用礦山法施工,圍巖開挖后土體局部卸載而發(fā)生持續(xù)性松馳變形,土體重新固結(jié)沉降導(dǎo)致土層沉陷。
地下水位的改變和礦山法施工均會(huì)導(dǎo)致路面沉降,據(jù)地鐵設(shè)計(jì)單位介紹,地鐵施工導(dǎo)致的沉降值理論上應(yīng)控制在3cm內(nèi),但根據(jù)同類項(xiàng)目工程經(jīng)驗(yàn)及相關(guān)研究,路面最終的沉降量,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出理論值,和施工進(jìn)度及施工管理都有很大的關(guān)系,故路面的沉降量變異范圍很大。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查的情況,城市道路多處出現(xiàn)明顯的沉降,最大沉降達(dá)60cm(見(jiàn)圖4)。
圖4沿線最大沉陷位置圖 圖5地鐵明挖站臺(tái)施工路段的城市道路交通疏解
4. 為了配合地鐵站臺(tái)施工,地鐵設(shè)計(jì)單位對(duì)城市道路作了交通疏解設(shè)計(jì)(見(jiàn)圖5)。交通疏解后的行車道部分利用現(xiàn)狀城市道路行車道,但行車的方向發(fā)生改變,并非沿水泥板塊的縱縫的平行方向,板塊的受力性能發(fā)生了變化,且施工重型車輛進(jìn)出施工場(chǎng)地,整個(gè)交通疏解區(qū)域主線路面板塊已經(jīng)出現(xiàn)裂縫、斷邊、錯(cuò)臺(tái)的現(xiàn)象。
5. 地鐵在修建站臺(tái)位置,需進(jìn)行較大面積的施工開挖。按市交通建設(shè)有關(guān)文件,地鐵施工方在地鐵施工完畢后對(duì)開挖區(qū)域回填,回填的深度為頂板距道路交工面范圍,平均深度3~5m?;靥钔羺^(qū)域?qū)⒊霈F(xiàn)工后沉降,而且,工后沉降的持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)2~3年之久。
綜上所述,地鐵施工對(duì)本項(xiàng)目路基、路面的影響較大,主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面:一是對(duì)現(xiàn)狀路面直接產(chǎn)生的影響,較大范圍的破壞了現(xiàn)狀路面,二是對(duì)本項(xiàng)目建成后的遠(yuǎn)期影響,路基回填區(qū)域的工后沉降及長(zhǎng)時(shí)間不均勻“ 滯后沉降”直接影響路面結(jié)構(gòu)的服務(wù)壽命。
三、針對(duì)地鐵對(duì)本項(xiàng)目路基、路面的影響的應(yīng)對(duì)措施
針對(duì)地鐵對(duì)現(xiàn)狀路面產(chǎn)生影響的長(zhǎng)期性和不確定性,該城市道路設(shè)計(jì)單位周期性地對(duì)城市道路路基、路面狀況進(jìn)行調(diào)查,實(shí)時(shí)跟進(jìn)地鐵施工對(duì)該城市道路現(xiàn)狀路基路面的影響,包括地鐵施工開挖回填、地鐵交通疏解方案的實(shí)施等,調(diào)查的時(shí)間跨度達(dá)兩年之久。結(jié)合調(diào)查資料,針對(duì)地鐵施工對(duì)本項(xiàng)目路基、路面的影響,本項(xiàng)目在實(shí)施時(shí)序安排、設(shè)計(jì)方案等方面做了具體處理,主要有以下四點(diǎn):
1. 實(shí)施時(shí)序安排
由于地鐵施工過(guò)程中,材料堆放、施工機(jī)械侵占了城市道路大部分區(qū)域。而且地鐵施工繼續(xù)對(duì)城市道路產(chǎn)生影響,特別是地鐵在施工過(guò)程中,局部的方案還可能調(diào)整,這也給城市道路的改造方案帶來(lái)不確定性。故在地鐵竣工之前,城市道路改造工程不具備作業(yè)條件,城市道路改造工程的開工安排在地鐵竣工后進(jìn)行。
2. 地鐵建設(shè)和城市道路的建設(shè)的交界面質(zhì)量控制
地鐵站臺(tái)位于城市道路主線機(jī)動(dòng)車道位置,回填的深度為站臺(tái)頂板距道路交工面范圍,平均深度3~5m?;靥钯|(zhì)量直接影響了城市道路改造工程路面使用壽命。通過(guò)城市道路和地鐵建設(shè)主管部門溝通,明確地鐵和城市道路的建設(shè)的交界面位置,以及回填質(zhì)量要求。
地鐵建設(shè)和城市道路的建設(shè)的交界面位置為現(xiàn)狀城市道路路床設(shè)計(jì)標(biāo)高。路床標(biāo)高以下,為地鐵施工范圍,按照城市主干道的要求進(jìn)行回填。
表1 地鐵開挖回填區(qū)域質(zhì)量控制要求
路床頂面以下深度(m) 路基壓實(shí)度(%) 路基填料CBR 粒徑要求(cm)
主線 主線 主線
0~0.3 ≥96 ≥8 ≤10
0.3~0.8 ≥96 ≥5 ≤10
0.8~1.5 ≥94 ≥4 ≤15
>1.5 ≥93 ≥3 ≤15
3. 路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)前的檢測(cè)
(1) 地鐵開挖回填區(qū)域的路基質(zhì)量檢測(cè)
在路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)前,需對(duì)地鐵開挖回填區(qū)域的回填質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè),檢測(cè)內(nèi)容為回填區(qū)域的壓實(shí)度、填料CBR值、填料粒徑以及土基頂面的彎沉值。如驗(yàn)收合格,可進(jìn)行城市道路后續(xù)改擴(kuò)建施工;如達(dá)不到技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),必須對(duì)回填土進(jìn)行的處理。
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