下穿桥梁设计（精选12篇）
下穿桥梁设计 篇1
随着社会经济的增长与城市的飞速发展, 城市交通网络不断完善, 城市立体交叉道路数量的不断增加, 极大改善了城市交通状况, 为城市发展提供良好的基础条件。但是, 由于建筑物、广场和道路的建设, 不透水面积逐年增加, 而早期实施的雨水系统标准较低, 使得现有系统难以承受日益增加的积水状况, 尤其是下穿式立体交叉道路的排水系统, 问题越发突出。近年来不断有因降雨、特别是暴雨造成一些下穿式立交桥积水的报道, 有时积水深达1~2 m, 导致车辆熄火, 交通严重堵塞, 甚至威胁到人员的生命。为此需采取措施, 加强管理与维护, 减少或解决下穿立交桥积水问题, 更需对立交桥排水现有规范、规定进行反思与讨论。
一、下穿通道排水设计要求及设置原则
现行的《室外排水设计规范》 (GB50014—2006, 以下简称“规范”) 对立体交叉道路排水有以下要求:
(1) 雨水管渠设计重现期不应小于10年, 中心城区的重要区域设计重现期应为20~30年, 同一立体交叉工程的不同部位可采用不同的重现期。
(2) 地面集水时间宜为2~10 min。
(3) 径流系数宜为0.8~1.0。
(4) 下穿式立体交叉道路的地面径流, 具备自流条件的, 可采用自流排除, 不具备自流条件的, 应设泵站排除。
(5) 汇水面积应合理确定, 宜采用高水高排、低水低排互不连通的系统, 并应有防止高水进入低水系统的可靠措施。
(6) 立体交叉地道排水应设独立的排水系统, 其出水口必须可靠。
(7) 当立体交叉地道工程的最低点位于地下水位以下时, 应采取排水或控制地下水的措施。
按照规范应尽可能高水高排、低水低排, 减少汇入低水系统的汇水区域, 减少水泵提升量, 为此在下穿通道引道 (一般为U型槽) 起点附近设置道路反坡点, 人为地创造条件使引道以外的路面雨水不排入下穿通道低水系统。
下穿通道排水系统由雨水收集设施及雨水泵房两部分组成: (1) 在引道段的两侧设置边沟, 并在引道段与暗埋段交界的洞口内侧设置截水沟, 雨水经截水沟汇集后截至集水池。
一般引道段纵坡较大, 地面集流时间短, 流速快且集中流量大, 截流措施稍有不当雨水就越过横截沟直接进入通道, 造成通道积水。截水沟的宽度、设置的个数应根据截水沟进水设计流速、接纳流量确定, 并考虑一定的堵塞系数。相对于市政雨水泵站而言, 下穿通道雨水泵房虽设计标准较高, 但因相对汇水面积较小, 仍属于小型排水泵房。泵站的设置原则应符合以下原则:
(1) 排水泵站应能够及时、有效的排除设计标准下的雨水量 (包括地下水渗水及废水) , 一般设置在道路最低点处, 并且综合考虑周边道路管网系统及具体工程的可实施难易程度;
(2) 集水池有效容积应能同时兼顾正常情况和事故情况下的排水要求, 避免水泵频繁启停;
(3) 在排水设备出现故障时应能够及时报警, 以避免对行车及其它设备产生影响;
(4) 应采用相应的供电负荷并有多种方式控制排水泵的启停。
二、通道集水流量的计算
通道集水流量应包括两部分: (1) U型槽内集水。由于U型槽属于低洼路段, 周边雨水将直接汇集至U型槽两侧边沟, 通过在最低点设置截水沟将汇集的雨水截住, 收集至集水井, 此段雨水流量应按照流量计算公式Q=ψq F计算。 (2) 通道内渗水。当通道处于地下水位之下时, 或者通道较长时通道内渗水必须考虑, 根据通道 (或者隧道) 围堰地质情况, 一般按照其长度的最大涌水量来计算通道内渗水量。另外, 下穿通道内集水量还包括特殊情况下的消防废水。
对于下穿通道的排水设计, 集水流量计算是否正确合理, 将从根本上影响排水设计的质量, 并影响工程投资。
三、泵的选择
雨水泵的选择应依据雨水设计流量数据, 还需要考虑通道的平面布置情况, 如泵站可用空间较小, 就需要选择流量大的泵, 可用空间大, 可以适当增加泵的数量, 选择流量小的泵, 多台同时工作。选择的总原则是工作泵的流量总和要等于或大于雨水设计流量Q。如某通道50年一遇的最大暴雨量为0.20m3/s (合720 m3/h) , 则应选择3台泵, 每台流量可选择250m3/h。
按照《地铁设计规范》规定:洞口的雨水泵站宜设三台排水泵, 最大水量时三台泵同时工作, 每台泵的排水能力应大于最大小时排水量的1/3。即雨水泵房不设备用泵。根据已建通道设计经验, 考虑到通道排水的重要性, 有必要设置备用泵。
四、集水池调节容积的计算
因雨水流量受降雨强度影响, 变化较大, 时多时少, 水泵启停依靠人工控制很困难也麻烦, 因此雨水泵的启停常采用自动控制。在《室外排水设计规范》第4.21条规定:“集水池容积, 应根据水量, 水泵能力和水泵的工作情况等因素确定。一般应符合下列要求:雨水泵房的集水池容积不应小于最大一台泵30s的出水量 (注:当水泵机组为自动控制时每小时开动水泵不得超过6次) ”。随着水泵技术的不断提高, 电动机的特性有了很大的改善, 但水泵的频繁启动仍对电机有较大的伤害, 因此在实际工程案例中, 在条件允许的情况下, 会比较保守的将集水池容积放大, 以满足最大一台水泵3-5分钟的出水量, 同时, 还采用多液位控制或延时启动的方式控制水泵启停, 尽量减少水泵的启停次数。
五、具体工程实例
1设计计算
《同集路改造工程——旧324国道下穿同集路》的雨水泵站设计中, 暴雨重现期采用50年, U型槽汇水面积1.3公顷, 经计算, 雨水提升泵站设计流量Q=3600m3/h。根据泵房结构形式, 同时应建设单位要求, 选择五台潜水排污泵, 按三用一备一检修的方式运行。
2工艺参数
由于设计标准提高, 设计雨水重现期为50年, 一般情况下, 雨水泵站的流量很难达到设计流量, 因此采用多水位启动的方式控制水泵。提升泵站设计停泵水位、报警水位一、报警水位二等三个水位控制点。其中集水池中的水位达到启泵水位时, 启动一台潜水泵;若集水池中的水位达到报警水位一时, 再启动一台水泵, 两台水泵同时运行;若水位达到报警水位二时, 再启动一台水泵, 三台水泵同时运行。如此运行, 减少水泵频繁启停次数。
雨水提升泵站为全地下室结构, 位于旧324国道下穿同集路通道南侧最低处, 泵站平面设计尺寸为13000×5600mm, 正常运行时有效水深为1m, 有效容积为72.8m3, 满足单泵3.64min的出水量。设置5台潜水排污泵, 水泵参数如下:
数量:5台 (三用一备一检修) 、流量:Q=1200m3/h、扬程:H=14m。
功率:P=75k W、转速:R=985r/min、泵重:m=1676kg
安装方式:自耦式安装 (具体安装尺寸参照订货设备安装大样) 。
要求水泵泵体流道宽敞, 固体物容易通过, 纤维不易缠绕。
运行方式:五台水泵互为备用, 依次序循环启动, 即本次启动1#水泵、2#水泵、3#水泵, 下次启动时优先启动4#水泵、5#水泵及1#水泵, 依次循环。
3排水系统工艺流程 (图1)
结语
城市下穿通道排水设计是一项系统工程, 涉及道路、排水、结构、电气及自动控制等多专业, 设计中要根据片区规划, 结合工程实际, 选择合理的设计参数, 最后进行计算, 同时并对泵站选址、建造型式等进行多方案的比选以确定最优方案, 保证通道排水系统的安全可靠。
摘要：本文通过对下穿通道排水设计过程介绍, 包括设计标准及设计原则、设计流量的计算、泵的选择、集水池调节容积的确定及其它排水设施的设计如截水沟等设置建议, 对下穿通道排水系统设计进行了全面的分析和介绍, 为今后进行下穿通道的设计提供了参考。
参考文献
[1]李铁鹰.自控泵站集水池容积的计算问题探讨[J].中国给水排水, 1995 (06) .
[2]曾国保.地铁内排水泵站的设置[J].城市轨道交通, 2006.
[3]GB50014-2006, 室外排水设计规范[S].
[4]张中和.给水排水设计手册第五册[M].北京:中国建筑工业出版社, 2004.
[5]GB50157-2003, 地铁设计规范[S].
下穿桥梁设计 篇2
关键词：长下穿隧道；老城区；地下空间
老城区普遍存在道路系统结构性差、交通基础设施不足等交通问题[1]；以老城区为中心的圈层式扩张的城市发展模式，使得老城区成为城市综合交通系统中的瓶颈，阻碍了城市综合发展。常规的地面交通设施建设面临征地拆迁难、建设成本高、维稳压力大等问题，工作开展难度大，实施可操作性差。结合地下空间建设开发的长下穿隧道通道是一种解决老城区综合交通问题的有效措施。
1中山市老城区综合交通调查
1.1机动车保有量持续高速增长，道路交通供需矛盾日益突出
截止到2014年底，中山市主城区私人小汽车总量为20.15万辆，近几年年均增长速度为22%，而主城区道路长度年均增长速度仅为5.5%，道路增长速度跟不上机动车的增长需求。石岐区等老城区机动车保有量最高，但是近年来基本没有新增道路交通设施建设。
1.2路网存在结构缺陷
受老城区的阻隔，主城区路网存在严重缺陷，老城区是主城区的交通瓶颈。老城区范围内（南北2.2km，东西2.1km）缺少贯通的通道。由于老城区道路系统结构缺陷，穿过性交通更多依赖外围城市主干道进行交通组织转换，即为中山二路-华柏路-莲塘北路-莲员西路-中山一路通道，见图1。但是，这5条通道道路路面空间不足，车道数量有限，且道路开口较多，道路两侧用地以商业和居住用地为主，均不具备成为交通性主干道的条件，道路交通压力极大，交通拥堵严重。沿线中山路-富华道交叉口等7个主要交叉口高峰小时饱和度超过0.90，是主城区现状交通拥堵最为严重的交叉口。交叉口转向交通流量非常大，主要由大量穿越老城区交通需要绕行导致。
2老城区综合交通改善思路
以私人机动车交通为主导的交通模式在老城区不可行。由于老城区用地已经基本建成，未来以控制和保护为主，建设用地开发和更新数量较少，交通需求偏低。中山市老城区现状建设用地平均开发容积率为1.2；按照《历史文化名城》，未来建设开发将进一步减少，客流上难以支撑城市轨道交通。因此中小轨道交通线网布局一般布设在老城区外围。以公共交通和慢行交通为主导的综合交通模式是老城区综合交通发展的根本途径[2]。道路交通是综合交通发展的载体，根据杭州、宜昌、成都、深圳、南京等城市的发展经验，完善道路交通系统是城市综合交通发展的基础和条件[3]。
3下穿隧道功能需求
老城区下穿隧道功能主要体现在以下三个方面。⑴完善主城区路网结构：通道的建设将有效完善主城区道路系统结构，分流穿过性交通，均衡交通流量分配，缓解环老城区道路的交通压力，改善主城区交通拥堵。⑵引导综合交通发展：通过对地面交通的分流，将更多的地面道路交通资源分配给公共交通和慢行交通，引导老城区向以公共交通和慢行交通为主导的交通模式转型升级。⑶提升老城活力：以下穿隧道的建设为契机，引导老城区地下空间综合利用开发，包括人防、地下公共停车场、地下场站设施、地下慢行空间等，为老城区带来新一轮的建设潮，有效引导老城开发。加强老城内外交通联系，为老城注入人流，提高老城区活力。
4下穿隧道交通组织设计
下穿隧道通过与地面城市道路的衔接、与地下车库连接及利用地下车库的交通组织转换3种方式进行交通组织衔接，充分发挥下穿隧道的功能和作用。
4.1与城市道路的衔接
长下穿隧道通过与城市道路的衔接，满足各方向进出和使用隧道交通功能需求。结合道路建设条件和节点交通转向需求进行详细规划设计分析，包括右进右出匝道、定向匝道等多种衔接方案。
4.2与地下车库的衔接
通过直接与地下车库的衔接满足老城区主要项目的进出交通需求。一般为右进右出的交通组织方式，减少工程难度和投资费用。其中方案设计中要进行有必要的渐变和展宽，保证隧道主线通行能力和交通安全，见图4。
4.3利用地下车库的交通组织转换
地面道路条件受限的区域，利用与主隧道衔接的地下车库进行交通组织转换和进出交通需求。用双侧右进右出的匝道方式实现地下车库与下穿隧道的连通，地面交通进出隧道利用地下车库出入口；下穿隧道的交通组织和转换通过两层地下车库实现。
5下穿隧道规划设计方案
5.1建设条件
⑴工程地质条件：地层基本为第四系人工填土、海陆交互相沉积层、残积层及燕山期花岗岩层。⑵水文地质条件：项目区地下水为微承压水；中砂层为主要含水层；地下水埋深0.95～1.20m，标高1.22～1.51m。⑶地下管线情况：老城区现状主要为2、3层的旧建筑，基本无深基础；老城区地下管线埋设深度一般为地下-3m以上；部分雨水、污水管线埋设深度较深，达到地下-5m。
5.2建设项目工程技术标准
根据本项目的道路功能、服务对象、地理位置、预测交通量的分析，结合《城市道路工程设计规范》（CJJ37-2012），通道主要技术标准为：①通道的道路等级：城市主干道。②设计车速：40km/h。③车道数：双向4车道。④坡度控制：一般路段不大于3%；特殊条件路段不大于3.5%。⑤下穿隧道深度应设置在地下5～12m左右，有效控制管线迁移。
5.3规划设计方案
依托于现状路网和规划道路系统，结合主城区用地规划，规划东西向和南北向下穿隧道，完善城区道路系统。东西向隧道起点位于翠景道以西（建筑间距55m），终点位于兴中道以东（建筑间距32m），隧道总长度4.6km（含起坡段）。隧道在孙文东路的起坡段涉及拆迁，拆迁建筑面积约为5500m2。规划设计下穿隧道与城市道路的衔接3处；与沿线8个大型项目的地下停车场衔接，可服务覆盖停车泊位9800个；规划孙中山纪念堂公园交通枢纽地下车库进行交通组织转换，枢纽规划打造为集社会公共停车、公交场站、慢行为一体的综合公交枢纽，并采用TOD综合开发的模式，增加老城区交通设施供给的同时带动老城区城市建设发展。南北向隧道起点位于中山路以南（建筑间距36m），沿悦来南路向北铺设，利用湖滨中路通道继续向北，至康华路附近西折，顺接康华路南段（建筑间距40m），通道全长3.1km（含起坡段），见图7。隧道在悦来南路的起坡段拆迁建筑面积约为5500m2；在康华路的起坡段拆迁建筑面积约为6000m2。规划设计下穿隧道与城市道路的衔接3处；与沿线3个大型项目的地下停车场衔接，可服务覆盖停车泊位3500个。
5.4造价估算
报告推荐采用LXK工法。东西向下穿隧道总投资费用为16亿元，主体隧道工程施工总费用为12.4亿元，含拆迁费用0.9亿元。南北向下穿隧道总投资费用为13.42亿元，主体隧道工程施工总费用为9.59亿元，含拆迁费用1.84亿元。
5.5实施评价
通过东西向和南北向长下穿隧道的实施，完善了主城区路网结构，均衡交通流量分配，有效解决了环老城区的道路交通拥堵；经过模型测算，建设下穿隧道后，主要道路交通压力减少20%以上。通过交通分流，将更多的地面交通空间资源留给公共交通和慢行交通，有效促进了老城区综合交通发展和转型升级。由于城市道路建设的征地拆迁成本高、社会维稳压力大，实施难度大，长下穿隧道的建设更为经济、可行。以东西向隧道为例，建设4.6km的主下穿隧道总建设成本为12.4亿元（含征地拆迁），与莲员西路扩宽改造（湖滨路至合益路段）长为780m的投资基本相当。长下穿隧道与老城区重大项目的地下停车场进行了有效连接，重大综合交通枢纽采用综合建设开发模式，更加带动了老城区的建设和发展。
6结语
在老城区交通基础设施征地拆迁难、建设成本高、维稳压力大的背景下，长下穿隧道方式有效避免了上述问题，实施可操作性更高；同时通过合理的规划和设计，以地下空间的建设，进一步带动了老城区建设发展。长下穿隧道的安全机制、与重大项目衔接的交通组织和交通管理、投融资模式和机制可再进行深入探讨研究，切实保证规划的落实实施，引导老城区综合交通发展。
参考文献：
下穿桥梁设计 篇3
摘要：随着城市轨道交通行业的迅猛发展，出现了大量新建地铁隧道穿越既有铁路的工程。新建地铁盾构隧道下穿既有铁路线路过程中不可避免会造成开挖面周围土体的扰动，进而引起地表变形，使既有铁路线路发生隆沉变形，过大的变形甚至会影响铁路的运营安全。本文针对地铁采用矿山法下穿客专进行阐述分析。
关键词：地铁下穿客运专线；矿山法；施工技术
1、工程概况
（1）工程背景
被穿越客运专线采用CRTSⅠ型板式无砟轨道，扣件采用WJ-7型扣件。地铁开工建设时，被穿越的客专已开始静态验收，无砟轨道线路钢轨已精调并焊接锁定，工后沉降要求高。
若按照车站施工完成后，盾构掘进下穿高铁，则高铁运营后才能施工至客专下方，盾构施工对上方铁路沉降控制风险极大。
为减少地铁施工对客专的影响，结合中间风井的设置，于客专旁设置中间风井，采用暗挖法提前施工客专下方隧道，于客专运营前前完成矿山法隧道的施工。
图1 矿山法隧道与客专位置关系平面示意图
（2）工程地质情况
根据地勘资料显示，穿越段主要地层为由上至下依次为人工素填土、粘土、泥岩。
名称容重
/弹性模量
泊松比
粘聚力
内摩擦角
层厚m
人工素填土19////3
粘土19.970.3135145.3
全风化泥岩2080.320156
强风化泥岩22.1160.2525254.5
中风化泥岩23.4 30339
2、优化设计
（1）平面优化
客专于D1K153+700～+750段以框架涵上跨城市道路，框架涵本身刚度较大，且框架涵底部采用CFG桩地基加固，有利于沉降控制。故选择地铁从成洛路下穿隧道框架段下方通过，且下穿段线间距增大为21m。
CFG桩地基加固参数如下：CFG桩直径0.5m，间距1.5m，桩长约7.5m，采用梅花形布置，掺水泥级配碎石
（2）线路纵坡优化
调整线路纵断面，增大隧道埋深，使矿山法隧道完全位于中风化泥岩地层内，拱顶埋深27.7m，拱顶上约9m为中风化泥岩层。
（3）设计参数
区间正线矿山法隧道断面近似为圆形结构，内净高为8.1m，内净宽为8m。初期支护采用间距0.5m的 I22全环型钢钢架，及0.3m厚C25早强喷射混凝土；二衬采用0.5m厚C40钢筋混凝土。超前支护采用自进式锚杆。
3、施工工艺控制
矿山法隧道施工中重点从以下几个方面进行进行工艺控制：
（1）严格遵循“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”的18字原则组织施工。
（2）拱部120度范围设置超前自进式锚杆，外插角10度，注浆压力0.8～1.2MP，注浆类型为1：1水泥浆液。过程中严格执行经试配选定的配合比，控制注浆压力及稳压时间，以保证浆液的渗透范围。
（3）为减少爆破震动对地面客专沉降的影响，采用人工风镐配合挖掘机破碎锤方式进行开挖。
（4）为确保左右线同时施工时的安全，左右线开挖错开5m米进行。
（5）开挖时遵循及时封闭的施工原则。做好土方开挖、钢架安装、初支混凝土喷射工序的协调配合，做到工序间无缝搭接，使隧道开挖后及时封闭成环，保证隧道的初支稳定性。
（6）采用上下台阶法施工，上台阶预留核心土，核心土按1：0.3放坡，长度1.5m～2m。
（7）下台阶施工时，开挖采用左右侧边墙错位开挖的方式进行，以防整环拱脚全部悬空。先开挖一侧的边墙，开挖步距为一个钢架间距，单侧挖至设计轮廓后，安装钢架，喷射混凝土；单侧完成后再进行另一侧边墙的开挖及支护，最后实施剩余的仰拱。
（8）初支封闭成环后，及时进行背后注浆，注浆压力0.3～0.5mpa。注浆管采用Φ42钢花管，壁厚3.5mm，长度0.7m，注浆管间距1.0m×1.0m，梅花型布置。注浆管在初支混凝土施工前进行预埋，注浆管外露初支结构0.15m，采用注浆机注1：1水泥砂浆。
4、监测方案
监测工作的目的是获取隧道变形及地表的沉降数据，确保客运专线轨道沉降满足要求。监测内容主要包括地表沉降、客专路基沉降、拱顶下沉等。
4.1地面及路基沉降监测点布置
地表沉降观测点：沿线路中线每5m布设一个断面，每个断面11个点。
地表测点布置图
路基沉降观测点：沿线路前进方向在线路股道之间以及最外侧两侧股道之间设置沉降观测点，观测点间距为5m，总监测范围为160m。
4.2、既有铁路路基沉降控制指标
由于客专无碴道床沉降值涉及到铁路轨道结构安全及铁路行车安全，其控制指标应当充分考虑既有铁路轨道变形控制标准，并根据既有铁路现状周边设施，参考国内类似工程经验和现场测试数据，在综合考虑理论计算分析值的基础上考虑一定的安全系数，制定路基沉降控制标准，见表2。
客专无碴轨道路基沉降值控制指标mm
变形报警值（mm）控制值（mm）
客专路基段1.52.5
4.3监测频率
监测频率为：在施工前前进行第一次监测，以取得基准数据。距掘进面<2b（b为洞径）时，6次/天；距掘进面<5b 时，2次/天；距掘进面>5b时，2次/周。
4.4监测结果分析
根据监测数据分析，矿山法隧道完成后，客专路基最大沉降量为1.6mm。
5、结论
根据项目特点及现场地质条件，提出了客专段矿山法穿越的施工方案，在客专运营前施工完成地铁，极大的降低了地铁运营风险。
按照“管超前，严注浆，短开挖，强支护，快封闭，勤量测”矿山法隧道施工原则，可有效控制沉降。研究成果对类似工程有借鉴价值。
参考文献：
[1]王晓峰 隧道浅埋暗挖法下穿既有建筑施工综合技术[J] 公路交通科技 2013.8 189-192
[2]劉春阳 地铁盾构隧道下穿既有铁路安全性分析[J] 石家庄铁道大学学报（自然科学版）2013.9 69-72
城市下穿地道工程设计 篇4
随着城市空间压力空前加大, 城市下穿地道成了缓解压力的有效途径, 它的发展也受到越来越多人的关注。城市下穿地道是一种特殊的地下空间结构, 它与地下建筑不同, 但也与地下建筑的差异性有较大的区别。城市下穿地道是建立在城市人群密度高、交通拥堵的区域, 被广泛应用于缓解城市交通压力。城市下穿地道工程在解决干路交叉问题上具有重要的作用, 它不占据地面以上空间, 对街面景观影响较小, 打破了高架立交的单一局面, 拓宽了城市道路立交思路。
1 城市下穿地道简介及意义
城市下穿地道是城市的重要交通部位, 它一般是穿越铁路、公路、城市主干道时采用的地下形式, 中间部位是封闭箱体, 两端为引路。下穿地道有多种形式的结构, 包括有简单的和直接的渠道、专门的人群通道、商业大厦地下商业步行街等形式。
城市下穿地道的建设不仅可以有效缓解交通压力、减少事故发生, 而且能够有效提高空间利用率, 搭建完善的交通系统。城市下穿地道的建设能够提升城市形象, 改善交通出行状况, 对提高城市基础设施的服务水平及城市化的发展有重要意义。
2 工程设计特点
2.1 主要结构设计
城市下穿地道的地下水平坑道会根据不同的环境情况做出相应的调整, 一般而言, 会根据所在地区的埋置深度分为深埋和浅埋两种, 浅埋一般在距地表5 m之内的地方施工, 这种不采用暗挖法的修建结构被称为浅埋结构。城市修筑地道桥一般采用这种方式施工, 超出5 m范围的则按隧道标准考虑。
城市下穿地道工程设计一般会包括引道敞开段、地道出口遮光段、暗埋段和中央天窗段等四部分。地道有两孔框架式或多孔式结构, 一般会采用钢筋混凝土闭合箱体的结构模式。而城市下穿地道工程建设暗埋的箱体结构跨径较大, 为了加强节点的抗压能力和韧度, 箱体角部会加设梗腋, 而腋角比例也会控制在3∶1之内, 这样才能发挥箱体的最大作用, 使得混凝土最大限度的起到加固角部的作用。
2.2 地道结构分析及计算类型
城市下穿地道工程可以分为多种类型, 首先我们按照埋置深浅的不同可以分为浅埋和深埋两种, 浅埋主要是指覆土厚度在5 m以内, 同时也不采取暗挖法兴建的下穿地道工程。目前我国大多数城市下穿地道工程都不会超过这个埋置深度, 若超过5 m的埋置深度, 即可分为深埋工程类型。其次城市下穿地道工程按照形状可以分为巨型框架结构、圆形结构、拱与直墙拱结构、薄壳结构、敞开式结构等。城市下穿地道工程设计在结构力学计算模型上可以分为三种, 第一种是主动荷载模型, 第二种是假定弹性反力模型, 第三种是计算弹性反力模型。
2.3 横向受力分析
一般的地道设计按照横向受力控制, 不能计算在纵向上, 应根据构造要求配筋。一些资料上当隧道长度不大时, 它的纵向分布的钢筋面积不小于10%的横截面面积的受力钢筋, 不小于最小配筋率。如果地道的长度非常大, 则应仔细考虑地道纵向受力情况。城市下穿地道的整个断面是非常大的, 就好像一个庞大的箱体支撑在弹性支座上, 它的整体纵向受力不计算, 但在顶层的局部荷载作用下, 弯矩在纵向上, 会导致其他类型的弊端。
2.4 地下承压水的处理
由于城市对于下穿地道的建设美观度有较高要求, 因此对地下水的处理也有更高的标准要求。一般城市建造下穿地道时会采取以“以行为主, 预防、排、切、堵结合”的原则。城市下穿地道两侧应采取有效措施防止地下水的渗透, 尤其是预防地道两侧挡土墙体的膨胀渗透。同时做好相应的引水工作, 防止因阴雨天气雨水不能及时排出造成地道积水, 影响民众出行和城市美观度。最重要的是做好加固工作, 防止因地道潮湿导致土质疏松, 进而出现坍塌事故。
2.5 地道雨水系统设计
雨水系统主要设置在道路的最低点处, 用于将地道内的雨水注入泵站。地道传统的排水系统是组合式炉排系统, 组合炉排集水井的大小应根据计算确定, 并且要考虑篦堵塞系数, 系数一般为1.2~1.3。它根据道路的横断面布置, 集水井位于道路两侧, 当地道是一条路时, 两边的雨水收集在一个对称布置的集水井内, 若道路比较窄, 则在一旁设置集水井即可。当地道是三条道路时, 即单独的机动车道和非机动车道, 一般则安排四组集水井。一般来说, 非机动车道间隙小, 引路是1 m~2 m, 高于机动车道, 然后连接到雨水收集管道。集水井的结构形式可采用砖砌筑或混凝土结构。目前, 地道排水系统设计标准较高, 由于雨水流量较大, 纵向设置的集水井不能满足设计要求时, 可以在最低的支路的横沟排水地道收集雨水, 多为U形槽结构, 即保留横沟在U形槽结构。
3 解决措施
3.1 下穿地道排水系统设计
城市下穿地道工程一般在道路穿越铁路、建筑等采取的施工方式, 中间多为封闭的箱体, 两端为道路, 交叉地点多在地下, 因此, 下穿地道工程最需要注意的就是排水系统设计, 首先要确保雨水不会涌入地道, 其次要保证地道里面的污水能够及时排除, 若下穿地道工程排水系统处理不到位, 往往会影响交通, 威胁人们的生命安全。地道排水系统主要有雨水排除系统和地下水排除系统, 雨水排除系统主要由雨水收集、输水管道、雨水提升泵组成, 由于道路坡度较大, 导致雨水沿路径流动速度更快, 因此该系统一般会设置在地道路面的最低处。而地下水排除系统主要由盲排水管、地下泵站组成进行排水。
3.2 盲沟系统设计
当地道低于地下水水位时, 系统应进行消除地下水盲沟设计。该系统是为了保证路基处于干燥状态, 使地道具有足够的稳定性, 避免坍塌的设计。传统的盲排管采用无砂滤器, 但由于无砂滤强度低, 易破损, 已逐渐被软水管所取代。这种软水管是一种新型的管道, 它的水管直径根据地下水水量一般用D200 mm或D300 mm的管道, 其管道本身具有可渗透的特点, 而且具有抗压强度高, 重量轻, 经久耐用, 安装和连接结构简单等优点, 特别是管道可以直接连接, 能够有效减少连接井的数量。
3.3 地道防水设计
地道防水设计是城市下穿地道工程的重点和难点, 它的设计一般有以下几点:
1) 整体设计, 对地道标高的交叉口现状, 要改变不利地形交叉口引流情况, 改善下雨时地道内部的积水情况。
2) 在地道的开口部分, 应在道路两侧1.1 m左右的距离作防水墙, 及时阻塞地道外部的水进入地道。
3) 地道的给排水设计, 在进行地道的给排水设计时, 应提高地道的排水标准, 优化排水管的布置, 使其能够在恶劣天气出现时仍能及时快速的将水排出, 以保证居民的出行安全和城市运行。
3.4 地道排水泵站设计
下穿地道排水泵站的功能主要是为了及时排除在地道内的雨水、地下水, 而现在越来越多的地道采用潜水泵进行排水工作, 它已逐步成为地道排水泵站的主流产品。排水泵站的位置应选择在地道附近的最低点, 排水管的距离应控制在200 m以内, 并应选择最近的安全排水区, 提高利用效率。
4 结语
城市下穿地道设计是一个系统的工程, 涉及到道路、排水、自动化等多项专业内容, 尤其是排水系统, 更是体现文明城市的用心程度, 是确保区域交通安全的重要领域, 应在合理的区域情景组合内选择设计参数, 选择最优方案, 做出可靠的良心工程建设。
摘要：论述了城市下穿地道的意义, 分析了城市下穿地道工程设计的特点, 探讨了下穿地道排水系统、盲沟系统、地道防水及排水泵站的设计方法, 有利于提高空间的利用率, 缓解城市交通压力。
关键词：城市下穿地道,排水系统,防水设计,雨水
参考文献
[1]刘义虎, 张天乐, 张进华, 等.基于安全停车视距的螺旋地道圆曲线方案比选[J].中外公路, 2009 (5) :5-8.
[2]张卉.城市快速路出入口道路交通规划问题探析[J].中国新技术新产品, 2010 (22) :78.
下穿桥梁设计 篇5
我国传统的明挖下穿隧道工程防水技术，主要的工作流程为勘测实际环境、统计勘测数据、分析勘测数据、制定施工各项标准、设计施工图纸[2]。通过此一系列工程，能够在最基本的角度上保证隧道的防水性能。但大自然环境的变化是无穷无尽并且难以预测的，使得隧道往往会面临各种复杂的环境，导致最基本的防水性能无法应对这样的变化，因此从实际的效果角度上，传统防水技术的效果并不良好，仅能应对有限的自然环境。
2.2近代防水技术
随着科技的发展，明挖下穿隧道工程防水技术也得到了提升，在近代的隧道工程中，为了实现更高效的防水性能，多数的工程会参考国外的先进案例，结合当中的设备、技术、标准进行施工，在最基本的施工流程上，增加了许多相关的先进配置、材料，确实使隧道的防水性能得到提高。但基于成本的角度，隧道工程为了实现更高的防水性能，会大规模的采购先进的设备、技术等，导致成本大幅度上涨，导致工程开展缓慢、工程规模减小等，不利于社会的发展推进。
2.3现代防水技术
下穿桥梁设计 篇6
【关键词】盾构；地铁施工；应急预案；下穿
引言
在城市地铁隧道施工过程中，往往会遇到需要穿越既有隧道的工程难点。由于新线施工会不可避免地引起既有线的沉降，而地铁运营又对既有线的轨道变形有非常严格的控制标准，因此这类下穿问题对既有线路的安全形成了严峻的考验，成为地铁建设中等级最高的风险工程。为了保障地铁施工及运营安全，在下穿施工时编制下穿既有线的施工应急预案对控制和管理风险来说非常有必要也是必需的[1-3]。
1、工程概况
某盾构区间隧道下穿地铁区间既有隧道。新建右线隧道与既有线之间的净距为1.46m，新建左线隧道与既有线之间的净距为1.23m。既有线隧道主要位于砾质粘土层和全风化花岗岩层中；新建区间隧道主要穿越全风化花岗岩层和强风化花岗岩层，两隧道之间土体为全风化花岗岩。
交汇点最近点距离施工车站只有31米，地面交通繁忙，车流量大。下穿的既有线路是目前正在运营的地铁线路，是市区主要交通线路，列车运行频率高、人流量大。
2、主要风险：
根据盾构区间隧道下穿既有线区间隧道的工程特点、难点和重点以及工程所在地的工程和水文地质条件，经深入研究分析，确定本项目安全风险源如下：
（1）隧道开挖引起地铁既有线沉降变形超出控制指标；
（2）盾构施工过程中发生喷砂涌水现象；
（3）暴风雨侵袭；
（4）地面、地下管线沉降超过控制值；
（5）发生高处坠落、火灾、机械伤害、中毒、传染病传播等事故。
3、安全风险预防措施
（1）认真分析工程和水文地质资料，做好超前预报；
（2）采用土压平衡模式掘进，加入膨润土或泡沫，改善土体和易性，使土体中的颗粒和泥浆成为流动性良好的整体；
（3）加强施工管理，严格按设计交底施工；
（4）成立抗洪抢险领导小组和抢险救灾队伍，与当地气象部门密切联系，做好预防工作；
（5）施工场地附近设专门抢险救灾物资库，道路保持畅通；
（6）工地设医务室，和附近医院建立密切联系，配齐必要的医疗器械；
（7）定期和不定期组织防火检查，督促火险隐患的整改。
4、应急预案工作流程
根据下穿地铁既有线施工的实际情况，认真组织了对危险源和环境因素的识别和评价，制定本项目发生紧急情况或事故的应急措施，其应急准备和响应工作程序见图1：
5、应急处置
5.1应急处置启动条件
（1）地铁既有线施工监测项目控制值及变化速率超过控制值；
（2）地下管线及地面监测项目控制值及变化速率超过控制值；
（3）暴风雨天气。
5.2应急响应程序
施工监测数据和施工值班人员发现情况达到应急处置启动条件时，在第一时间向应急领导小组组长或副组长报告；由应急领导小组下达抢险启动命令；命令下达后立即组织抢险队伍进场抢险救援。
5.3应急处置措施
1、地铁既有线变形超标
1）盾构机通过既有线前发生明显变形
根据监测数据对盾构掘进参数进行调整；利用盾构机自带超前钻探设备，对刀盘前方土体进行加固，确保土层的稳定性；掘进过程中向土仓内注入泡沫剂、膨润土等提高碴土的流动性和止水性。
2）盾构机通过既有线时既有线发生明显变形
迅速通过盾壳上的径向注浆孔进行双液注浆。注浆压力一般控制在0.3Mpa；注浆量由现场试验确定。
3）盾构机通过既有线后既有线发生明显变形
提前准备双液注浆机械一套，水泥、水玻璃等相关应急物资若干。发现既有线有明显变形，迅速通过管片上预留的注浆孔进行双液注浆；采用水泥浆—水玻璃双液浆，具体的浆液配合比由注浆前及前几个孔注浆时的现场试验确定。
4）既有线发生明显变形而发生开裂、冒水现象。
立即通知监理、设计、业主和联系地铁既有线运营部门，进入地铁既有线进行处理。采用通过裂缝或冒水处注水玻璃进行止水，然后再注水泥-水玻璃双液浆的方法进行加固，防止继续变形。
2、喷水、涌泥
立即关闭螺旋输送机的后门，适当向前掘进，使土仓内建立平衡；通过刀盘的转动，将土仓内的土体搅拌均匀，然后将螺旋输送机的后门慢慢打开，开门度为30%，边掘边出土，始终保持土仓内压力稳定；掘进过程中向土仓内注入泡沫剂、膨润土；在喷涌严重上述措施难以控制时，在螺旋输送机出口栓接保压泵碴装置保压出碴；如以上措施效果不理想，则立即加入TAC聚合物。
3、非正常停机
盾构遇到不良地质而刀具损坏，地面又无加固条件的情况，采取气压换刀的形式进行刀具的更换；盾构遇到不良地质而刀具损坏且盾构土仓无法保压时，利用盾构机前盾上的超前注浆孔用单液浆的形式固结刀盘前方、顶部的土体，然后开仓换刀；停机土仓压力要大于推进过程中的土仓压力，油缸行程小于1m；盾构机在停机前，停止刀盘转动。盾构机在停机期间，进行24小时监测，及时采集数据并报告施工负责人并不定时地移动盾构机，防止盾构过长时间停机而受困。
4、暴风雨侵袭
下雨时做好隧道洞口封堵，防止雨水大量流入隧道内；每条隧道各配备三台泥浆泵，用于排除隧道积水。
5、地面、地下管线沉降超过控制值
1）地面沉降超过控制值
立即用低标号砼进行灌注，并在沉降超标处及周围加密布置监测点，每半个小时监测一次，直至确定地面沉降稳定才可放缓监测频率。如灌注完砼后地面沉降仍显著，则要及时在地面钻孔进行注浆，同时隧道内也要加强二次注浆质量控制；抢险人员随时观察地面情况，防止伤人。
2）地下管线沉降超过控制值
首先进行地面交通疏导，隔离事故现场，并拨打事故管线所属管理部门的应急电话，报告事故情况；在管线对应位置进行洞内注浆，控制地层变形，从而控制管线的沉降；根据监测情况，必要时在地面对管线实施跟踪注浆。
6、人员高处坠落
立即把人员撤离到安全地带；初步检查伤病员，进行现场急救和监护，采取有效的止血、防止休克、包扎伤口、预防感染、止痛等措施；呼叫救护车、现场继续施救，坚持到救护人员到达现场接替为止。
7、发生火灾
立即拨打火警电话110求助；组织义务消防队员扑救；采取切断电源、隔离和转移可燃物资等措施，控制火势；组织疏散人员和物资、抢救伤员；武警消防队未到达现场之前，组织人力疏通路障，保证人员、物资疏散畅通、车辆进出畅通无阻。
8、发生触电事故
立即切断电源，或用现场得到的绝缘材料等器材使触电人员脱离带电体；将伤员立即脱离危险地方，组织人员进行抢救；若发现触电者呼吸或呼吸心跳均停止，则将伤员仰卧在平地上或平板上立即进行人工呼吸或同时进行体外心脏按压；与当地急救中心取得联系。
9、发生机械伤害事故
先查看受伤人员的伤情，立即采取止血措施，防止大量失血后难于救治；和当地急救中心取得联系。
10、发生中毒事故
把人员撤离到安全地带；初步检查伤病员，进行现场急救和监护；呼叫救护车、现场继续施救，坚持到救护人员到达现场为止。
11、发生传染病传播
立即通知120急救中心，由急救中心医疗人员负责传染病人员的救治，并通知当地卫生部门采取防治措施。
6、应急队伍及应急物资
应急队伍以本项目施工管理人员、盾构队为主。如事故规模较大，本项目人员力量不足，则应急联络组马上联系其他工点的项目部，增加救援力量，把损失减至最小。
应急物资的准备是应急救援工作的重要保障，项目部应根据潜在的事故性质和后果分析，配备应急资源，包括：救援机械和设备、交通工具、医疗设备和必备越频、生活保障物资。
7、结语
事故应急是一项复杂的、系统的艰巨任务。一次成功的事故应急行动是需要在各环节各方面的共同保障下才能够实现的。只有充分根据隧道施工现场的实际情况，才能制定出科学、合理、全面的应急预案；只有在分析各种危险发生的可能性，保证各种应急反应资源处于良好的备战状态，救援人员训练有素的前提下，才能保证在紧急情况发生时，应急反应行动能按计划有序地进行[4][5]。
参考文献
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[2]施毓凤，杨晟，孙力彤.城市轨道变通的安全管理问题[J]城市轨道交通研究.2003.26-28，Yufeng Shi， Chen Yang， Litong Sun .Problems in Urban M ass Transit Safety M anagement[J].Urban Mass Transit。2003.26-28，
[3]孙雍容，李凤菊.地铁施工应急预案编制及坍塌事故预案的探讨[J]城市轨道交通研究.2011；76-85.Yarong Sun，Fengju Li. Preparatory Emergency Plans for Safety Related Accidents during M etro Construction[J] .Urban Mass Transit.2011；76-85.
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[5]佟淑娇，林秀丽，陈宝智.沈阳市地铁一号线土建施工应急预案[J]工业安全与环保.2008.6；37-39.Shujiao Tong，Xiuli Lin，Baozhi Chen. Emergency Plan in the Coilstrnc～on of Shenyang Metro Line 1[J] Industrial Safety and Environmental Protection2008.6；37-39.
作者简介
1彭旭龙，长沙理工大学土木与建筑学院， 长沙 410114，女，出生年月1983.4.24，湖南湘乡，教师
下穿铁路顶进式框架桥设计 篇7
关键词：下穿铁路,顶进,框架桥,设计
随着科技的发展,人口密度的增加,在营业铁路线上,有很多地方需要增建桥涵。例如:有些铁路和道路原有的平交道口不能适应交通安全和车流顺畅的要求,需要改造为立体交叉;有些客运量大的车站要求增加地道;在处理旧线既有桥涵病害时,有时要求扩建或增设新桥涵等等。这些新增设桥涵工程都在运输繁忙的营业线上进行,为了不中断营运,目前普遍采用限速行车直接顶进桥涵的施工方法,即“顶进法”。这种施工方法的特点是:在保证铁路安全运行的前提下,将在铁路路基一侧预制好的钢筋混凝土箱形框架,采用高压油泵带动油压千斤顶,并借助于预先修好的后背支撑,顶入既有线路路基内,即成为一座铁路立交桥,这种施工方法就称为顶进法。
1 设计原则
下穿铁路框架桥主要应遵循以下几个主要设计原则:
1)顶进框架桥施工范围内,涉及到的各类管线应查明其所属产权单位,并调查其具体型号及使用用途等,了解与相关产权单位达成的协议及具体处理办法。2)顶进框架桥前端一般会设置有刃脚,刃脚的主要作用有:a.切土,使箱涵沿着一个规则整齐的平面前进,使边墙与开挖土体面紧贴吻合,以避免不必要的超挖,并有利于路基的稳定。b.防止路基塌方,对挖土操作人员起到安全保护的作用。c.减少顶进阻力,控制挖土的边坡。目前实际采用的多为钢筋混凝土刃脚和钢刃脚,刃脚的边墙端线与水平线的夹角应视路基土质情况而定,一般均不大于60°,如图1所示。3)框架桥前端设置钢筋混凝土刃脚后,后端为平衡前刃脚需设置平衡重尾墙。4)穿越多线的框架桥,其框架桥单节长度不宜过长,应根据地质情况、地基承载力以及施工方法等多方面因素确定,框架桥节缝宜设置在两线间中心。5)框架桥顶面与线路轨底的距离应根据线路等级、加固措施等因素综合确定,一般在0.65～0.85之间。
2 工程实例
1)工程概述:
本框架桥工程位于侯月线K20+200,桥位处铁路为双线铁路,线间距4 m,电气化铁路,直线区段,钢轨为60 kg/m,钢筋混凝土轨枕。该桥场地地质情况自上而下依次是:种植土,层厚0.4 m;以下为砂质黄土,地基基本承载力:层厚0.4 m～7.5 m承载力为130 kPa,7.5 m以下为150 kPa。
2)结构确定:
根据建设单位的意见及道路的使用要求,框架桥结构孔跨布置确定为单孔12 m,框架桥轴线与铁路中心线夹角90°,框架桥轨底至顶板顶最小距离0.7 m,结构净高为5.3 m,使用净高为5 m的框架桥。框架桥顶板厚0.8 m,底板厚0.9 m,边墙厚0.8 m。顶板加腋采用0.5 m×1.5 m,底板加腋采用0.2 m×0.2 m,框架桥主体长13 m,前刃脚长3 m,后平衡重长2 m。框架桥立面布置图如图2所示。
3)结构计算并绘制钢筋图。
框架桥结构计算采用铁路地道桥CAD系统分析结构受力情况,计算出框架桥控制截面钢筋面积,并绘制出框架桥主体结构钢筋图。根据主体钢筋图,确定刃脚悬臂、人行道悬臂、刃脚及刃脚补齐、平衡重的钢筋布置图。
4)线路加固与防护。
为不中断铁路运营,框架桥顶进施工前需对既有铁路线路采取加固措施。根据铁路运营单位的要求,框架桥施工时列车限制行驶速度不应低于45 km/h,为满足列车行驶速度的要求,本桥施工时线路加固采用D16 m施工便梁进行加固。框架桥施工前需预先在线路两侧施工挖孔桩,挖孔桩直径1.25 m,桩长14.4 m。便梁一端需设置两根挖孔桩,两根桩之间以系梁衔接。另外,为了减少框架桥顶进施工过程中对线路的影响,框架桥的四角路基需设置路基防护桩,防护桩同样采用直径1.25m的钢筋混凝土挖孔桩。
5)工作坑的设计。
工作坑是预制和顶进桥涵的工作基底,工作坑前端仅靠铁路,后端一般布置运土通道及后背。工作坑位置应根据铁路线路平面、堆放材料的场地、铁路两侧的地形地貌等条件全面考虑。如顶进桥涵穿越多股线路时,工作坑一般避免设在靠近铁路正线的一侧,以减少对铁路运输的干扰;如穿越的铁路线路系曲线地段,则最好选择在曲线外侧。工作坑的设计应满足铁路安全的要求,并且坑底四周应留有排水沟或集水井位置,以满足施工期间排水的要求。
工作坑的设计主要包括工作坑后背的计算,滑板、锚梁和导向墩的设置。工作坑滑板主要是作为预制箱涵时的施工垫层以及顶进启动时与基底土壤的隔离层,使框架桥结构在浇筑混凝土的过程中不致产生不均匀的沉降,并能防止框架桥结构与结构底面以下土壤的粘结影响顶进起动。此外滑板还对框架桥沿着一定的水平面顶进起到导向作用。为了防止框架桥顶进时,工作坑滑板随着框架桥的巨大顶力向前移动,在滑板顶面需设置有润滑隔离层,滑板底面以下设有锚梁,以此来增加滑板的抗滑能力。另外在滑板的两端还设有导向墩,导向墩一般距离框架桥边墙外侧5cm～10cm,导向墩沿顶进方向设置,可起到控制框架桥空顶阶段顶进方向准确的作用。工作坑后背是提供顶入式框架桥所需最大顶力的临时支撑结构物。目前普遍采用的是钢轨桩或槽钢加钢筋混凝土后背。本工程框架桥后背根据设计最大顶力确定为钢轨桩加钢筋混凝土后背。
3 结语
框架桥对于改善既有交通状况起到十分重要的作用,由于其结构简单,施工方便,因此得到了广泛的应用。框架桥在设计中应注意以下几点:1)下穿框架桥结构的确定必须综合考虑多方面的因素,以便更好的为行车及行人提供良好的交通环境。2)下穿框架桥采用顶进法施工,为保证施工过程中铁路限速不低于45km/h安全通过,线路加固措施需完善,保证铁路列车不间断运营。3)工作坑后背的设计必须满足顶进框架桥设计最大顶力的要求,防止在桥体顶进过程中发生后背开裂、倾覆等事故,延误施工工期。4)框架桥附属结构及辅助工程需依据实际情况进行设置,选择合理的结构形式,保证框架桥在使用过程中的整体稳定,并满足一定的美观要求。
参考文献
多孔斜交下穿铁路顶进框架设计 篇8
龙岩城区至高新园区快速通道道路标准横断面为:3.5 m人行道+6.5 m辅道+1.5 m侧分带+12.0 m主车道+3.0 m中分带+12.0 m主车道+1.5 m侧分带+6.5 m辅道+3.5 m人行道=50.0 m。该道路下穿正在营运的龙梅铁路, 与既有龙梅铁路斜交角度为21.43度 (见图1) , 道路与龙梅铁路交点处里程为:K75+533.56 (铁路) =ZK4+396.57 (道路) 。既有龙梅铁路为单线、曲线, 曲线半径1 300 m。
根据周边地形地貌特点, 有通过框架形式下穿通过铁路的条件, 且引道内雨水可自然排出, 不必机械排水。为维持铁路不中断行车, 设计选用钢筋混凝土框架结构, 拟用施工钢便梁加固铁路轨道和路基, 并采用顶进法施工。
在既有铁路里程K75+543处有1-1.0×1.5 m钢筋混凝土拱涵, 涵长26.77 m。本工程拟对既有涵洞进行改造, 将铁路涵改到右边孔人行道底下。
二、框架桥主体结构布置
本设计采用钢筋混凝土框架形式下穿铁路, 4孔分离。两中孔框架为主车道孔, 孔径为12.55 m (净宽) ×6.0 m (净高) , 边孔框架为辅道与人行道孔, 边孔框架净宽10.50 m, 左边孔框架净高为6.0 m, 右边孔框架净高为7.7 m, 既有跌路涵改造后设于右边孔框架人行道下。四孔框架结构厚度为:顶板0.9 m, 底板1.10 m, 边墙0.9 m。中心轨底至板顶填土高度为0.8 m。框架桥顺铁路方向全长58.439 m, 框架沿道路方向斜长10.742 m。框架桥斜交角度68.57°, 框架混凝土的顶铁接触面应与施顶方向垂直, 以保证顶进稳定, 不发生侧移或侧向崩出, 因此, 框架底板做成台阶式。
三、顶进工程坑
1. 顶进方向
龙梅铁路南北走向, 拟建道路东西走向, 铁路位于一座小山包顶上, 轨顶标高约376.9 m, 坡脚地面标高约368~369 m。西侧交通不便, 铁路东侧相对地势开阔, 有一条4.0 m宽机耕道路, 交通相对方便, 故施工基坑设置在铁路东侧, 在铁路东侧修建后背、滑板和预制主体框架, 采用顶进法由东向西顶进框架施工 (见图2) 。
2. 顶力计算
正确确定顶进时的顶力, 决定顶进设备及后背的规模, 使其既简单又合理, 又有一定的安全储备。箱涵顶力计算公式如下:
式中:P——最大顶力, KN;
K——系数, 一般采用1.2;
N1——箱涵顶上总荷总 (包括土重、线路及加固材料重等) , KN;
f1——涵顶上表面与顶上荷重的摩阻系数, 此项系数与涵顶上表面的润滑程度有关, 涂石蜡为0.17~0.34;涂滑石粉浆为0.3, 涂机油调治的滑石粉浆为0.20;覆土较厚时用0.7~0.8;
N1——箱涵自重, KN;
f2——箱涵底板与基底土的摩阻系数;此基系数视基底土的性质, 也要经试验而定, 无试验资料时可采用0.7~0.8;
E——箱涵两侧土压力, KN;
f3——箱涵侧面摩阻系数, 取值同f2;
R——钢刃脚正面阻力, 视刃脚的构造、挖土的方法、土的性质, 也要经试验而定, 无试验资料时可引用下列数值:粘性土500~550 KN/m2, 卵石土用1 500~170 KN/m2;
A——钢刃脚正面面积。
在箱涵机顶进时, 顶上覆土较浅, 轨道加固后, 荷载较轻, 两侧土压力小, 则顶力主要来自箱涵底部的摩阻力, 其计算可简化为:
μ——顶力系数, 一般为1.2~1.5。
当箱涵起动时, P较大;起动后的空顶阶段, 顶力则甚小;以后随刃脚入土, 顶力逐渐增大, 最大顶力则发生在箱涵脱离底板后, 接近箱涵设计位置时;随后便逐渐下降。
3. 后背
根据地勘报告, 后背处地面标高与滑板接近, 表层约3.0 m厚度为素填土, 承载力100 KPa, 下层为含砾粉质粘土, 承载力180 KPa, 侧摩阻力为50 KPa, 无法利用天然土, 如圬工砌筑, 工程量巨大, 施工不便, 亦不经济。在开挖工作坑之前应先进行后背桩施工, 后背桩采用直径Φ1.2 m挖孔桩, 桩间距约1.45 m。右边孔框架后背桩长为15.0 m, 入土深度8.3 m;其余3孔孔框架后背桩长为12.0 m, 入土深7.0 m。后背梁采用现浇C30钢筋混凝土, 后背桩背后设M7.5浆砌片石后背, 浆砌片石后背施工前, 浆砌片石后背后面填土, 并分层夯实。浆砌片石或填土后背施工时, 应将后背基底的软土层清除, 将后背砌筑于卵石层、碎块状强风化粉砂岩、含砾粉质粘土等承载力和稳定性较好的土层上 (见图3) 。
4. 滑板
滑板顶设有0.3%的顺坡, 采用涂石腊和黄油作隔离层, 以降低框架顶进时底板的摩阻力。为防止框架顶进时带动滑板滑动, 在滑板下设有横向锚梁。为控制顶进方向, 在滑板两侧设有导向墩。
右边孔框架底标高比其他框架低1.7 m, 右边孔框架的滑板单独实施, 其他三孔框架做成整体滑板。首先施工右边孔框架的滑板, 待右边孔框架顶进完成后, 夯实基础, 再施工其他三孔框架的滑板。
5. 顶具
传力柱:采用C30钢筋混凝土, 横截面尺寸为50×50 cm, 长度分别为1.0 m、2.0 m、4.0 m三种。横梁:采用工字钢与旧钢轨组拼, 也可根据施工单位现有设备选用。
6. 防水层
采用FSB等综合防水要求处理。
7. 基坑降水
工作坑左右两侧各设置集水坑和抽水泵。应将水位降至基底以下0.5~1.0 m, 并避免在雨季施工。为保证工作坑的稳定, 增加基底承载力, 防止顶进时框架下沉, 框架顶进施工前, 须布置抽水井点。
四、施工要点
1. 场地布置
本桥址附近无铁路以外建筑物, , 西侧交通不便, 铁路东侧相对地势开阔, 有一条4.0 m宽机耕道路, 交通相对方便, 故施工基坑设置在铁路东侧, 在铁路东侧修建后背、滑板和预制主体框架, 采用顶进法由东向西顶进框架施工。
2. 施工程序
单个框架桥顶进的施工顺序如下:
路基加固防护—桩基施工、D24、D16低高度施工钢便梁、基坑开挖、排水处理—后背、滑板基底处理—修建后背、滑板—浇注主体框架—安装施顶设备—地基处理、框架顶进—框架就位。
本工程有四个框架, 右边孔框架人行道底下设过水涵洞, 框架底标高低于其他框架1.7 m, 建议首先顶进右边孔, 待右边孔顶进到位后, 浇筑框架内人行道侧墙, 同时做好框架两头过水设施的衔接, 待框架内具备过水条件后, 将水引入框架涵洞内。
按图中施工步骤二、三 (见图4) 所示做好铁路加固的前提下, 开始拆除既有铁路涵。拆除既有铁路涵的同时, 施工主车道框架与左辅道框架的后背、滑板, 预制左侧主车道框架, 顶进左侧主车道框架。
左侧主车道框架顶进到位后, 可同时或依次预制左辅道框架和右主道框架, 做好相应的铁路加固, 顶进左辅道框架和右主道框架, 顶进过程中逐步拆除位于顶进方向上的桩基 (见图5) 。
全部框架顶进完成后, 拆除轨道加固设备、恢复桥上设施, 进行其他附属工程施工。
3.施工过渡
(1) 框架顶进工作坑处有一条现状村道, 水泥路面。框架顶进施工期间, 将些村道改到顶进坑后背填土区的东侧。
(2) 右边孔框架人行道底下设过水涵洞, 建议首先顶进右边孔, 待右边孔顶进到位后, 浇筑框架内人行道侧墙, 同时做好框架两头过水设施的衔接, 待框架内具备过水条件后, 将水引入框架涵洞内, 拆除下穿铁路的既有拱涵, 接着顶进左侧主车道框架。
(3) 对铁路信号灯及其他通信电缆检查井进行迁改还建。
(4) 对桥下通信、电力等电缆线进行迁改。
五、结语
本文主要结论具体如下所述。
(1) 多孔下穿铁路顶进框架桥, 可逐孔顶进或者不相邻孔框架同时顶进;当框架底板高程不一致时, 高程低的框架应首先顶进。
(2) 下穿框架与铁路斜交时, 框架底板与顶进后背布置顶铁处应做成台阶式, 以避免顶铁侧向滑移或崩出;下穿框架确定线位时, 应尽量避免角度斜交过大, 控制施工难度。
(3) 工作坑布置应选择交通便利、后背坚固、基坑排水条件较好的位置, 以方便施工。
(4) 应尽量利用D16、D24等在工程中广泛应用的便梁进行铁路加固, 便梁基础在地质条件允许的情况下, 首选挖孔桩;同时, 应严格控制铁路加固段列车的运行速度。
摘要：本文以龙岩城区至高新园区城际快速通道下穿铁路框架桥设计为例, 探讨多孔斜交下穿铁路顶进框架桥在轨道加固、滑板后背、顶进等方面采取的特殊施工工艺和安全措施。
关键词：铁路框架,顶进,轨道加固,滑板后背
参考文献
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[2]杨燕.厦门双涵路下穿铁路顶进框架桥的施工技术[J].工程建设与档案, 2005 (6) .
下穿桥梁设计 篇9
1.1 概况
山西中南部某隧道全长1 789 m,位于山西省长治县境内。该隧道处于低山丘陵区,地形起伏较小,发育有沟谷。隧址属寒冷地区,最冷月平均气温-5.3℃,场区土壤最大冻结深度59 cm。地震基本烈度为7度,本区地震动反应谱特征周期是0.40 s。本隧道于2009年开始施工。隧道为单面5.4‰的上坡,全隧道位于直线上。
隧址区地层岩性较复杂,分布有第四系上更新统坡洪积砂质黄土、黏质黄土;第四系中更新统坡洪积黏质黄土;第四系坡洪积角砾土;石炭系上统太原组页岩夹灰岩、砂岩等;石炭系中统本溪组页岩、炭质页岩;奥陶系峰峰组灰岩等。
1.2 下穿高速公路情况简述
隧道在DK503+122处下穿长安高速公路,交叉点公路里程为K70+360,交叉范围内公路为路堑形式,公路路面宽为12 m+2 m+12 m=26 m,铁路线路与公路线路斜交角度约为25°,下穿段里程影响范围大致在DK503+070～DK503+160。长安高速公路为在建公路,计划2010年年底通车运营。图1为隧道下穿长安高速公路的平面图。
另外,与其他隧道下穿高速公路实例不同的是,本隧道与高速公路交叉点里程K70+360处公路为1-4 m钢筋混凝土盖板通道。通道涵洞长29 m,涵洞总宽6 m,基础为扩大基础。隧道结构顶至高速公路路面的距离仅有11.7 m,涵洞的基础底距离隧道结构顶的距离为5.5 m。图2为隧道与高速公路路面及涵洞的关系立面图。
隧道在勘测时,该盖板通道正在进行施工,图3为盖板通道施工中的照片。
地质情况:下穿公路段范围内围岩级别为Ⅴ级围岩,隧道为超浅埋,洞身穿越C3t和C2b页岩、砂岩、炭质页岩和薄煤层,强风化,岩体破碎。
2 施工风险分析
隧道下穿高速公路处深较浅,隧道结构顶至高速公路路面的距离仅有11.7 m,且地质条件较差,该处洞身穿越C3t和C2b页岩、砂岩、炭质页岩和薄煤层,强风化,岩体破碎。而且根据施工时间推算,待隧道进行下穿施工时,高速公路已经开通运营,对路面沉降的要求加大,另外,隧道下穿高速公路范围内为1座1-4 m的涵洞,涵洞的基础底距离隧道结构顶的距离仅有5.5 m,隧道穿越施工时不确定因素多,因此施工风险极大。根据《铁路隧道风险评估暂行规定》,隧道施工可能造成路面沉降、开裂,概率等级4,后果等级3,风险等级评为高级,设计中必须加强支护,将风险降低。
3 施工方法选择及超前支护参数、初期支护参数的拟定
常用的施工方法有台阶法、开挖预留核心土法、双侧壁导坑法、中隔壁(CD)法、交叉中隔壁(CRD)法。目前,国内对于下穿隧道的施工方法大多采用交叉中隔壁(CRD)法或双侧壁导坑法。通过许多成功实施的工程实例可以看出,长管棚配合超前支护配合CRD法或者双侧壁导坑法开挖,能有效控制路面沉降。此外,在隧道下穿公路的大部分工程中都采用了大管棚超前支护,这说明大管棚超前支护可以防止路面坍塌。因此可以得出以下结论:对于软弱围岩浅埋铁路隧道进行下穿高速公路及其他等级公路的施工时,采用大管棚进行超前支护,CRD法或双侧壁导坑法开挖,对公路路面的稳定、保证正常公路运行起到较好的控制作用。
本工程隧道在DK503+122处下穿长安高速公路,且K70+360处公路为1-4 m钢筋混凝土盖板通道,公路路面宽26 m,下穿段里程影响范围大致在DK503+070～DK503+160。
考虑到铁路隧道进行下穿施工时,公路已通车,由于隧道上方为盖板涵,盖板涵结构对隧道拱顶的沉降变形极为敏感,涵洞的沉降会直接传递到公路路面,从而造成公路路面开裂及沉降,为避免铁路隧道施工对公路路面结构及行车造成影响,必须执行“短进尺、弱爆破、强支护、衬砌紧跟”的施工原则,加强超前支护及初期支护,避免土层损失造成路面沉降。
确定的本下穿段的超前支护措施:在DK503+070～DK503+160段采用108大管棚超前支护,环向间距0.3 m,管棚每节长15 m,搭接长度大于3 m。另外,42超前小导管注浆超前支护作为补充加强,长4.5 m,环向间距0.3 m。
初期支护:钢架采用Ⅰ20a型钢钢架,纵向间距0.5 m,喷射C25混凝土,厚度25 cm。锚杆:长度3.5 m,环向间距×纵向间距:1.0 m×1.0 m。
施工方法采用交叉中隔壁(CRD)工法。
4 下穿段隧道承受的荷载分析
最不利情况下隧道结构所承担的荷载情况:1)垂直荷载:隧道上方的土石自重荷载、高速公路路面车辆传递的荷载、涵洞自重传递的荷载、涵洞内机车车辆传递的荷载。2)水平荷载:侧向土压力及垂直荷载造成的附加水平土压力。现在分别计算如下。
4.1 垂直荷载
4.1.1 隧道结构上方的5.5 m的土石荷载
根据《铁路隧道设计规范》附录E的公式,近似取q1=γh,则q1=γh=20×5.5=110.0 k Pa。
4.1.2 结构传下来高速公路车辆的荷载
高速公路的路面车辆荷载,按设计公路车辆荷载公路—Ⅰ级来计算。按JTG D60-2004公路桥涵设计通用规范,公路—Ⅰ级车辆荷载图如图4所示。
路面的车辆荷载通过涵洞的结构传至涵洞基础,然后再通过5.5 m厚的土层传至隧道结构顶上,高速公路单向有3个车道,车道总宽度为12 m,涵洞的基础宽度为1.8 m。因为涵洞顶面总宽度为6 m,所以车辆荷载只能由后轴加前轴或前轴加中轴作用在涵洞结构顶面上,取其大值,前轴和后轴相加:轴重=140+140+30=310 k N计算,3个车道轴重同时传递,总轴重=310×3=930 k N。路面车辆荷载通过涵洞基础按45°角扩散经5.5 m覆土传递到隧道结构顶,传递到结构顶的荷载q2计算如下:
4.1.3 涵洞结构自重传递下来的荷载
涵洞每延长米混凝土方量为17.19 m3,混凝土的重度按25 k N/m3计算,涵洞自重传递至结构顶的荷载为(按45°扩散角进行传递):
4.1.4 涵洞内机车通行传递的荷载
涵洞为交通涵洞,需要考虑最不利情况下上方有车辆通行的荷载,按JTG D60-2004公路桥涵设计通用规范,公路—Ⅱ级车辆荷载按1个车辆荷载计算:
q4=(30+120×2+140×2)×0.7(折减系数)/[(5.5×2+1.8)×15]=2 k Pa。
4.1.5 所有垂直荷载求和
以上叠加,所有垂直荷载q=q1+q2+q3+q4=110.0+6+34.7+2=152.7 k Pa。
4.2 水平荷载
4.2.1 由洞顶土压力形成的侧压力
根据《铁路隧道设计规范》附录E的公式,e1=γh1λ,经计算λ=0.47,所以隧道结构上部的水平荷载:
隧道拱脚部位的水平荷载:
4.2.2 由路面公路荷载引起的侧压力
5 数值模拟分析
5.1 结构计算
在最不利荷载作用下,下穿高速公路段隧道结构计算模型如图5所示。
拟定衬砌采用C35钢筋混凝土,弹性模量为31 000 MPa,泊松比为0.2,重度为25 k N/m3。采用基于有限单元法数值模拟软件SAP84对隧道衬砌结构进行计算,计算中采用荷载—结构模式,围岩对墙背及拱背的弹性抗力采用弹簧单元模拟,计算结果如图6～图8所示。
5.2 受力特征总结
从上面结果可以看出,下穿高速公路段,由于隧道上方为涵洞,降低了垂直应力,但是由于侧压力较大,最大的弯矩出现在边墙脚部。
最大负弯矩为641 k N·m,集中在边墙脚;其最大正弯矩为120.4 k N·m,集中在拱腰部位;其最大轴力为1 540 k N,集中在拱顶和仰拱;最小轴力为594.5 k N,集中在边墙;其最大剪力为513.5 k N,集中在边墙与仰拱连接处。
5.3 衬砌断面设计
通过计算结果确定结构断面的尺寸和配筋,结构计算结果见表1,表2为控制截面处的安全系数,满足《铁路隧道设计规范》钢筋混凝土安全系数2.0的要求。
6 结语
铁路隧道下穿高速公路现在遇到的情况较多,但是交叉的部位有其他构筑物的情况较少见,根据现场施工情况来看,高速公路的地表沉降控制的较好,说明设计方案是成功的,现把得到的体会及经验归纳如下:1)在下穿高速公路的设计中,在软质岩层中,超前大管棚支护配合CRD工法,对确保施工安全、控制地表下沉的效果是很明显的。2)在数值计算中,将车辆荷载等相关荷载考虑全面,将是确定后期衬砌结构参数拟定的关键。
摘要：以某隧道下穿长安高速公路的工程实例为基础,探讨了施工方法、相关荷载的确定,同时以数值计算的方法确定结构截面及配筋,从而为后续类似工程的设计提供借鉴。
关键词：隧道,下穿既有公路,荷载,数值模拟
参考文献
[1]TB10003-2005,铁路隧道设计规范[S].
[2]铁建设(2007)200号,铁路隧道风险评估暂行规定[S].
下穿桥梁设计 篇10
随着经济的快速发展, 城市向周边地区不断的扩展, 城市道路也随之不断的完善和延伸, 在此过程中, 城市道路往往要穿越既有铁路线, 穿越形式主要有两种:上跨式和下穿式, 上跨式即采用公路桥在上, 既有铁路线在其下方穿过;下穿式即既有铁路线位置不变, 公路采用顶进框架立交桥从既有铁路线底下经过。上跨公路桥不存在雨水处理问题, 但是由于既有铁路线存在改造扩建、既有线两侧规划有高铁线路等, 上跨公路桥会影响到远期铁路的建设, 所以实际工作中多采用下穿既有铁路线的形式。
由于下穿铁路框架涵两侧引道纵坡一般都很大, 降雨时, 水流速度快, 短时间内雨水很快汇集, 若不及时排出积水, 将影响行车、行人的交通通畅。严重的会影响立交桥和铁路线路安全[1], 如广西黎塘镇下穿湘桂线地道桥, 为连接黎塘东部工业区与城区交通联系的惟一通道, 是30多家工厂和3万多周边居民出行的交通要道, 雨期桥底积水无法通行, 累计不能通行天数多达40d, 对生产、生活、安全造成很大影响。
2 项目背景
河北省磁县磁州路西延下穿京广铁路拟建框架立交桥, 位于铁路里程K460+534.2~K460+571.2处, 交通便利。该工程由磁州路引道U型槽和8.0m—17.0m—8.0m三孔顶进框架立交桥两部分组成。为了雨水收集系统不影响框架立交桥底板结构, 下穿地道的路面最低点位于框架立交桥外侧。平面布置见图1。
3 泵站选址
泵站选址需进行现场踏勘, 寻找排水出路, 注意结合当地整体规划, 熟悉立交桥周围规划地块的用途和现状, 掌握立交桥附近的地质勘查报告, 收集雨水排出口处的河、渠水文资料, 论证集中降水所形成的汇流排出对河道的影响, 确保整个设计可靠、准确。泵站位置应尽可能接近立交道路最低点, 使雨水以最短的时间排入泵站, 并尽可能使管线最短、泵站挖深最小, 避免排水管线与道路交叉, 以降低工程造价。
经现场踏勘, 在立交桥的南侧有一条河渠, 泵站建在立交桥的西北角和东北角需要穿越道路, 且东北角有一座变压器站;立交桥的东南角靠近县政府大楼, 用地性质为住宅用地, 且现状商铺建筑多、位置凌乱;西南地块用地性质为绿化用地, 规划为公园, 且距离最低点最近, 现状主要为一个堆煤场, 民用建筑稀少, 地层主要由第四纪冲洪积成因的粘性土、粉土和砂土构成, 地质条件良好。因此, 综合考虑成本、技术、环境等因素, 泵站选址确定在立交桥西南角规划绿地地块。
泵站选址还应结合当地防洪现状, 考虑到泵站自身防洪要求, 防止泵站淹没而影响泵站运行。泵站室外地坪标高按城镇防洪标准确定, 并符合规划部门要求;泵房室内地坪应比室外地坪高0.3m。泵站地面建筑物造型应与周围环境协调, 考虑降噪和除臭通风措施, 做到适用、经济、美观。
4 泵站规模及标准
泵站的设计规模和标准决定整个泵站的投资及其功能的发挥。泵站设计规模偏小, 容易引起桥底积水, 影响行车和行人的安全;设计规模偏大, 又会造成资源浪费, 水泵启动次数增多, 导致其使用寿命缩减。
4.1 雨水流量计算公式
根据《室外排水设计规范》 (GB 50014—2006) , 雨水流量计算公式为
式中, ψ为综合径流系数;F为汇水面积, hm2;q为暴雨强度, q=167i, L·s-1·hm-2。
磁州路下穿式立交桥采用河北邯郸市暴雨强度公式计算:
式中, i为暴雨强度, TE为非年最大值法的重现期, a;t为集水时间, min。
4.2 设计参数确定
4.2.1 暴雨重现期
《室外排水设计规范》 (GB 50014—2006) 规定:鉴于我国幅员广大, 各地气候状况、地形条件、重要程度和排水设施各异, 故规定一般地区的重现期为0.5 a~3a;重要地区为3 a~5a。同时4.10.2规定:立体交叉道路排水的地面径流量计算, 设计重现期不小于3 a, 重要区域标准可适当提高[2], 考虑下穿立交桥位于城市系统的咽喉部位, 一旦积水中断交通, 对人们出行影响很大, 因此确定此下穿立交桥暴雨重现期为5a。
4.2.2 集水时间
对于雨水管道中的任一设计断面, 集水时间t由地面集水时间t1和雨水在管道中流到该设计断面所需的流行时间t2组成, 即:t=t1+mt2, 其中m为折减系数。
下穿立交桥道路雨水收集与一般道路有很大区别, 由于下穿道路坡度大, 坡道上方两侧的雨水箅子收集的雨水有限, 雨水顺坡急速下流, 在最低点两侧处, 应该加密布置雨水箅子, 减少雨水积滞, 故雨水在管道流行时间很短, 可以忽略不计, 提高下穿道路排水的安全性。根据《公路排水设计规范》 (JTJ 018-1997) 中3.04公式:
式中, n为地表粗度系数[3], 取0.013;i为地面坡度, 3.5%。
计算得:t1=5.38min, 取t=5min。
4.2.3 汇水面积
汇水面积的大小直接关系到泵站规模大小、工程造价、安全运行和经济合理性, 故应该尽量采用高水高排、低水低排等工程技术措施, 即高区雨水就近排入高区雨水收集系统, 分区建立区域雨水泵站, 排入临近的河流, 减小低区雨水泵站的汇水面积。U型槽两侧采用挡土墙形式, 挡墙高出附近地面0.5m, 防止两侧雨水汇集到低水系统, 完善两侧雨水收集系统, 排入周边的市政雨水管网, 使得雨水不聚集在挡土墙边;在下穿道路两端设置驼峰以阻止其他区域的雨水涌入低水系统, 从而减小泵站负荷。
由于下穿道路采用封闭式钢筋砼结构, 隔断了地下水的补给, 故雨水收集系统不考虑地下水的影响。
5 水泵选择
目前, 国内雨水泵站常用的水泵主要有三种:潜水轴流泵[4]、潜水混流泵[5]和潜污泵三种。ZQ系列潜水轴流泵、HQ系列潜水混流泵是特别大流量、较低扬程场合设计的。潜水泵流量通常为Q=5m3/h~3750m3/h, H=7m~40m, 相比潜水轴流泵和混流泵, 其流量小、扬程大, 现场无需进行耗工、耗时、复杂的轴线对中装配程序, 安装十分方便、快捷, 因此可不预留备用泵的机位, 将备用泵存于库房, 节省泵站进水池的投资。由于泵潜入水中运行, 自动化程度高, 操作程序简单, 可大大简化泵站及建筑结构工程, 减少安装面积, 节约泵站总造价的30%~40%。
由于此雨水泵站计算流量Q=2776m3/h, H=15m, 流量偏小, 扬程偏大, 采用潜污泵比较合适, 近年来的设计和运行经验表明, 利用潜污泵的排水泵站在实践中取得效果较好, 自动化控制高[6]。雨水泵房内设300QW950-15-60潜水泵3台, 水泵流量为950m3/h, 扬程为15m, 内设65QW30-15-3冲洗水泵1台, 通过冲洗管连接喷嘴, 冲洗池边沉积物, 水泵采用自动控制与现场控制相结合。
6 雨水收集系统
现行工程多采用在引道进出口处设置横截沟的做法, 这种方式收水效果好, 但是在车辆快速通行过程中, 横截沟上的雨水箅子常常发生弹跳并会导致断裂, 影响行车安全。所以, 本设计在引道和框架桥底板两侧预留雨水沟, 沿坡道路两侧对称布置双箅雨水口, 间距20m, 在最低点附近集中对称布置24个双箅雨水口, 由管道将两侧雨水汇集后, 排入泵站集水池。
7 雨水泵站工艺设计
由于泵站集水池底标高和地面原始标高相差太大, 综合考虑采用下部为沉井结构的集水池, 上部为管理设施用房的雨水泵站, 如图2、图3。
7.1 雨水排放流程
泵站内雨水排放流程:雨水箅子进水管机械格栅集水池雨水泵压力出水管橡胶鸭嘴阀 (止回) 出水井河渠。
该流程适用于雨量较小, 污染较轻的雨水排放, 对于雨量较大, 初期雨水污染较严重的工程, 应注意以下两个问题。
1) 由于初期雨水径流含有BOD5、SS、TN、TP、重金属、油等污染物, 其污染负荷所占比例在降雨的短时间内会成倍升高[7], 应考虑将初期雨水排入市政管网, 或经预处理后排入接纳水体。在苏州河沿岸雨水系统增设了五座初期雨水调蓄池的运行结果表明, 调蓄池对污染物消减效果显著, 使苏州河水质得到了改善[8]。此外, 若接纳水体水质要求较高, 应进行必要的分析论证后选择相应的处理方式。
2) 水量较大时, 应控制出口流速不大于0.5m/s, 减轻对河道的冲刷和航运安全的影响。排出口位置设置应遵循河势稳定原理[9], 避让桥梁等水中构筑物, 因为受到桥墩的束窄阻水作用, 水流局部流态发生变化, 在桥墩上游产生壅水, 流速明显减低, 河床容易产生淤积;在桥墩下游, 水流断面受桥墩约束而收缩, 流速急剧增大导致冲刷河床, 影响排出口结构安全。出水口和护坡结构不宜影响航道通航, 并要尽可能减小对生态护坡的影响。
7.2 泵站自动控制
根据《室外排水规范》 (GB 50014-2006) 规定:雨水泵站集水池的容积, 不应小于最大一台水泵30s的出水量。对于下穿立交雨水泵站, 集水池容积应适当扩大, 这样可为水泵的安全运行提供更好的保障。如土建条件许可, 建议按污水泵站规定不小于最大一台水泵5min出水量来执行[5]。雨水泵站设水位信号控制, 控制柜和耦合装置由潜水泵厂家配套提供, 集水池停泵水位为-10.8m, 超高报警水位为-8.25m, 集水池有效水深为2.55m, 集水池水位达到-10m时候起动第一台主泵, 水位达到-9.2m时候起动第二台主泵, 水位达到-8.7m时候起动第三台主泵。
8 结语
磁都路下穿立交雨水泵站自建成后, 设备运行正常、良好, 取得了较好的实际运行效果。设计过程中, 有以下几点认识。
1) 在设计雨水泵站中, 应加强自动控制设计, 尽量实现无人值守, 降低管理费用。
2) 采取高水高排、低水低排等技术措施, 减小排入雨水泵站的汇水面积, 从而减小雨水泵站的规模和投资。
3) 重视河道通航、水环境、河势稳定等条件, 对排水口位置、排水水质、排水流速等要素的约束, 必要时可以在河渠附近设置初期雨水调蓄池, 以减小河渠的负荷。
摘要：城市道路拓展过程中常遇有下穿既有铁路线立交桥工程, 雨水泵站的合理设计是下穿工程安全运行的关键要素之一。结合河北省磁县磁州路下穿既有铁路线立交桥雨水泵站的设计, 在探讨泵站选址、规模确定、工艺设计等问题过程中, 概述泵站自动控制、分区排水等技术应用的重要性, 阐述排水接纳水体水环境、河势稳定、通航条件等对排水设计的约束。
关键词：下穿铁路线,雨水泵站,自动控制,排水接纳水体
参考文献
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下穿桥梁设计 篇11
【关键词】隧道；优化CRD工法；施工
Optimization of engineering methods in the tunnel under the CRD through Expressway
Liu Guo-xu
（China Railway Tunnel Group Co.， Ltd. No.1 company Chongqing 404013）
【Abstract】CRD construction method is optimal for the broken section of the tunnel or the tunnel wall rock is extremely shallow depth， relatively complex geological conditions section of excavation and support of a special method. Part 6 of the Ministry of Public Act set aside by the core of earth excavating face， and invert the use of temporary， temporary support， with the advance support and other forms of pre-reinforcement to enhance support rock.
【Key words】Tunnel；Optimization CRD engineering methods；Construction
1. 工程概况
笔架山隧道出口段DK222+250～+304下穿沈海高速公路，根据开挖后揭示地质情况，表层为MIQ人工填碎石土间夹块石，厚为1.5～2.0m；下伏浅红色二长花岗岩，中粗粒结构，弱风化，岩体完整，岩体质地坚硬。埋深浅，地质复杂，施工难度较大。
图1
2. 施工方法
2.1 施工工序：
2.1.1 利用上一循环架立的钢架施做隧道及中隔壁超前支护，机械或控制性弱爆破开挖①部，喷8cm厚混凝土锚网喷封闭掌子面，根据松散情况进行断面注浆加固。施作①部导坑周边的初期支护和临时支护，即初喷4cm厚混凝土，架设Ⅰ22a钢架及I18临时钢架，并设50mm锁脚钢管。钻设系统锚杆后复喷混凝土至设计厚度。
2.1.2 在滞后于①部0.6m左右距离后，机械或控制性弱爆破开挖②部。喷8cm后混凝土锚网喷封闭掌子面。施做②部导坑周边的初期支护和临时支护，即初喷4cm厚混凝土，架设Ⅰ22a钢架及I18临时钢架，并设50mm锁脚钢管。钻设系统锚杆后复喷混凝土至设计厚度。
2.1.3 在滞后于②部0.6m左右距离后预留断面中部核心土开挖③部并施做周边的初期支护，并设50mm锁脚钢管。
2.1.4 预留断面中部核心土开挖④部并施做周边的初期支护，并设50mm锁脚钢管。
2.1.5 开挖核心土并封闭掌子面，采用锚杆将岩块与岩块间锚固，并挂网喷浆。
2.1.6 开挖⑤、⑥部并施做导坑周边的初期支护（⑤、⑥部错开施工）。
2.1.7 灌注仰拱及填充砼。
2.2 施工方法示意图（见图1、图2）：
图2
2.3 加强掌子面稳定措施：
2.3.1 根据围岩情况在拱部局部设置超前小导管注浆加固。在上下部拱架连接处设置锁脚注浆钢管。
2.3.2 每开挖一部完成后，对掌子面封闭采用喷射砼、锚杆、钢筋网等支护，对于松散体视情况采用断面注浆固结。在周边初期支护完成后，上部采取小导管注浆固结原高速路填筑物、并填充钢架与喷射砼之间的空隙，保证高速公路路面底部与隧道初支充分接触。二次衬砌结束后对二次衬砌与初期支护进行回填注浆，保证隧道结构的整体性。
2.3.3 施工期间暗挖采用控制松动爆破，特别是下部开挖时采用分块分段微差松动爆破以减小震动，振动速度满足设置要求。
2.3.4 施工应坚持"控制性弱爆破、短进尺、强支护、早封闭、勤量测"的原则，并保证二次衬砌紧跟掌子面。
3. 施工工序
初喷立钢拱架 施作系统锚杆 挂钢筋网 复喷混凝土 小导管安装及注浆
4. 爆破设计
（1）根据本工程地质情况及采取的施工方法，采用多钻孔、间隔炮孔装药，分段分层微差松动爆破的方式，主要是针对台阶下部及隧底开挖，每段长度1.5m以内、宽度3m左右；对于上部周边土层采用机械开挖。
（2）隧道爆破设计主要确保下部暗挖与新增1、6车道行走时振动影响，考虑到施工中爆破的直接接触，1、6车道边缘距离附近2、5车道边缘为2m，保持一定距离。根据《爆破施组》车道施工顺序，实际上只考虑开挖距离1、6车道在2～11m之间的隧道爆破作业影响，据此确定最大单段爆破用量。隧道掘进爆破作业，设计图纸允许隧道爆破的最大振速控制在6cm/s的要求。
单段最大炸药用量的计算
V=K（Q1/3/R）α
式中
V为质点爆破震动速度
K为与岩石地质等有关的系数取250
Q为炸药量（Kg）
R为爆心至增加车道边缘的距离
α为衰减系数取1.8
（3）最大段炸药用量和车道距离之间的关系为（见表1）：
（4）根据以上数据确定单段最大炸药用量，开挖时实行分块分段微差爆破。根据施工水平及进度安排和现有装备选用42mm钻头，成孔直径45mm.。
（5）每次开挖的围岩方量。
由公式V=Q/q
V——开挖方量
Q——开挖总药量
q——岩石炸药单耗Ⅴ级取1.25Kg/m3
（6）每循环开挖断面积
s=V/L
s——隧道开挖断面积
L——隧道开挖循环进尺
（7）炮眼数量的确定。
由公式N=qs/r
式中N——炮眼数量，个，
q——岩石炸药单耗，取1.25Kg/m3
s——隧道开挖断面积
r——每米长度炸药重量，取0.8Kg
（8）根据以上公式确定爆破设计参数。
说明：根据车道边缘的位置动态调整炸药用量，增加段别数量，对分部开挖断面实施多次起爆，增加爆破次数和增加段数是减少药量的方法。由于路面以下1m左右均为填土，施工时可以提前挖空，减少围岩爆破的接触面，尽量采用机械开挖，减少爆破的次数。施工中对爆破部位加强覆盖，减少振动、飞石距离等，在洞门外设置门帘，减少飞石距离。施工中应根据地质变化及时调整爆破参数，符合现场实际。（见图3）
（9）示意图中的单块围岩用药量及炮眼个数的计算方法：
根据掌子面距行车道边缘距离R查上述关系表确定单段最大用药量Q单，然后确定段别n 依据Q总=nQ单计算出所用炸药总量，依据公式V=Q总/q（q取1.25Kg/m3）计算出每次开挖的围岩方量，依据公式S=V/L（L为隧道开挖循环进尺）计算出每次循环的开挖面积，最后依据公式N=qs/r（r取0.8Kg/m） 计算出炮眼布置的数量。本示意图采用了3种段别，每循环进尺0.6 m（即炮眼深度为0.6m）。
参考文献
[1] 关宝树，国兆林 隧道及地下工程 成都：西南交通大学出版社.
下穿桥梁设计 篇12
1 计算模型及参数选取
计算模型中, 忽略侧墙和桥面构造的刚度效应, 仅考虑某地特大桥下部道路车辆行驶荷载及施工过程震动荷载对于桥梁结构的影响。采用重庆大学购置的FLAC3D软件建立有限差分模型。桥面与承台各单元之间为固接, 立柱与承台以及岩基之间采用固接, 拱圈节点为主节点。模型共15 017个单元, 22 152个节点, 其有限差分分析见图1。
本次计算中岩土体采用摩尔库仑本构, 桥梁采用弹性本构, 地层参数根据该大桥下部干线南段 (K0+0~K2+548.924段) 道路工程工程地质勘察报告与设计资料见表1。
2 监测点布置及震动波的输入
由交通系统诱发的环境震动是一种强度相对较弱 (主要是相对于工厂和施工) , 频率较宽, 同时持时较长的震动。而公路交通的振源频带一般都在80 Hz以下。一般情况下由振源到测试地点都要通过地下土层的传播。对于交通系统引起的震动, 土的应变值一般为更小的数量级, 因此, 在土体中产生的震动波属于弹性波, 加速度一般不超过0.1g。施工工程中产生的震动也属于环境震动也是一种强度相对较弱的波, 因此, 采用0.1g的加速度波可满足以上要求。
本次计算在桥梁的中心线部位布置了两排监测点, 分别为JC1, JC2, JC3, JC4, JC5, JC6, 其中, JC1, JC2, JC3用以监测车载震动过程中桥面的竖向加速度, JC4, JC5, JC6用以监测震动过程中桥面的水平加速度。监测点布置图见图2。震动荷载引起的加速度波输入见图3。
3 计算结果
3.1 位移场分析
图4为桥面在下部公路荷载震动作用下的位移等值线图, 可以看出车载震动下桥面两侧产生不同程度的沉降变形, 最大值仅为0.189 mm, 可见荷载对桥面的影响较小。
3.2 应力场分析
桥下车载作用下, 桥体最小、最大主应力等值线分布图见图5, 图6 (图中拉应力为正, 压应力为负) 。
从图5最小主应力图中可以看出在桥面连接部位出现了14 726 Pa的拉应力, 这是因为建模时连接处采用实体连接, 而实际上连接处是分开的, 因而, 14 726 Pa的拉应力本次计算可不予考虑。从图6可以看出在靠近公路的两根立柱出现了压应力集中, 最大值为14 675 Pa。
3.3 震动速度分析
图7, 图8分别为各监测点 (JC1, JC3) 加速度时程曲线图。本次计算中设置了瑞雷阻尼, 分别为0.05和1.5。表2为各监测点加速度最大值的统计, 可以看出JC2, JC3的竖向加速度较大, 但未超出规范要求。
cm/s2
4 结语
应用数值模拟技术对某特大桥拟建下穿公路路基震动荷载作用下对大桥的安全影响进行了分析, 得到了路基震动作用下桥梁桥面、桥墩等的位移场、应力场以及路面监测点的震动加速度时程曲线。结合规范得出, 该特大桥下路面上行驶车辆施工过程产生的震动荷载都相对较小, 对桥梁的安全性影响较小。
摘要：在实践调研资料分析的基础上, 选取合适的路基震动加速度, 就某地一高架桥下穿公路路基的震动作用对该桥的影响进行了数值模拟分析, 结果表明, 按照下穿路基设计标准, 该下穿路对桥梁的影响较小。
关键词：震动,高速公路,桥梁,荷载
参考文献
[1]建设部118号令, 城市桥梁检测和养护维修管理办法[S].
[2]CJJ 99—2003, 城市桥梁养护技术规范[S].
[3]JTG H11—2004, 公路桥涵养护规范[S].