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中铁隧道勘测设计院有限公司 610000
摘要：因成都地铁进入BT建设模式，施工阶段发生总工期变更，导致马鞍北路站在施工过程中增加变设计，增加轨排井基地。由于车站周边条件和自身结构的复杂性，再增加轨排井孔洞，对结构的安全性进行巨大挑战。本文对马鞍北路站的设计、计算和监测数据进行阐述和总结。
一、引言
在地铁建设中，轨道铺设的钢轨需从地面调入地铁车站和隧道底板上，单节钢轨达25米长，一般要求在结构板设置5mX30m临时孔洞，这样的孔洞称为轨排井。轨排井孔洞狭长，轨排井范围内不能阻挡物，一般在轨排井处，只考虑基坑支护（围护桩+锚索）独立受力，不将土压力传递到主体结构。因3号线一期总工期调整，原有铺轨基地设置无法满足短轨通的工期要求，故提出需在马鞍北路站站增设轨排井基地的要求。但马鞍北路站围护桩已施工完毕，基坑周边房屋密集，房屋基础距基坑距离为3米左右，基础埋深4～6米，结构外轮廓无法调整，不能采用桩+锚索围护支护形式，故采用了加强主体结构形式设计轨排井孔洞。
二、工程概况
成都地铁3号线一期工程由城市东北走向西南，全长20.35km，全为地下线，共设置17座车站，马鞍北路站是一期工程中间站。本站为地下二层明挖车站，采用11m岛式站台。车站总长227m，标准段宽度为19.7m，带临时停车线242m，标准宽度10.2m。由于场地受限，在车站大里程端渡线处设置轨排井，轨排井孔洞大小为4mX27m，车站大里程端右线为盾构调出井孔洞7X11m。
三、工程地质及水文地质
1、岩土分层及其特征
经勘察查明[1]，在本车站钻探揭露深度范围内，场地土由第四系全新统人工填土层（Q4ml），第四系上更新统冲洪积层（Q3al+pl）及白垩系上统灌口组（K2g）基岩组成。各层土的构成和特征分布从上至下分述如下：
<1>第四系全新统人工填土层（Q4ml）。
（1-1）杂填土：杂色，松散，稍湿。主要以新近回填的碎石、砖块、近期拆迁遗留的建筑垃圾及原建筑基础和地坪残迹为主。
<2>第四系上更新统冲洪积层（Q3al+pl）：
（3-1-2）粘土：褐黄色，褐色，可塑。含铁锰质氧化物，稍有光泽，干强度高，韧性高，局部含少量灰白色粘土。
（3-2）粉质粘土：褐黄、灰褐、灰黄色，可塑。含铁锰质氧化物，无摇振反应，稍有光泽，干强度中等，韧性中等，夹少量铁、锰质氧化物，局部手搓砂感明显，裂隙不发育。
（3-5）中砂：灰黄色、灰色，饱和，稍密～中密，由长石、石英、云母细片、暗色矿物及岩屑组成，含少量卵石，呈透镜体状分布于卵石土层间。
（3-6-2）稍密卵石：灰黄色～黄褐色，稍密，饱和，卵石粒径一般3～8cm，个别达10cm，呈亚圆形。含55%～65%的卵石，充填中砂、砾石和少量粘性土。N120修正击数[2]一般为4～7击。
（3-6-3）中密卵石：褐黄色～黄色，中密，饱和，卵石粒径一般4～10cm，呈亚圆形。含65%～70%的卵石，充填中砂、砾石和少量粘土。N120修正击数一般为7～10击。
（3-6-4）密实卵石：黄～黄褐色，密实，饱和，卵石粒径一般4～10cm，个别大于15cm，呈亚圆形。含70%～80%的卵石，充填中砂、砾石和少量粘土。N120修正击数大于10击。
2、不良地质与特殊岩土及应对措施
本车站范围无不良地质，存在的特殊岩土为人工填筑土、膨胀土。
<1> 人工填筑土
本车站人工填筑土为杂填土。杂填土以卵石土和碎石土为主，充填大量建筑垃圾。该层土均匀性差，多为欠压密土，结构疏松，多具强度较低、压缩性高、受压易变形的特点。
施工范围内全部挖除该层土，
<2> 膨胀土
（3-1-2）粘土自由膨胀率（FS）=44～48%，平均值为46%，蒙托石平均含量为11.52%，阳离子交换量平均为177.0mmol/Kg，（3-1-2）粘土判定为膨胀土[3]，具弱～中等膨胀性，膨胀力为48.5～81.5kPa，平均值为69.0kPa，分级变形量sc为13.7～21.6mm，地基胀缩等级为Ⅰ级。膨胀土具有遇水软化、膨胀、崩解，失水开裂、收缩的特点。成都市大气影响急剧深度为1.35m，大气影响深度为3.0m。应对措施：及时封闭降低该土层含水率和膨胀力。
3、地下水类型及富水性
<1>地表水
该车站周边无地表水系流过。
<2>地下水
根据成都区域水文地质资料、场地土层及地下水的赋存条件，地下水主要有3种类型：一是赋存于填土里的上层滞水，二赋存于卵石层的孔隙潜水。
（1）上层滞水
上层滞水主要赋存于粘土层之上的填土层中，受大气降水、沟渠和附近居民的生活用水为其主要补给源。
由于其水量相对小，对地下工程基本无影响。
（2）砂、卵石土层中的孔隙潜水
孔隙潜水赋存于中砂（3-5）、卵石层（3-6）中。勘察期间测得本车站地下水稳定水位埋深为6.9～7.3m、标高为496.31～497.29m.（3-6）层渗透系数约为18m/d，属强透水性[1]。
车站采用坑外降水至底板下0.5m。
<3>抗浮水位
抗浮为地表下3m。
4、地质参数建议值表
设计结构尺寸：结构顶板900mm、中板400mm、夹层板200mm、内隔墙300mm、底板1000mm、侧墙700、800mm，围护桩A1200@2000mm，钢支撑
A609，壁厚14mm，横向间距3500mm，纵向支撑在顶板、夹层板和中板位置。 轨排井孔洞旁为车站盾构调出孔洞，盾构孔洞封堵前需用钢支撑A609，壁厚14mm临时支撑轨排井孔洞。盾构孔洞封闭后拆除临时钢支撑，吊装钢轨。在轨排井开洞范围内中板永久孔洞全部临时封堵，轨排井孔洞封堵后再凿开封闭永久孔洞。
五、轨排井结构计算
1、工况一：盾构孔未封堵
在盾构井封堵前，轨排井须架设临时钢支撑，保证结构的稳定。计算采用sap2000进行结构分析，板采用shell单元模拟，梁，柱、支撑采用框架模拟。整体计算选取轨排井向两端各取15m进行建模，车站地基采用文克尔地基模型，土体对结构的弹性反力用弹簧代替，弹簧刚度依据详勘资料中的垂直基床系数和水平基床系数选取。由于车站在纵向上刚度十分大，在整体模型两端对车站的纵向位移进行约束。为安全起见，此次计算不考虑围护桩的有利作用。
荷载计算：
顶板、中板，风道板上施工荷载：5kN/m2；
土压力：FCT1=20×3.5X0.35=24.5 kN/ m2；
FCT2=0.35×12.48×20+24.5=112kN/ m2；
盾构施工期间端墙上超载：75*0.35=26.25 kN/ m2
先建立三维整体几何模型，再对板单元，框架单元赋予属性，施加荷载，对模型使用自动网格划分，最后进行计算。
2、工况二：盾构孔封堵，拆除轨排井内支撑，进行轨排施工
在盾构井封堵后，轨排井架设的临时钢支撑须拆除，进行轨排施工。计算采用sap2000进行结构分析，板采用shell单元模拟，梁，柱、支撑采用框架模拟。整体计算选取轨排井向两端各取15m进行建模，车站地基采用文克尔地基模型，土体对结构的弹性反力用弹簧代替，弹簧刚度依据详勘资料中的垂直基床系数和水平基床系数选取。由于车站在纵向上刚度十分大，在整体模型两端对车站的纵向位移进行约束。为安全起见，此次计算不考虑围护桩的有利作用。
荷载计算：
顶板、中板，风道板上施工荷载：5kN/m2；
土压力：FCT1=20×3.5X0.35=24.5 kN/ m2；
FCT2=0.35×12.48×20+24.5=112kN/ m2；
先建立三维整体几何模型，再对板单元，框架单元赋予属性，施加荷载，对模型使用自动网格划分，最后进行计算。
六、轨排井结构监测数据
监测数据为轨排井拆撑过程孔洞周边横梁横向变形值，符合计算预期值，结构安全。
七、结语
1、采用结构加强形式满足轨排井基地设置需求，但结构需进行严格建模计算，避免结构刚度小变形大产生裂缝。
2、采用此种结构加强形式比锚索+围护桩形式工期快，所需施工场地小，但后期凿除混凝土量大，成本高，浪费交大。
今后设计轨排井还需综合各种因素选择轨排井围护和结构形式。
参考文献：
[1]《成都地铁3号线一期工程 马鞍北路站详细勘察阶段岩土工程勘察报告》（中国建筑西南勘察设计研究院有限公司 2012年8月）
[2]《成都地区建筑地基基础设计规范》（DB51/T5026-2001）
[3]《铁路工程特殊性岩土工程勘察规程》（TB10038-2001，J126-2001）
摘要：因成都地铁进入BT建设模式，施工阶段发生总工期变更，导致马鞍北路站在施工过程中增加变设计，增加轨排井基地。由于车站周边条件和自身结构的复杂性，再增加轨排井孔洞，对结构的安全性进行巨大挑战。本文对马鞍北路站的设计、计算和监测数据进行阐述和总结。
一、引言
在地铁建设中，轨道铺设的钢轨需从地面调入地铁车站和隧道底板上，单节钢轨达25米长，一般要求在结构板设置5mX30m临时孔洞，这样的孔洞称为轨排井。轨排井孔洞狭长，轨排井范围内不能阻挡物，一般在轨排井处，只考虑基坑支护（围护桩+锚索）独立受力，不将土压力传递到主体结构。因3号线一期总工期调整，原有铺轨基地设置无法满足短轨通的工期要求，故提出需在马鞍北路站站增设轨排井基地的要求。但马鞍北路站围护桩已施工完毕，基坑周边房屋密集，房屋基础距基坑距离为3米左右，基础埋深4～6米，结构外轮廓无法调整，不能采用桩+锚索围护支护形式，故采用了加强主体结构形式设计轨排井孔洞。
二、工程概况
成都地铁3号线一期工程由城市东北走向西南，全长20.35km，全为地下线，共设置17座车站，马鞍北路站是一期工程中间站。本站为地下二层明挖车站，采用11m岛式站台。车站总长227m，标准段宽度为19.7m，带临时停车线242m，标准宽度10.2m。由于场地受限，在车站大里程端渡线处设置轨排井，轨排井孔洞大小为4mX27m，车站大里程端右线为盾构调出井孔洞7X11m。
三、工程地质及水文地质
1、岩土分层及其特征
经勘察查明[1]，在本车站钻探揭露深度范围内，场地土由第四系全新统人工填土层（Q4ml），第四系上更新统冲洪积层（Q3al+pl）及白垩系上统灌口组（K2g）基岩组成。各层土的构成和特征分布从上至下分述如下：
<1>第四系全新统人工填土层（Q4ml）。
（1-1）杂填土：杂色，松散，稍湿。主要以新近回填的碎石、砖块、近期拆迁遗留的建筑垃圾及原建筑基础和地坪残迹为主。
<2>第四系上更新统冲洪积层（Q3al+pl）：
（3-1-2）粘土：褐黄色，褐色，可塑。含铁锰质氧化物，稍有光泽，干强度高，韧性高，局部含少量灰白色粘土。
（3-2）粉质粘土：褐黄、灰褐、灰黄色，可塑。含铁锰质氧化物，无摇振反应，稍有光泽，干强度中等，韧性中等，夹少量铁、锰质氧化物，局部手搓砂感明显，裂隙不发育。
（3-5）中砂：灰黄色、灰色，饱和，稍密～中密，由长石、石英、云母细片、暗色矿物及岩屑组成，含少量卵石，呈透镜体状分布于卵石土层间。
（3-6-2）稍密卵石：灰黄色～黄褐色，稍密，饱和，卵石粒径一般3～8cm，个别达10cm，呈亚圆形。含55%～65%的卵石，充填中砂、砾石和少量粘性土。N120修正击数[2]一般为4～7击。
（3-6-3）中密卵石：褐黄色～黄色，中密，饱和，卵石粒径一般4～10cm，呈亚圆形。含65%～70%的卵石，充填中砂、砾石和少量粘土。N120修正击数一般为7～10击。
（3-6-4）密实卵石：黄～黄褐色，密实，饱和，卵石粒径一般4～10cm，个别大于15cm，呈亚圆形。含70%～80%的卵石，充填中砂、砾石和少量粘土。N120修正击数大于10击。
2、不良地质与特殊岩土及应对措施
本车站范围无不良地质，存在的特殊岩土为人工填筑土、膨胀土。
<1> 人工填筑土
本车站人工填筑土为杂填土。杂填土以卵石土和碎石土为主，充填大量建筑垃圾。该层土均匀性差，多为欠压密土，结构疏松，多具强度较低、压缩性高、受压易变形的特点。
施工范围内全部挖除该层土，
<2> 膨胀土
（3-1-2）粘土自由膨胀率（FS）=44～48%，平均值为46%，蒙托石平均含量为11.52%，阳离子交换量平均为177.0mmol/Kg，（3-1-2）粘土判定为膨胀土[3]，具弱～中等膨胀性，膨胀力为48.5～81.5kPa，平均值为69.0kPa，分级变形量sc为13.7～21.6mm，地基胀缩等级为Ⅰ级。膨胀土具有遇水软化、膨胀、崩解，失水开裂、收缩的特点。成都市大气影响急剧深度为1.35m，大气影响深度为3.0m。应对措施：及时封闭降低该土层含水率和膨胀力。
3、地下水类型及富水性
<1>地表水
该车站周边无地表水系流过。
<2>地下水
根据成都区域水文地质资料、场地土层及地下水的赋存条件，地下水主要有3种类型：一是赋存于填土里的上层滞水，二赋存于卵石层的孔隙潜水。
（1）上层滞水
上层滞水主要赋存于粘土层之上的填土层中，受大气降水、沟渠和附近居民的生活用水为其主要补给源。
由于其水量相对小，对地下工程基本无影响。
（2）砂、卵石土层中的孔隙潜水
孔隙潜水赋存于中砂（3-5）、卵石层（3-6）中。勘察期间测得本车站地下水稳定水位埋深为6.9～7.3m、标高为496.31～497.29m.（3-6）层渗透系数约为18m/d，属强透水性[1]。
车站采用坑外降水至底板下0.5m。
<3>抗浮水位
抗浮为地表下3m。
4、地质参数建议值表
设计结构尺寸：结构顶板900mm、中板400mm、夹层板200mm、内隔墙300mm、底板1000mm、侧墙700、800mm，围护桩A1200@2000mm，钢支撑
A609，壁厚14mm，横向间距3500mm，纵向支撑在顶板、夹层板和中板位置。 轨排井孔洞旁为车站盾构调出孔洞，盾构孔洞封堵前需用钢支撑A609，壁厚14mm临时支撑轨排井孔洞。盾构孔洞封闭后拆除临时钢支撑，吊装钢轨。在轨排井开洞范围内中板永久孔洞全部临时封堵，轨排井孔洞封堵后再凿开封闭永久孔洞。
五、轨排井结构计算
1、工况一：盾构孔未封堵
在盾构井封堵前，轨排井须架设临时钢支撑，保证结构的稳定。计算采用sap2000进行结构分析，板采用shell单元模拟，梁，柱、支撑采用框架模拟。整体计算选取轨排井向两端各取15m进行建模，车站地基采用文克尔地基模型，土体对结构的弹性反力用弹簧代替，弹簧刚度依据详勘资料中的垂直基床系数和水平基床系数选取。由于车站在纵向上刚度十分大，在整体模型两端对车站的纵向位移进行约束。为安全起见，此次计算不考虑围护桩的有利作用。
荷载计算：
顶板、中板，风道板上施工荷载：5kN/m2；
土压力：FCT1=20×3.5X0.35=24.5 kN/ m2；
FCT2=0.35×12.48×20+24.5=112kN/ m2；
盾构施工期间端墙上超载：75*0.35=26.25 kN/ m2
先建立三维整体几何模型，再对板单元，框架单元赋予属性，施加荷载，对模型使用自动网格划分，最后进行计算。
2、工况二：盾构孔封堵，拆除轨排井内支撑，进行轨排施工
在盾构井封堵后，轨排井架设的临时钢支撑须拆除，进行轨排施工。计算采用sap2000进行结构分析，板采用shell单元模拟，梁，柱、支撑采用框架模拟。整体计算选取轨排井向两端各取15m进行建模，车站地基采用文克尔地基模型，土体对结构的弹性反力用弹簧代替，弹簧刚度依据详勘资料中的垂直基床系数和水平基床系数选取。由于车站在纵向上刚度十分大，在整体模型两端对车站的纵向位移进行约束。为安全起见，此次计算不考虑围护桩的有利作用。
荷载计算：
顶板、中板，风道板上施工荷载：5kN/m2；
土压力：FCT1=20×3.5X0.35=24.5 kN/ m2；
FCT2=0.35×12.48×20+24.5=112kN/ m2；
先建立三维整体几何模型，再对板单元，框架单元赋予属性，施加荷载，对模型使用自动网格划分，最后进行计算。
六、轨排井结构监测数据
监测数据为轨排井拆撑过程孔洞周边横梁横向变形值，符合计算预期值，结构安全。
七、结语
1、采用结构加强形式满足轨排井基地设置需求，但结构需进行严格建模计算，避免结构刚度小变形大产生裂缝。
2、采用此种结构加强形式比锚索+围护桩形式工期快，所需施工场地小，但后期凿除混凝土量大，成本高，浪费交大。
今后设计轨排井还需综合各种因素选择轨排井围护和结构形式。
参考文献：
[1]《成都地铁3号线一期工程 马鞍北路站详细勘察阶段岩土工程勘察报告》（中国建筑西南勘察设计研究院有限公司 2012年8月）
[2]《成都地区建筑地基基础设计规范》（DB51/T5026-2001）
[3]《铁路工程特殊性岩土工程勘察规程》（TB10038-2001，J126-2001）