流沙層中跨既有線旅客地道深基坑快速施工技術(shù)

（中鐵十局建筑工程有限公司，濟(jì)南250061）

摘 要：隨著近年來鐵路的迅速發(fā)展，沿線火車站陸續(xù)改建，舊火車站的旅客進(jìn)站平交道嚴(yán)重制約著線路提速。在既有運營線上進(jìn)行深基坑快速施工，需要綜合考慮既有帶電接觸網(wǎng)、基坑臨近運營線路等對基坑施工影響。本文研究了基坑開挖底層流塑性地質(zhì)力學(xué)特性，并綜合分析既有帶電接觸網(wǎng)、基坑臨近運營線路等對基坑施工影響，提出了鉆孔灌注樁和高壓旋噴樁止水帷幕聯(lián)合支護(hù)的技術(shù)方案，并開展基坑穩(wěn)定性驗算，形成了一種流沙地層中跨既有線地道基坑施工速度快、成本低、確保工程質(zhì)量和工期的基坑施工技術(shù)。

關(guān)鍵詞：旅客地道;施工技術(shù);流沙地層

1 工程概況

菏澤站位于新菏兗日線與京九線交匯處，新菏兗日線外包京九線，是魯西南地區(qū)較大的集客、貨運業(yè)務(wù)的綜合站。新建1-12m旅客地道位于京九線K583+449.5處，二、三、四站臺上設(shè)置雙向地道出入口。新建1-6m行包地道位于京九線K583+184.5處，一、二、三、四站臺上設(shè)置單向地道出入口。地道橫穿站內(nèi)11條正線、到發(fā)線，基坑最大挖深8.45米，箱體結(jié)構(gòu)寬度13.8米，需要在雨季施工，菏澤地質(zhì)屬于黃河流沙地質(zhì)，基坑支護(hù)較為困難。

2 水文地質(zhì)條件

受場地條件限制，本工程勘察設(shè)計時未進(jìn)入施工現(xiàn)場勘探，只在施工區(qū)域附近選取勘探點，并參考施工專項方案里給出的地質(zhì)資料里土的分類及狀態(tài)，查閱工程地質(zhì)手冊，得到相關(guān)土體的經(jīng)驗參數(shù)如表1。

地處黃河淤泥流沙地質(zhì)，容易發(fā)生流沙。

3 施工方案的確定

（1）既有線路接觸網(wǎng)高度限制，鋼板樁無法施工，鉆孔灌注樁機可以改為4m高，滿足接觸網(wǎng)安全要求，止水帷幕采用高壓旋噴樁，樁基0.6米，樁長12米，在每兩個支護(hù)樁之間施工，高壓旋噴樁機高度2米，不影響接觸網(wǎng)。

（2）地處黃河淤泥流沙地質(zhì)，采用鉆孔灌注樁與高壓旋噴樁聯(lián)合支護(hù)，既利用了鉆孔灌注樁的剛性支護(hù)性能，確保了鄰近基坑線路運行安全，又充分發(fā)揮了高壓旋噴樁作為止水帷幕的顯著特性，起到止水和封堵流沙的作用。

（3）因旋噴樁屬于水泥土的范疇，其強度增長較為緩慢，凝固強度必須達(dá)到設(shè)計強度70%以上方可清除浮漿、制模，待旋噴樁裝身達(dá)到設(shè)計強度后方可澆注地道箱體。為節(jié)省工期，采用在施工支護(hù)樁同時施工高壓旋噴樁地基（基礎(chǔ)以上部分空鉆），這樣等基坑開挖完成后高壓旋噴樁地基已達(dá)到齡期要求，每步過渡能節(jié)省工期45天。

4 基坑穩(wěn)定性驗算

（1）荷載選取。考慮到既有線運輸線路（12、13、14股）安全，將12股，13股鐵路荷載作為超載施加于旅客地道和行包通道基坑旁。根據(jù)《鐵路路基支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》，本次計算將其鐵路等級考慮為一級，軌道類型為特重型，則列車和軌道荷載的等效作用強度為59.2kPa，作用寬度范圍為3.6m。計算時僅考慮12股和13股荷載，其荷載距坑邊距分別為3.05m和7.93m。

（2）基坑傾覆穩(wěn)定性分析。旅客地道與行包通道處的支擋結(jié)構(gòu)均采用鉆孔灌注樁（未加鋼支撐）作為圍護(hù)墻，根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（GB50007-2011），可將其簡化為懸臂樁進(jìn)行抗傾覆驗算。驗算的基本原則應(yīng)滿足下式規(guī)定：

（4-1）

式中：

—MEp為主動力對樁底傾覆作用力矩總和（kN.m）

—MEa為被動力對樁底抗傾覆作用力矩總和（kN.m）

—抗傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)，取Ktgt;=1.3

其中，主動土壓力與被動土壓力的計算方法采用《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》（JGJ120-2012）中的規(guī)定：

Pak=ak·Ka-2C " " " " " " " " " " " （4-2）

Ppk=pk·Kp-2C " " " " " " " " " " " " " " " " "（4-3）

式中：

—Pak為主動土壓力強度標(biāo)準(zhǔn)值（kPa）

—ak為支護(hù)結(jié)構(gòu)外側(cè)土中豎向應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值（kPa）

—Ppk為被動土壓力強度標(biāo)準(zhǔn)值（kPa）

—pk為支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)土中豎向應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值（kPa）

值得注意的是，主動土壓力系數(shù)和被動土壓力系數(shù)均采用朗肯土壓力系數(shù)。

根據(jù)式（4-2）， （4-3）可以得到行包通道處主（被）動土壓力隨基坑深度變化的曲線，具體數(shù)值如圖1所示。

將各土層主（被）動土壓力向樁底取矩（十字叉處），可得：

Kt=1.68gt;1.3

可見，旅客地道基坑計算截面滿足規(guī)范抗傾覆穩(wěn)定性驗算要求。

（3）行包通道最危險側(cè)壁。根據(jù)式（3-2）， （3-3）以及表2.1和表2.2可以得到行包通道處主（被）動土壓力隨基坑深度變化的曲線，具體數(shù)值如圖2所示。

將各土層主（被）動土壓力向樁底取矩（十字叉處），可得：

可見，行包通道基坑計算截面滿足規(guī)范抗傾覆穩(wěn)定性驗算要求。

對基坑的兩個危險側(cè)壁進(jìn)行了整體抗傾覆分析驗算，計算出的旅客地道和行包地道處的安全系數(shù)分別為1.68和1.738，都大于規(guī)范規(guī)定數(shù)值。

4.1 基坑整體穩(wěn)定性驗算

由于本工程場地土層中沒有軟土夾層和傾斜巖面，可以按照建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范推薦的方法，按平面問題考慮，宜采用圓弧滑動面計算。

對不同情況的土坡及基坑整體穩(wěn)定性驗算，最危險滑動面上諸力對滑動中心所產(chǎn)生的滑動力矩與抗滑力矩應(yīng)符合下式要求：

（4.4）

式中：Ms、MR——分別為對于危險滑弧面上滑動力矩和抗滑力矩（kN·m）;

Ks——整體穩(wěn)定抗滑安全系數(shù)。

穩(wěn)定性驗算采用單一系數(shù)法，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范規(guī)定安全系數(shù)為1.3，建筑基坑工程技術(shù)規(guī)范中要求為1.1-1.2。本文分別對各危險基坑側(cè)壁進(jìn)行整體穩(wěn)定性驗算，均滿足要求。

4.2 基坑底部隆起穩(wěn)定性驗算

基坑抗隆起穩(wěn)定性分析是基坑工程中一項十分關(guān)鍵的內(nèi)容，它不僅關(guān)系到基坑的穩(wěn)定安全問題，也與基坑的變形密切相關(guān)。

按照普朗德爾公式（Ks gt;= 1.1～1.2），注：安全系數(shù)取自《建筑基坑工程技術(shù)規(guī)范》YB 9258-97（冶金部）：

4.3 基坑抗?jié)B穩(wěn)定性驗算

旅客地道與行包通道處均存在地下水位差，且存在粉土地層，根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（GB50007-2011），基底滲流的水力梯度不應(yīng)超過臨界水力梯度。由于缺少基底土層的相關(guān)物理信息，以下計算根據(jù)經(jīng)驗取基底的土體顆粒比重為2.5，常見中密粉土的孔隙比范圍為0.75～0.9，稍密粉土的孔隙比范圍為0.9～1.2。

4.4 基坑支護(hù)樁穩(wěn)定性驗算

樁的直徑及間距都已明確規(guī)定，前面的分析都是基于支護(hù)樁是穩(wěn)定的前提下。支護(hù)樁自身強度是關(guān)系到基坑穩(wěn)定的重要影響因素，根據(jù)建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程，給出支護(hù)樁的相關(guān)參數(shù)。

5 工程應(yīng)用

菏澤車站改造，旅客通道和行包通道基坑開挖采用在施工支護(hù)樁同時施工高壓旋噴樁地基（基礎(chǔ)以上部分空鉆），這樣等基坑開挖完成后高壓旋噴樁地基已達(dá)到齡期要求，每步過渡能節(jié)省工期45天。所帶來間接經(jīng)濟(jì)效益和社會效益巨大。

6 結(jié)論

經(jīng)過對旅客地道和行包地道兩個深基坑的驗算，在采用基坑支護(hù)專項方案的情況下，兩個地道基坑可以滿足基坑抗傾覆穩(wěn)定性、整體穩(wěn)定性、抗隆起穩(wěn)定性和抗?jié)B流穩(wěn)定性的要求，各項安全系數(shù)都能滿足相關(guān)規(guī)范的規(guī)定。

綜合分析了基坑開挖底層流塑性地質(zhì)力學(xué)特性、既有帶電接觸網(wǎng)、基坑臨近運營線路等對基坑施工影響，確定了鉆孔灌注樁和高壓旋噴樁止水帷幕聯(lián)合支護(hù)的基坑支護(hù)方案，并進(jìn)行了基坑穩(wěn)定性驗算，驗證了該支護(hù)方案的科學(xué)性和合理性，在工期方面每步過渡節(jié)省了工期45天。形成了一種流沙地層中跨既有線地道基坑施工速度快、成本低、確保工程質(zhì)量和工期的基坑施工技術(shù)。

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