填海區(qū)域基坑施工對(duì)既有地鐵區(qū)間影響淺析

吳劭旸

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司廣東分公司, 廣東深圳 518052)

填海區(qū)域基坑施工對(duì)既有地鐵區(qū)間影響淺析

吳劭旸

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司廣東分公司, 廣東深圳 518052)

深圳前海交易廣場地處前海填海區(qū)域，屬于典型的海積淤泥地層，同時(shí)地塊內(nèi)有運(yùn)營地鐵1號(hào)線。在復(fù)雜的海積淤泥地層條件下進(jìn)行地鐵區(qū)間附近的深基坑開挖，控制基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系及地鐵區(qū)間的穩(wěn)定是整個(gè)工程的重點(diǎn)，也是一大難點(diǎn)。通過對(duì)地鐵區(qū)間兩側(cè)基坑的開挖順序和加固措施進(jìn)行數(shù)值模擬，研究地鐵區(qū)間位移及襯砌內(nèi)力變化，得出合理的開挖順序和加固措施

淤泥地層； 地鐵區(qū)間； 基坑開挖； 基坑加固

1 工程概況

前海交易廣場地塊位于深圳市前海深港合作區(qū)，位于桂灣三路以南，夢(mèng)海大道以西，南臨卓越、華潤前海項(xiàng)目，項(xiàng)目用地總面積7.9×104m2。地塊周邊主要為既有地鐵車站和區(qū)間，自西向東分別為11號(hào)線前海灣站、5號(hào)線前海灣站、1號(hào)線前海灣～鯉魚門區(qū)間(圖1)。

圖1 交易廣場地塊平面示意

交易廣場的地塊以地鐵1號(hào)線隧道前海灣～鯉魚門站區(qū)間為分界線，分為東北角地塊和西南角地塊。地塊現(xiàn)狀地表標(biāo)高約為8 m，地鐵1號(hào)線前海灣～鯉魚門站區(qū)間隧道埋深位置約為-8 m(圖2)。

圖2 交易廣場地塊與前海灣～鯉魚門區(qū)間豎向關(guān)系

項(xiàng)目基坑擬為3層，根據(jù)和既有1號(hào)線區(qū)間隧道位置關(guān)系分析，負(fù)3層基坑底距離隧道頂約1～2 m，負(fù)2層基坑底距離隧道頂約5.4 m，負(fù)1層基坑底距離隧道頂約9.8 m。

2 數(shù)值計(jì)算模型

2.1 基坑設(shè)計(jì)情況

交易廣場基坑長約為300 m，寬約為250 m，處于1號(hào)線既有隧道的上方。既有隧道的下穿對(duì)于基坑的開挖有著更大的難度，減小基坑開挖對(duì)既有隧道的影響便成了首要解決的問題。參照《深圳市地鐵集團(tuán)有限公司地鐵運(yùn)營安全保護(hù)區(qū)和建設(shè)規(guī)劃控制區(qū)工程管理辦法》的相關(guān)規(guī)定，地鐵線路及車站結(jié)構(gòu)邊緣外3 m為用地邊界線。交易廣場基坑分為3個(gè)部分，區(qū)間隧道兩側(cè)3 m以外負(fù)3層基坑和區(qū)間隧道上方負(fù)1、2層基坑(圖3)。

圖3 基坑橫斷面示意

2.2 工程地質(zhì)參數(shù)

通過地勘報(bào)告，取基坑巖體及圍護(hù)結(jié)構(gòu)具體參數(shù)如下。

2.2.1 地層參數(shù)

從上到下分別為素填土、淤泥、黏土、砂質(zhì)黏性土、全風(fēng)化花崗巖。結(jié)合地質(zhì)資料和經(jīng)驗(yàn)取值，具體巖石力學(xué)參數(shù)見表1。

2.2.2 圍護(hù)參數(shù)表

基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用鉆孔灌注樁，以及旋噴樁作為止水帷幕，同時(shí)采用混凝土支撐作為內(nèi)支撐。鉆孔灌注樁單根長23.6 m、截面直徑1.2 m的圓形截面，混凝土支撐采用1.2 m×1.2 m的方形截面。支護(hù)參數(shù)見表2。

表1 巖石力學(xué)參數(shù)

表2 支護(hù)參數(shù)

2.3 基坑開挖順序

考慮該處基坑圍繞既有線路分段開挖，結(jié)合實(shí)際情況，主要可以考慮3種基坑開挖順序，如表3所示。

2.4 平面有限元模型概況

2.4.1 計(jì)算模型建立與網(wǎng)格劃分

根據(jù)工況資料，分析細(xì)化模擬數(shù)據(jù)，采用平面有限元方法，通過MIDAS GTS建模，計(jì)算隧道襯砌在荷載作用下的受力及變形情況。本區(qū)段共有5個(gè)不同地層，從上到下分別為素填土、淤泥、黏土、砂質(zhì)黏性土、全風(fēng)化花崗巖。最長基坑寬為25.5 m，鉆孔灌注樁長為23.6 m，因此本模型取寬為99 m、高為50 m的矩形作為框架，具體模型尺寸見圖4。

表3 施工步驟

圖4 網(wǎng)格劃分示意

2.4.2 模擬施工步驟

嚴(yán)格按照實(shí)際施工步驟建立模型，模擬施工步驟為：

(1)重力作用下，計(jì)算平衡并位移清零；

(2)開挖左側(cè)隧道，并進(jìn)行管片支護(hù)；

(3)開挖右側(cè)隧道，并進(jìn)行管片支護(hù)；

(4)位移清零；

(5)按照3種施工開挖順序分別進(jìn)行建模。

3 數(shù)值計(jì)算結(jié)果及分析

3.1 開挖順序(一)數(shù)值計(jì)算結(jié)果

開挖順序(一)中，考慮先左側(cè)基坑開挖后右側(cè)基坑開挖，最后開挖中間基坑(圖5～圖7)。

圖5 中間基坑開挖至負(fù)2層豎向位移云圖(隧道襯砌位移最大值為14.84 mm)

圖6 中間基坑開挖至負(fù)2層結(jié)構(gòu)彎矩云圖(襯砌最大彎矩為97.1 kN·m)

圖7 中間基坑底部加固后豎向位移云圖(襯砌最大隆起為6.94 mm)

3.2 開挖順序(二)數(shù)值計(jì)算結(jié)果

開挖順序(二)中，左右側(cè)基坑同時(shí)開挖，最后開挖中間基坑(圖8～圖10)。

圖8 中間基坑開挖至負(fù)2層豎向位移云圖(隧道襯砌位移最大值為14.74 mm)

圖9 中間基坑開挖至負(fù)2層支護(hù)結(jié)構(gòu)彎矩云圖(襯砌最大彎矩為97.1 kN·m)

圖10 中間基坑底部加固后豎向位移云圖(中間基坑開挖一層襯砌最大隆起為6.92 mm)

3.3 開挖順序(三)數(shù)值計(jì)算結(jié)果

開挖順序(三)中，基坑整體從上至下開挖基坑(圖11～圖13)。

圖11 中間基坑開挖至負(fù)2層豎向位移云圖(隧道襯砌位移最大值為16.00 mm)

圖12 中間基坑開挖至負(fù)2層支護(hù)結(jié)構(gòu)彎矩云圖(襯砌最大彎矩為125 kN·m)

圖13 中間基坑底部加固后豎向位移云圖(中間基坑開挖1層襯砌最大隆起為6.83 mm)

3.4 計(jì)算結(jié)果分析

3.4.1 基坑開挖先后順序的影響

從以上的分析不難看出，3種基坑開挖順序的應(yīng)力云圖規(guī)律基本一致，結(jié)果對(duì)比詳見表4。

由表4可見，3種開挖方式都會(huì)一定量地引起既有線路的隆起，其中開挖順序(二)引起的位移最小，開挖順序(一)次之，開挖順序(三)產(chǎn)生的位移最大。開挖順序(三)中由于地鐵區(qū)間上方的土體一次性大面積的開挖卸載，對(duì)既有區(qū)間結(jié)構(gòu)造成的影響最大，區(qū)間隆起量最大。開挖順序(一)和開挖順序(二)相比，兩側(cè)基坑開挖如不同時(shí)進(jìn)行，中間部分的土體和既有結(jié)構(gòu)受到多次擾動(dòng)，造成更大的不利影響，相對(duì)來說在地鐵區(qū)間保護(hù)范圍之外的兩側(cè)基坑，建議有條件時(shí)進(jìn)行同時(shí)開挖。

表4 不同開挖順序比較

3.4.2 采取加固措施后的影響

為研究土體加固措施對(duì)區(qū)間結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的作用，主要針對(duì)區(qū)間上方基坑底部土體是否進(jìn)行加固進(jìn)行了比較(表5)。從結(jié)果不難看出，在淤泥質(zhì)地層中進(jìn)行基坑開挖時(shí)，如果對(duì)既有區(qū)間結(jié)構(gòu)所在基坑進(jìn)行底部加固后再進(jìn)行后續(xù)開挖，能夠有效的減少基坑土體和既有區(qū)間結(jié)構(gòu)的變形位移。

4 結(jié)論

(1)在填海區(qū)域進(jìn)行的既有地鐵區(qū)間結(jié)構(gòu)周邊基坑開挖，對(duì)區(qū)間結(jié)構(gòu)的影響較大，易造成區(qū)間上浮和襯砌管片內(nèi)力增大，設(shè)計(jì)和施工時(shí)都應(yīng)考慮相應(yīng)保護(hù)措施。

表5 采取加固措施后的不同開挖順序比較

(2)既有地鐵區(qū)間周邊基坑的開挖應(yīng)避免區(qū)間上方土體同時(shí)大面積的開挖卸載，應(yīng)將基坑分次實(shí)施。其次建議基坑的開挖順序?yàn)閰^(qū)間兩側(cè)基坑同時(shí)開挖，最后開挖區(qū)間正上方基坑。

(3)在填海淤泥質(zhì)地層中進(jìn)行基坑施工，只要對(duì)既有區(qū)間結(jié)構(gòu)正上方基坑土體進(jìn)行加固后再進(jìn)行開挖，就能更好的控制剩余土體和地鐵區(qū)間結(jié)構(gòu)的變形位移。

[1] 王永新.淤泥質(zhì)地質(zhì)條件下地鐵車站深基坑施工控制技術(shù)研究[D].成都：西南交通大學(xué)，2003.

[2] 李琳，楊敏，熊巨華.軟土地區(qū)深基坑變形特性分析[J].土木工程學(xué)報(bào)，2007，40(4):66-69.

[3] 袁順德，陳禮偉.淺析海積淤泥地層地鐵車站基坑群的相互影響[J].現(xiàn)代隧道技術(shù)，2012，49(5).

吳劭旸(1987～)， 男，碩士研究生，工程師，從事地鐵、隧道工程設(shè)計(jì)工作。

TU94+1

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[定稿日期]2016-08-25