地鐵保護區(qū)輕質(zhì)泡沫混凝土路基填筑應用研究

嚴志偉

摘 要 由于城市地鐵建設(shè)網(wǎng)絡的發(fā)達，地鐵安全保護區(qū)內(nèi)的基礎(chǔ)設(shè)施項目建設(shè)不可避免。本篇文章以深圳地鐵11號線隧道正上方的輕質(zhì)泡沫混凝土路基填筑為例，探討地鐵保護區(qū)隧道上方施工方案，以滿足地鐵隧道各向位移及結(jié)構(gòu)外壁附加應力安全控制指標滿足要求，結(jié)合路基填筑施工過程地鐵自動化監(jiān)測數(shù)據(jù)，驗證了輕質(zhì)泡沫混凝土在本工程中應用。并提出一些意見建議，希望能為城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)帶來幫助。

關(guān)鍵詞 地鐵保護區(qū);輕質(zhì)泡沫混凝土;路基填筑;附加應力;數(shù)值分析

引言

地鐵作為城市便捷交通工具的地位愈來愈重要，深圳前海合作區(qū)共規(guī)劃軌道交通/城際線13條，總長度約63公里，密度為4.2公里/平方公里，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)地選址不可避免地鐵安全保護區(qū)范圍，建設(shè)過程中滿足地鐵保護區(qū)安全控制指標是建設(shè)者必須面對的問題。本文以深圳地鐵11號線隧道正上方的輕質(zhì)泡沫混凝土路基填筑為例，探討了輕質(zhì)泡沫混凝土 在地鐵保護區(qū)的應用。

1工程概況

月亮灣立交-桂廟路主線跨線橋工程位于深圳地鐵11號線上方，橋梁樁基布置于地鐵左右隧道盾構(gòu)結(jié)構(gòu)之間，橋臺臺后填土區(qū)域在地鐵11號線正上方，地鐵已運營，左右隧道凈距6.3m，填土區(qū)域隧道埋深約22m。南山側(cè)最大填土高度約4m，填土長度約80m，填土寬度約45m，填土面中心與地鐵11號線左線隧道凈距約11.5m，與右線隧道凈距約23.5m。前海側(cè)最大填土高度約5m，填土長度約145m，填土寬度約45m，填土面中心與地鐵11號線左線隧道凈距約2.5m，與右線隧道凈距約14.5m。填土材料為輕質(zhì)泡沫混凝土，重度不大于6kN/m3。

按照深圳市《地鐵運營安全保護區(qū)和建設(shè)規(guī)劃控制區(qū)工程管理辦法》安全控制指標要求，地鐵結(jié)構(gòu)水平、豎向位移≤10mm，隧道結(jié)構(gòu)外壁附加荷載≤10kPa。

2場地工程地質(zhì)條件

橋臺填土區(qū)場地土層自上而上依次為厚度8m的雜填土、厚度22m的礫質(zhì)黏性土以及強風化花崗巖，其中地鐵隧道位于礫質(zhì)粘性土中，盾構(gòu)拱頂距地表約22m。

3輕質(zhì)泡沫混凝土相關(guān)應用

3.1 輕質(zhì)泡沫混凝土土的特點

輕質(zhì)泡沫混凝土不使用骨料，內(nèi)部含有大量氣泡，從而有效降低自重，重度在4～12kN/m3之間，能夠很好地填筑在限制堆載區(qū)域;具有極好的施工流動性，可將澆筑地點和生產(chǎn)地點從現(xiàn)場分離開來，能夠泵送較遠距離，施工現(xiàn)場基本均使用現(xiàn)場拌和直接泵送，無須振搗碾壓，施工便捷高效。摻和粉煤灰、礦粉等利用廢棄資料。

3.2 輕質(zhì)泡沫土的應用

1987年，“城市高速公路橋梁?？抗こ獭笔状螌⑤p質(zhì)泡沫土壤作為填充物，后來它就成了修路的填料。中國在2002年引進了輕質(zhì)泡沫土壤建設(shè)技術(shù)。北京奧運會鳥巢、北京地鐵新干線、北京-珠海高速公路、河北沿海高速公路及其他高速公路建設(shè)項目成功實現(xiàn)[1-3]。

3.3 輕質(zhì)泡沫混凝土應用案例

某橋梁工程橋臺兩側(cè)原設(shè)計為水泥攪拌樁以提高地基承載力處理橋臺路基不均勻沉降，因臺后管線較多且復雜摒棄水泥攪拌樁地基處理方案改為砂樁加固、塑料排水板堆載預壓法、輕質(zhì)泡沫混凝土，經(jīng)方案比選，最終選用輕質(zhì)泡沫混凝土填筑工藝。工后沉降分析，橋后填筑輕質(zhì)泡沫混凝土經(jīng)過6個月后沉降值僅為4.2cm，較水泥攪拌樁施工工期節(jié)省約3個月，造價節(jié)約40%，最主要是達到了管線保護的目的[4]。

另一市政道路地處軟基地區(qū)，路基高度達6.85m。根據(jù)沉降分析計算有關(guān)經(jīng)驗，軟基工后沉降與上部路基荷載成正比。因受紅線限制，高填方直立式邊坡支護成本也較大，采用輕質(zhì)泡沫混凝土能夠很多解決許多問題。彈性模量低，減震效果好，凝固后強度高、自重輕、自立性強，有效降低三分之二路基高度，減少路基土壓力及工后沉降[5]。

4本項目地鐵保護區(qū)輕質(zhì)泡沫混凝土填筑應用技術(shù)

4.1 工程實例介紹

月亮灣立交-桂廟路主線跨線橋工程位于深圳地鐵11號線上方，路線與地鐵走向基本一致，路床頂部距離地質(zhì)盾構(gòu)結(jié)構(gòu)約17米。根據(jù)《橋臺填土對地鐵11號線影響分析報告》橋臺填土所采用的輕質(zhì)混凝土容重不得大于6kN/m3，一般填土無法滿足地鐵保護要求，故選用泡沫輕質(zhì)混凝土作為橋臺路基填筑材料，性能指標要求如下：

4.2 地鐵保護措施

為減少路基填土對下臥地鐵隧道的影響，設(shè)計采用高壓旋噴樁對填土區(qū)進行加固，其中前海段地基處理樁長7m，南山段基處理樁長8.5m，并采用輕質(zhì)泡沫混凝土進行橋臺回填，輕質(zhì)混凝土容重不得大于6kN/m3。

4.3 填土引起的隧道頂部附加應力分析

地面填土相當于在矩形面積上作用三角形分布荷載，任意深度處的豎向附加應力可通過《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（GB50007-2011）計算獲得[6]。根據(jù)地表填土面積、填土厚度及與隧道位置關(guān)系可計算得到隧道頂部因填土所致附加應力如下圖：

由此可計算出南山側(cè)左線隧道頂部因填土所致附加應力最大值為3.47kPa，南山側(cè)右線隧道頂部因填土所致附加應力最大值為5.92kPa，前海側(cè)左線隧道頂部因填土所致附加應力最大值為7.64kPa，前海側(cè)右線隧道頂部因填土所致附加應力最大值為9.42kPa，均滿足地鐵安保隧道結(jié)構(gòu)外壁附加荷載≤10kPa要求，最大值均位于填土較高一側(cè)隧道頂部。

4.4 數(shù)值分析

為消除邊界約束對隧道變形的影響，模型邊界沿隧道縱向取至填土外50m，寬度取至隧道外50m，整個模型尺寸為250m（長）×150 m（寬）。根據(jù)原有地鐵11號線勘察資料，地鐵隧道結(jié)構(gòu)下部基巖均風化花崗巖，假定風化花崗巖不可壓縮，模型底面取至中風化花崗巖頂面，南山側(cè)模型高度39m，前海側(cè)模型高度32m。對填土平面范圍下方8m厚度土層按復合地基計算，經(jīng)數(shù)值模擬計算，南山側(cè)填土完成后地鐵11號線隧道最大豎向變形為-0.8mm，前海側(cè)填土完成后地鐵11號線隧道最大豎向沉降為-1.5mm，滿足地鐵保護區(qū)路基填筑對于地鐵隧道變形控制要求。

4.5 主要施工工藝

消泡試驗濕密度增加率不超過10%，標準沉陷距不超過5mm，抗壓強度滿足要求。

擬采用HT-18氣泡輕質(zhì)土自動化攪拌設(shè)備，在具備施工條件前安排設(shè)備進場。清理施工區(qū)域基坑底部積水和雜物，做到基層清潔，不能有油污、浮漿、殘灰及雜物等。

基底高程、平面尺寸應滿足設(shè)計要求，并按相關(guān)規(guī)范要求進行檢查。同一區(qū)段上下相鄰澆注層，澆注間隔時間應以下層澆注層已經(jīng)硬化為控制標準，不宜少于6h。 每一澆注層應在水泥漿初凝時間內(nèi)澆注完畢，澆注時間不宜超過3h;水泥漿自制備完成到開始制備泡沫土的間隔時間最大不應超過3h。澆注過程中，澆注管出料口離前面的高差最大不應超過2m。當前澆注層澆注接近結(jié)束時，應在澆注層內(nèi)按規(guī)定頻率進行濕密度取樣檢測，當某一測點檢測不合格時應找出測點周圍界限，進行局部處理。

5地鐵自動化監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

前海側(cè)橋臺臺后路基輕質(zhì)泡沫混凝土的施工時間段為2019年5月至9月，南山側(cè)橋臺臺后路基輕質(zhì)泡沫混凝土的施工時間段為2019年11月至12月。填筑輕質(zhì)泡沫混凝土范圍對應地鐵11號線隧道拱頂自動化監(jiān)測數(shù)據(jù)，輕質(zhì)泡沫土施工前的拱頂變形為2.0mm，填筑完成后的變形為3.1mm，填筑輕質(zhì)泡沫混凝土引起的地鐵隧道結(jié)構(gòu)變形為1.1mm，與數(shù)值計算基本吻合[7]。

6結(jié)束語

地鐵保護區(qū)應盡量避免在地鐵隧道上方堆載或卸荷，當不可避免時，采用因此輕質(zhì)材料是解決地鐵安全保護區(qū)變形直接有效的辦法，滿足地鐵隧道變形控制要求及附加應力指標要求。本文通過月亮灣立交-桂廟路主線跨線橋工程地鐵隧道上方填筑輕質(zhì)泡沫土應用，通過理論計算和數(shù)值分析，計算填筑泡沫混凝土后的地鐵隧道結(jié)構(gòu)變形及附加應力均符合地鐵保護安全控制指標，并通過地鐵隧道自動化監(jiān)測數(shù)據(jù)驗證了采用輕質(zhì)泡沫混凝土填筑的可行性。為減少橋臺填土對地鐵隧道的影響，可對填土面下方一定深度范圍土體進行加固處理后采用輕質(zhì)泡沫混凝土，加強施工期間的地鐵自動化監(jiān)測即時指導施工。

參考文獻

[1] 鐘少杰.泡沫輕質(zhì)土在高速公路橋頭路基填筑中的應用及效益[J].廣東土木與建筑，2020，27（6）：109-112.

[2] 臧衛(wèi)平.泡沫輕質(zhì)土在臺背回填中的應用及優(yōu)勢[J].上海建設(shè)科技，2020（2）：86-88.

[3] 朱磊柯.XPS輕質(zhì)材料在地鐵保護區(qū)工程中應用方案[J].建筑技術(shù)開發(fā)，2018（13）：72-73.

[4] 李柏亮.輕質(zhì)泡沫混凝土的橋臺路基處理應用研究。建筑工程技術(shù)與設(shè)計，2020（6）：2080-2083.

[5] 邱小宗.泡沫混凝土輕質(zhì)填料結(jié)合復合地基在城市橋梁臺后路基應用[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計，2020（3）：3895-3896.

[6] 中國建筑科學研究院.建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范：GB50007-2011[S].北京：中國標準出版社，2011.

[7] 蔣小軍.泡沫輕質(zhì)土在地鐵保護區(qū)工程中的應用[J].科技創(chuàng)新與應用，2012（23）：205.