海灣吹填造地區(qū)地鐵車(chē)站土圍堰研究與應(yīng)用

韓贇

【摘要】以廈門(mén)市軌道交通.號(hào)線(xiàn)集美島站為工程背景，研究在吹填造地與地鐵車(chē)站施工同時(shí)進(jìn)行的情況下，如何保證地鐵車(chē)站的正常施工。采用土圍堰作為車(chē)站施工場(chǎng)地檔護(hù)措施，通過(guò)數(shù)值計(jì)算，確定圍堰的安全性，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)，檢驗(yàn)圍堰在實(shí)際施工中的變化情況。理論研究與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際相結(jié)合，探索研究一種經(jīng)濟(jì)、快捷、施工方便的圍堰結(jié)構(gòu)，為以后類(lèi)似工程提供參考。

【關(guān)鍵詞】地鐵車(chē)站 土圍堰 吹填造地 穩(wěn)定性 監(jiān)控量側(cè)

1、引言

目前，我國(guó)城市化進(jìn)程不斷發(fā)展，城市人口密度持續(xù)增加，城市建設(shè)規(guī)?？焖贁U(kuò)大，我國(guó)沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和土地資源的供需矛盾決定了吹填工程的持續(xù)擴(kuò)大。我國(guó)唐山曹妃甸工業(yè)區(qū)規(guī)劃2030年前完成吹境面積310km²，天津?yàn)I海新區(qū)由于快速發(fā)展需要，大量土地通過(guò)吹填形成，天津臨港產(chǎn)業(yè)區(qū)吹填面積約150km²，廈門(mén)大瞪島、馬鑾灣等區(qū)域正在進(jìn)行吹填造地以滿(mǎn)足城市發(fā)展需要。

城市軌道交通作為城市公共交通系統(tǒng)的重要組成部分，根據(jù)中國(guó)節(jié)能協(xié)會(huì)城市軌道交通節(jié)能專(zhuān)業(yè)委員會(huì)發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，截至2019年9月，中國(guó)已有39個(gè)城市開(kāi)通軌道交通，線(xiàn)路運(yùn)營(yíng)里程6333.3公里。

吹填工程與軌道交通的快速發(fā)展，吹填工程與軌道交通工程同時(shí)施工，將不可避免地出現(xiàn)在沿海城市的城市建設(shè)過(guò)程中。而如伺保證吹填工程與地鐵工程施工互不干擾將成為城市建設(shè)中亟需解決的問(wèn)題。

2、工程概況

廈門(mén)為我國(guó)首批經(jīng)乏護(hù)持區(qū)，共規(guī)劃10條地鐵線(xiàn)。集美島站為廈門(mén)軌道交通6號(hào)線(xiàn)一期工程第五個(gè)車(chē)站，車(chē)站總長(zhǎng)304m。車(chē)站位于規(guī)劃集美島中央，站址周邊用地現(xiàn)狀主要為魚(yú)塘，周邊規(guī)劃為混合用地、商務(wù)設(shè)施用地、科研、居住等用地。

集美島位于馬鑾灣片區(qū)生態(tài)修復(fù)（一期）工程范圍內(nèi)，海域面積約314.42hm²，位于廈門(mén)市西海域馬鑾灣內(nèi)。集美島采取吹填工法，吹填祠料主要為海底泥沙。

馬鑾灣片區(qū)生態(tài)修復(fù)（一期）工程于2016年開(kāi)始施工，2018年5月基本完成吹填施工。吹填后淤泥高度頂標(biāo)高約為+5.0m，吹填最高水位標(biāo)高約為+6m。集美島站于2017年5月開(kāi)始施工，2018年1月完成圍堰施工，2018年4月開(kāi)始進(jìn)行車(chē)站基坑開(kāi)挖。圍堰內(nèi)場(chǎng)地面積約為3.2萬(wàn)m²。

3、臨時(shí)圍堰設(shè)計(jì)

集美島站在規(guī)劃集美島中央，為避免集美島吹填影響車(chē)站施下，參考類(lèi)似工程經(jīng)驗(yàn)，采用臨時(shí)圍堰作為施工場(chǎng)地臨時(shí)擋護(hù)結(jié)構(gòu)，在圍堰的保護(hù)下施做地鐵車(chē)站。

3.1 臨時(shí)圍堰設(shè)計(jì)

考慮車(chē)站施工周期長(zhǎng)，臨時(shí)圍堰圍擋范圍包括地鐵車(chē)站主體及附屬結(jié)構(gòu)范圍。由于圍堰頂?shù)状嬖诟卟睿谲?chē)站小里程端設(shè)置施工便道作為進(jìn)出場(chǎng)通道。車(chē)站圍堰共占地54217m²。

根據(jù)規(guī)劃情況，集美島吹填后淤泥標(biāo)高為+5.0m，水面標(biāo)高約為+6m。集美島站清淤后場(chǎng)地標(biāo)高約為-1.0m。為保證集美島站施工場(chǎng)地的安全，設(shè)置臨時(shí)圍堰保證施工場(chǎng)地的安全。

考慮臨時(shí)圍堰僅在集美島吹填階段使用，上部不考慮行車(chē)，因此設(shè)定圍堰頂寬2.5m，圍堰兩側(cè)坡度1：1.5;集美島站臨時(shí)圍堰頂標(biāo)高+5.0m，底標(biāo)高-2.5m。由于吹填水位達(dá)到6m時(shí)為臨時(shí)工況，在圍堰頂設(shè)置1.5m高臨時(shí)檔水二次圍堰，避免吹填水位灌入車(chē)站施工場(chǎng)地。

集美島現(xiàn)場(chǎng)存在縱橫交錯(cuò)魚(yú)塘塘埂，塘埂作為天然地層，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，透水性較差。考慮施工便捷性，將既有塘埂作為圍堰防水的一部分，在圍堰外側(cè)，利用既有塘埂設(shè)置不小于6m寬的寬填護(hù)道作為圍堰護(hù)腳;另外圍堰外側(cè)鋪設(shè)“土工布+PVC防水板+土工布”的“兩布一膜”防水設(shè)施，“兩布一膜”插入既有塘埂不小于1m。塘埂與圍堰拐角處采用素土壓實(shí)，避免“兩布一膜”上浮。背水面一側(cè)兩排泄水孔，背永面基底設(shè)置4m×0.5m碎石濾水層。臨時(shí)圍堰平面圖如圖1所示。

3.2 臨時(shí)圍堰穩(wěn)定性計(jì)算

3.2.1 計(jì)算參數(shù)選取

集美島吹填材料為主要泥沙，吹填后場(chǎng)地條件差，相關(guān)地層物理力學(xué)參數(shù)獲取難度較大。參考國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)吹填后軟土的工程地質(zhì)特性的研究成果，本文選取吹填后泥沙物理力學(xué)參數(shù)表，所示。

集美島臨時(shí)圍堰主要材料為素填土，碾壓密實(shí)。圍堰位于原狀地層上，選取最不利位置對(duì)圍堰進(jìn)行安全性計(jì)算。圍堰下方地層從上到下主要為中粗砂、殘積砂質(zhì)粘性土、全風(fēng)化花崗巖。參考地質(zhì)勘查資料，選取下表參數(shù)為圍堰計(jì)算參數(shù)。

3.2.2 計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)

集美島臨時(shí)圍堰采用素填土回填，碾壓密實(shí)。計(jì)算時(shí)參考《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL274-2001）為計(jì)算穩(wěn)定性依據(jù)。

由于本圍堰高度較小，圍堰外最高水位約為+6m，水位達(dá)到最高后通過(guò)排水后，淤泥高度為5m，且本圍堰僅為集美島吹填期間使用，因此確定本圍堰安全穩(wěn)定性系數(shù)最小值不小于1.15。

3.2.3 圍堰穩(wěn)定性計(jì)算

由于吹填點(diǎn)距離車(chē)站臨時(shí)圍堰較遠(yuǎn)，結(jié)合實(shí)際情況，選取最不利工況進(jìn)行分析計(jì)算，考慮圍堰的滲流效應(yīng)，利用理正巖土軟件進(jìn)行計(jì)算分析。

由于圍堰范圍較大，選取最不利地層情況進(jìn)行計(jì)算分析，模型長(zhǎng)度定為70m，根據(jù)實(shí)際地質(zhì)情況，最不利出砂層厚度為3.5m，殘積砂質(zhì)黏性土厚度為8m，全風(fēng)化花崗巖地層厚度為10m。

最不利工況：吹填水位達(dá)到6m，臨時(shí)圍堰外泥沙頂標(biāo)高達(dá)到5m。根據(jù)計(jì)算，最不利工況下臨時(shí)圍堰滲水量為0.36m3/天，考慮滲流情況下對(duì)圍堰穩(wěn)定性計(jì)算，圍堰抗滑穩(wěn)定性安全系數(shù)為1.269>1.15，滿(mǎn)足規(guī)范要求，圍堰處于穩(wěn)定狀態(tài)。

4、臨時(shí)圍堰施工

集美島臨時(shí)圍堰從2017年5月開(kāi)始施工，到2018年1月施工完成。規(guī)劃集美島從2017年1月開(kāi)始進(jìn)行吹填，2018年5月基本吹填完成。集美島吹填與圍堰施工存在交叉影響，吹填與車(chē)站圍堰施工同時(shí)進(jìn)行，圍堰需滿(mǎn)足吹填水位不斷增加的要求，避免吹填影響集美島站的施工場(chǎng)地。結(jié)合集美島地形條件、材料等因素，為避免車(chē)站施工對(duì)吹填施工造成影響，臨時(shí)圍堰共分兩期施工。一期利用既有塘埂施工至絕對(duì)標(biāo)高2.5m，滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)吹填施工要求。利用既有塘埂施工時(shí)，對(duì)既有塘埂進(jìn)行碾壓施工，確保壓實(shí)度不小于0.9。一期施工完成后，對(duì)一期圍堰內(nèi)采用外運(yùn)的素填土分層碾壓施工圍堰剩余部分，壓實(shí)度不小于0.9?？紤]局部地層存在砂層，對(duì)砂層部分采用雙排Φ800@600mm旋噴樁進(jìn)行止水。

圍堰施工主要過(guò)程為池塘排水→場(chǎng)地清淤→利用塘埂施工先期臨時(shí)圍堰→施工圍堰底旋噴樁→施做防水層→加高圍堰并施工泄水孔→施工反濾層→施工臨時(shí)擋水圍堰。考慮局部地層存在砂層，圍堰先期施工段施工完成后，對(duì)砂層部分采用雙排Φ800@600mm旋噴樁進(jìn)行止水，樁底位于砂層以下1m。旋噴樁施工完成后，拓寬并加高圍堰至5.0m。圍堰內(nèi)側(cè)坡面設(shè)置10cm后C25噴射混凝土防護(hù)并設(shè)置泄水孔。圍士圖石寬并分層填筑的同時(shí)，在圍堰內(nèi)側(cè)基礎(chǔ)位置設(shè)置寬4m，厚1m的碎石反濾層，反濾層內(nèi)側(cè)設(shè)置PVC排水管接人圍堰內(nèi)排水溝。

5、臨時(shí)圍堰施工監(jiān)測(cè)

為保證圍堰安全，在施工過(guò)程中需對(duì)圍堰進(jìn)行監(jiān)測(cè)，及時(shí)掌握圍堰所：處狀態(tài)，根據(jù)監(jiān)測(cè)情況采取相應(yīng)措施，保證圍堰安全。

參照《城市軌道交通工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》（GB50911-2013）及相關(guān)規(guī)范，對(duì)圍堰頂、圍堰底水平及豎向位移進(jìn)行監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)水平間距20m，相關(guān)控制值詳見(jiàn)下表。

從圍堰2018年2月圍堰施工完成開(kāi)始監(jiān)測(cè)，到2018年6月底集美島基本吹填完成，選取最大位移點(diǎn)進(jìn)行分析。

從圍堰水平位移變化曲線(xiàn)可以看出，圍堰頂、圍堰底基本保持協(xié)同移動(dòng)，圍堰呈整體向內(nèi)移動(dòng)狀態(tài)。

從圍堰水平位移變化趨勢(shì)分析，2018年2月到3月，圍堰水平位移變化較小，3～5月位移增長(zhǎng)迅速，5月以后基本保持平衡。圍堰位移變化狀態(tài)基本與集美島吹填進(jìn)展相吻合，集美島吹填在2018年2～3月進(jìn)展緩慢，3～5月吹填速度快，到5月中基本完成吹填。

從圍堰豎向位移變化曲線(xiàn)分析，圍堰整體豎向沉降較小，考慮圍堰自身沉降因素，圍堰豎向位移受集美島吹填影響較小。

從圍堰位移數(shù)值分析，圍堰頂、圍堰底最大水平位移與最大豎向位移均未超過(guò)20mm，圍堰在吹填施工中安全穩(wěn)定。

6、結(jié)論

通過(guò)數(shù)值計(jì)算、現(xiàn)場(chǎng)施工及監(jiān)測(cè)表明，集美島站臨時(shí)圍堰在外界吹填造地施工時(shí)，圍堰結(jié)構(gòu)是安全穩(wěn)定的，在圍堰的保護(hù)性，地鐵車(chē)站可以正常施工，不受外界吹填工程的干擾。本文通過(guò)對(duì)集美島站臨時(shí)圍堰的分析，希望能對(duì)后續(xù)吹填造地區(qū)域地鐵車(chē)站修建提供設(shè)計(jì)及施工參考。

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