地鐵深基坑施工對(duì)鄰近高壓鐵塔的影響

張 榮

(重慶市軌道交通設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，中國 重慶 400051)

1 引言

隨著城市地下空間的廣泛開發(fā)和利用，深基坑開挖對(duì)鄰近建構(gòu)筑物的影響已經(jīng)成為一個(gè)十分重要的課題。本文以重慶軌道交通六號(hào)線二期向家崗站工程為例，研究地鐵深基坑施工對(duì)鄰近構(gòu)筑物的影響。

2 工程概況

向家崗站基坑開挖深度17～27 m，寬度48～73 m，采用土釘墻、排樁式預(yù)應(yīng)力錨索擋墻和肋柱式錨桿擋墻等方式進(jìn)行支護(hù)。基坑開挖影響范圍內(nèi)有110 kV高壓鐵塔05和04號(hào)兩處(見圖1)，鐵塔參數(shù)見表1。

圖1 高壓鐵塔與基坑平面關(guān)系Fig.1 Relationship of high voltage tower and foundation pit

表1 高壓鐵塔參數(shù)Table1 Parameter of high voltage tower

3 基坑支護(hù)方案

05號(hào)鐵塔上覆土層厚度7.5 m，下伏基巖為厚層砂巖、砂質(zhì)泥巖。基坑開挖深度28.89 m，采用土釘墻與排樁聯(lián)合支護(hù)，土釘采用Φ42鋼花管，長10 m，孔徑100 mm，間距1.5 ×1.5 m 梅花型布置;排樁采用Φ1.5 m旋挖樁，間距3.5 m，預(yù)應(yīng)力錨索孔徑150 mm，豎向間距2.5 m，水平間距3.5 m，采用6 束Φs15.2預(yù)應(yīng)力鋼筋。支護(hù)斷面見圖2。

圖2 05號(hào)鐵塔基坑支護(hù)Fig.2 05#tower and foundation pit timbering

04號(hào)鐵塔覆土層厚度約30 m，下伏基巖為厚層砂巖、砂質(zhì)泥巖。基坑開挖深度19 m，采用土釘墻支護(hù)，分兩級(jí)放坡。上級(jí)坡高9 m，下級(jí)坡高10 m，坡率均為1∶0.65，兩級(jí)坡間采用1.5 m寬平臺(tái)連接。土釘采用φ42鋼花管，長13 m，孔徑100 mm，間距1.2×1.2 m梅花型布置。支護(hù)斷面見圖3。

圖3 04號(hào)鐵塔基坑支護(hù)Fig.3 04#tower and Foundation pit timbering

4 基坑開挖對(duì)鐵塔的影響分析

本工程采用MIDAS-GTS有限元軟件模擬基坑開挖對(duì)高壓鐵塔的影響，定量分析地鐵深基坑施工對(duì)兩高壓鐵塔的影響。

4.1 05號(hào)鐵塔基坑開挖數(shù)值模擬

05號(hào)鐵塔為轉(zhuǎn)角塔，塔頂有附加水平力250 kN，該處地質(zhì)參數(shù)見表2。

表2 05號(hào)鐵塔地質(zhì)參數(shù)Table2 05#Tower geological parameters

該處僅表層7.5 m回填土，下伏基巖強(qiáng)度較高。基坑開挖過程中，鐵塔以水平位移為主，本文僅對(duì)基坑開挖引起的鐵塔水平位移進(jìn)行分析，詳見圖4。

從圖4可以看出，基坑開挖過程中，鐵塔最大位移發(fā)生在塔底，最大水平位移30.04 mm，基坑開挖對(duì)05號(hào)鐵塔影響較小。

4.2 04號(hào)鐵塔基坑開挖數(shù)值模擬

04號(hào)鐵塔為直線塔，該處地質(zhì)參數(shù)見表3。

表3 04號(hào)鐵塔地質(zhì)參數(shù)Table 3 04#Tower geological parameters

04號(hào)鐵塔處回填土較深，基坑開挖過會(huì)引起鐵塔較大的變形。基于此，分4步開挖模擬基坑施工對(duì)鐵塔的影響，施工過程引起的水平位移詳見圖5，豎向位移詳見圖6。

圖5 施工過程中引起的水平位移Fig.5 Horizontal displacement in construction

圖6 施工過程中引起的豎向位移Fig.6 Vertical displacement in construction

從圖5和圖6中可以看出，基坑開挖過程中，鐵塔位移持續(xù)增大，塔底最大水平位移18.2 mm，鐵塔樁基底最大水平位移48.3 mm，鐵塔最大豎向位移10.9 mm。基坑開挖對(duì)04號(hào)鐵塔影響較大。

5 鐵塔加固措施

根據(jù)《電力設(shè)施保護(hù)條例》和高壓鐵塔產(chǎn)權(quán)單位的要求，本基坑工程開挖引起的鐵塔變形不能超過20 mm。通過數(shù)值分析可以看出，基坑開挖引起的05號(hào)和04號(hào)鐵塔變形均大于此標(biāo)準(zhǔn)，所以必須對(duì)高壓鐵塔采取措施進(jìn)行加固。由于05、04號(hào)鐵塔所處的地質(zhì)情況、基坑開挖深度、基坑支護(hù)方式以及基礎(chǔ)形式均不相同，故對(duì)兩鐵塔采取不同的專項(xiàng)措施進(jìn)行加固。

5.1 05號(hào)鐵塔加固措施

05號(hào)鐵塔最大變形30.04 mm，稍大于變形限值。本工程采取如下措施對(duì)鐵塔進(jìn)行加固:①上部土釘墻支護(hù)段，利用φ42鋼花管對(duì)松散回填土注漿，以改良上部回填土力學(xué)參數(shù)，漿液固結(jié)后通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)試土體參數(shù)達(dá)到黏聚力c＞15kPa，內(nèi)摩擦角φ＞30°時(shí)方可實(shí)施下一步開挖;②排樁采用機(jī)械成柱以減小對(duì)巖土體的擾動(dòng)，且嚴(yán)格執(zhí)行跳樁施工，樁體穩(wěn)定后分步開挖基坑，及時(shí)分批次張拉預(yù)應(yīng)力錨索，嚴(yán)格控制基坑變形;③加強(qiáng)對(duì)高壓鐵塔的監(jiān)控量測(cè)，如鐵塔變形速率過快和累計(jì)變形大于15 mm，即采取補(bǔ)張預(yù)應(yīng)力錨索等措施進(jìn)行控制。

5.2 04號(hào)鐵塔加固措施

04號(hào)鐵塔最大豎向位移10.9 mm，最大水平位移48.3 mm，大于變形限值較多。對(duì)4號(hào)鐵塔加固措施如下:①基坑開挖前，對(duì)鐵塔周圍10 m范圍內(nèi)采用袖閥管進(jìn)行地表注漿，注漿管間距2×2 m，注漿深度20 m，采用水泥－水玻璃雙液漿;②基坑開挖過程中，利用土釘φ42鋼花管對(duì)松散回填土進(jìn)一步注漿加固;③基坑開挖過程中采用人工或機(jī)械切割的施工方法，避免大型機(jī)械設(shè)備或者其它因素對(duì)于鐵塔和巖土體的破壞與擾動(dòng);④加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)，如鐵塔變形速率過快和累計(jì)變形大于15 mm，即施作預(yù)應(yīng)力錨索等措施進(jìn)行補(bǔ)充加固。

6 結(jié)論

1)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示基坑施工過程中，高壓鐵塔變形滿足要求，高壓鐵塔加固措施合理可行。

2)05號(hào)鐵塔處，基坑開挖深度達(dá)28.89 m，土釘墻與排樁聯(lián)合支護(hù)方式，仍能嚴(yán)格控制基坑變形。

3)兩鐵塔處回填土注漿加固，對(duì)改良土體力學(xué)參數(shù)，控制基坑變形和維持基坑穩(wěn)定，是一種可行的措施，但注漿量不易控制。

［1］熊智彪.建筑基坑支護(hù)［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2008.

［2］JGJ 120—99建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程［S］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，1999.

［3］龔曉南.深基坑工程設(shè)計(jì)施工手冊(cè)［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，1998.

［4］劉國彬，王衛(wèi)東.基坑工程手冊(cè)［M］2版.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2009.