廣州盾構電力隧道工作井圍護結構施工數值分析

鄧麗文

(廣州電力工程監理有限公司，廣東廣州 510000)

1 工程簡介

1.1 工程概況

廣州市220 kV航云輸變電電力隧道工程位于白云區白云新城，東臨白云大道，西靠機場路，南接廣園路，北為黃石路。該工程第二標段起始于云城西路與云城中二路交叉口的北1號工作井，終止于黃石東路與江景路交叉口的北5號工作井，全長2 536 m。區間隧道采用盾構法施工，其中北3號工作井長12 m，寬9.7 m，開挖深度約16 m，由于其周邊管線密布，環境復雜，是工程施工重點和難點。

1.2 工程地質及水文條件

據相關區域地質資料及勘探深度范圍所揭露的地層，本標段地層自上而下依次為第四系人工堆積層(Qml);第四系沖洪積層(Qal+pl);第四系殘積層(Qel);下伏基巖為二迭系粉砂巖、頁巖、炭質灰巖及石炭系灰巖等。本標段線路區間的不良地質主要為巖溶。根據勘探本標段共揭露溶洞15個，土洞2個。巖溶基本都為充填溶洞，充填物為軟塑～可塑狀粉質粘土。部分鉆孔溶洞呈串珠狀發育。溶洞頂面埋深 12.50 m ～27.50 m，標高 －13.90 m ～1.42 m，洞高0.40 m～21.20 m(串珠狀發育)，均在隧道底板以下。本工程隧道地下水主要有三種基本類型，分別為松散巖類孔隙水、碳酸鹽類裂隙溶洞水和碎屑巖類裂隙水。

圖1 北3號工作井第一道支撐平面圖

圖2 北3號工作井支撐橫剖圖

2 圍護結構施工方案

2.1 圍護結構形式

北段3號工作井基坑采用“地下連續墻+內支撐”的圍護結構，連續墻厚度為800 mm，墻深為21.2 m，基坑共設三道支撐，其中第一道為600×600鋼筋混凝土支撐，第二道為600×800鋼筋混凝土支撐，第三道支撐為φ600(t=12)鋼支撐。其第一道支撐平面圖及剖面圖見圖1，圖2。

2.2 主要施工方法及工藝

2.2.1 連續墻施工工藝

連續墻成槽施工時跳幅成槽，導墻采用挖掘機開挖人工配合、分段施工，每段長度約12 m～40 m，鋼筋現場加工綁扎，模板采用大鋼模，混凝土采用商品混凝土分層搗固密實。導墻施工縫與連續墻的分段接頭錯開至少0.5 m以上。成墻施工工藝流程見圖3。

圖3 地下連續墻施工工藝流程圖

2.2.2 土方開挖及支護

基坑土方按“豎向分層、逐層開挖、逐層支護”的方式進行施工。配備1臺PC200反鏟挖掘機和1臺長臂挖機配合開挖，每層開挖到支撐下500 mm后停止開挖，及時澆筑混凝土支撐或架設鋼管支撐并施加預加力后再進行下一層的開挖，鋼管支撐架設采用人工配合汽車吊進行機械挖至距離基底200 mm～300 mm時，采用人工開挖至基底，并及時施作底板。

3 數值分析

3.1 計算模型說明

采用MIDAS進行二維數值計算分析，計算范圍頂部取到地面，底部為3倍的基坑深度，橫向取基坑深度的5倍。地層由上向下分別為:素填土、中粗砂、粉質粘土。土層及圍護結構計算參數如表1所示。整個模型采用實體單元建模，土層采用摩爾—庫侖模型，連續墻采用彈性體模型，混凝土(鋼)支撐為梁單元，按照施工方案所確定的施工步驟進行施工階段模擬，對開挖支護進行模擬。有限元計算模型見圖4。

表1 土層及圍護結構計算參數表

圖4 有限元計算模型

3.2 計算結果分析

3.2.1 基坑土體變形分析

圖5 土體豎向位移圖

圖6 土體水平位移圖

如圖5，圖6所示，基坑土體豎向累計位移最大值出現在基底，最大值約為9 mm;水平累計位移最大值出現在第二道與第三道支撐之間，距離基底1/3倍～1/2倍的基坑深度范圍內，水平位移均較大，最大值約為6.5 mm;根據計算過程分析，基坑土體變形是隨著開挖深度的增加，逐漸加大，挖至基底，變形達到最大;從累計位移來看，基坑整體變形未超出控制值，處于安全狀態。

3.2.2 地下連續墻變形分析

如圖7所示，地下連續墻的最大水平位移為6.36 mm，出現在第三道支撐的位置，施工中需采取措施確保圍護結構的安全，可以通過及時架設支撐、施加適當預加軸力來達到這一目的。

圖7 地下連續墻水平位移圖

4 信息化施工

施工過程中，對基坑支護結構及基坑周邊的土體和相鄰的構筑物、管線進行全面、系統的監測，能對基坑工程的安全性和對周圍環境的影響程度有全面的了解，在出現異常情況時及時反饋，并指導相關參加單位采取必要的工程應急措施，甚至調整施工工藝或修改設計參數，以確保工程的順利進行。同時將現場測量結果用于信息化反饋優化設計，使設計達到優質安全、經濟合理、施工快捷的目的。

5 結語

通過對廣州市220 kV航云輸變電電力隧道工程工作井圍護結構施工方案數值分析，得出以下結論:

1)工作井基坑開挖具有明顯的時空效應，基坑土體及圍護結構變形是隨著開挖深度的增加，逐漸加大，挖至基底，變形達到最大;豎向及水平最大變形值分別出現在基底、第二道與第三道之間。

2)數值計算結果顯示，基坑及圍護結構整體處于安全可控范圍之內，同時施工中應加強對關鍵部位的監控，采取必要的措施確保施工的安全。

3)信息化施工是優化施工的一種重要技術手段，在工作井基坑支護施工過程中信息化施工應該貫穿整個過程，做到“邊施工、邊監測、邊優化”。

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