港珠澳大橋珠海連接線拱北隧道信息化監測分析

羅興虎

(中鐵十八局集團有限公司，天津300222)

港珠澳大橋珠海連接線拱北隧道信息化監測分析

羅興虎

(中鐵十八局集團有限公司，天津300222)

港珠澳大橋連接線拱北隧道陸域明挖段全長1 229.895 m，寬度20.7～32.6 m，深度26.7～1.9 m，為典型的狹長且深度差異大的基坑工程。針對基坑及周邊環境特點，隨著基坑深度的增加，依次采用拉森Ⅳ型鋼板樁、SMW密插樁、600～1 200 mm地下連續墻等圍護結構。通過對陸域明挖段典型斷面監測資料進行分析，得出了基坑施工對圍護結構及周邊環境的影響形式。監測結果表明，采用信息化施工的監測手段，能夠及時解決發現的險情，確保基坑工程的安全。

拱北隧道 狹長基坑 信息化施工

1 工程概況

港珠澳大橋珠海連接線(以下簡稱連接線)工程是港珠澳大橋的重要組成部分，全長13.432 km，雙向六車道，設計時速80 km/h，位于珠海市香洲區，毗鄰澳門。該工程起點位于拱北灣海域珠澳人工島，經拱北灣特大橋連接珠海人工島，先島后隧，終點與西部沿海高速公路月環至南屏支線延長線接駁，線路總體呈近東向西的“S”形波狀展布［1-2］。

連接線工程由拱北灣特大橋(YK0+000—YK0+ 950.396，長約950 m)、珠海連接線人工島(YK0+ 040.735—YK2+245.530，長約2 204.795 m，寬70 m，海域面積9.27萬m2)和拱北隧道(YK1+149.696—YK3+890，長2 740.304 m，其中海域明挖段1 225.204 m，口岸暗挖段285.205 m(包括暗挖255 m，東、西側工作井共30.2 m)，陸域明挖段1 229.895 m)組成。目前在建的陸域明挖段起訖樁號為YK2+660.105—YK3+890.000，總長1 229.895 m，寬度20.7～32.6 m，深度20.7～1.9 m，是典型的狹長且深度差異大的基坑工程。陸域明挖段主體結構共分56個施工節段，其中敞開段14個節段，明挖暗埋段42個節段，節段長度約為22 m。其平面示意圖見圖1。隧道周邊環境復雜、敏感建筑物密集，主要分布有鴨涌河、粵海國際花園、廣珠輕軌拱北站、國防公路等重要建筑物［1］。

圖1 陸域明挖段基坑平面示意(深度單位:m)

2 工程地質條件

隧道場區處于侵蝕堆積地貌單元，兼有陸緣淺海、河流、濱海沖積平原三種微地貌單元。陸域明挖段主要處于濱海沖積平原地帶，穿越鴨涌河及軍事區，鴨涌河為澳粵兩地界［1-2］。根據地勘報告［3］，地層自上而下依次為③1淤泥、淤泥質粉質黏土;③2層粉質黏土、粉土;④3淤泥質粉土;⑤2層細砂、中砂、粗砂、礫砂;⑥2細砂、粗砂、礫砂。場區內地表水主要是海水，地下水主要賦存于③1灰黑色淤泥層中，其次為③2、④3黏性土或黏性土夾砂及更新統殘積層等土層和基巖裂隙中。砂類土特別是相對松散的粗粒類砂土為強透水層，淤泥或淤泥質土、黏性土、殘積土為相對弱透水層。

3 基坑支護設計方案

結合基坑工程的地質及周邊環境條件，本基坑采用板式支護體系結合坑內水平支撐的圍護結構形式。本著安全與經濟的原則，根據不同的基坑設計深度，采取不同強度的支護體系與之匹配，對本工程分別采用600～1 200 mm厚地下連續墻、φ850@600SMW樁、拉森鋼板樁等圍護結構，具體見圖1。根據基坑深度、基坑周邊環境及前述基坑等級劃分標準，陸域段基坑側壁安全等級分別為一級、二級、三級。

4 基坑監測

4.1 監測內容

拱北隧道土層力學性質較差，極易發生涌水、流砂、坍塌等事故，具有很大的風險性。依據有關規范［4-6］并且結合基坑的工程特點，確定監測以下三類內容［7-9］。

1)位移類。主要包括圍護樁(墻)頂水平和豎向位移、圍護結構深層水平位移(測斜)、立柱豎向位移、坑底回彈、周邊地表豎向位移、周邊建筑物水平及豎向位移、周邊管線水平及豎向位移。

2)應力壓力類。主要包括圍護結構內力、支撐軸力、冠梁及圍檁混凝土內力、立柱內力、孔隙水壓力、側向土壓力。

3)其他。另外還包括地下水位及坑外地表裂縫等。

4.2 測點布設

選擇一些有代表性的斷面作為監測斷面，根據監測要求在斷面上布設以下監測點:冠梁及圍護結構內力測點、支撐軸力測點、墻頂水平和豎向位移測點、圍護結構水平位移測點、坑外水位測點、基坑周圍地表豎向位移測點、圍護結構側向土壓力測點、基坑空隙水壓力測點、坑底回彈點、基坑外土體深層側向變形、立柱內力測點和立柱豎向位移觀測點。

5 實測數據分析

5.1 基坑圍護結構水平位移

圖2為陸域明挖段LJD11節圍護結構深層水平位移曲線。從圖中可以看出，測斜曲線呈大肚狀，隨著開挖深度的增加，墻體變形逐漸增大。施工至第2道鋼支撐時，變形相對較小，第3道鋼支撐、第5道鋼支撐由于架設不及時，產生2次強變形，在第5道支撐及底板澆筑完成后，變形達到峰值，滯后趨于穩定，最大變形量為46.43 mm，在19 m深處。

圖2 圍護結構深層水平位移曲線

5.2 基坑圍護結構豎向位移

圖3為陸域明挖段LJD11節圍護樁頂豎向位移累計變化曲線。從圖中可以看出，當施工地層為淤泥及淤泥質黏土，即基坑開挖至第2道支撐及第3道支撐過程中，圍護樁呈現一定的隆起，支撐架設完成后短時間趨于穩定。當基坑開挖至粉土、細砂、中砂時，圍護樁頂豎向位移呈持續下降狀態，在底板澆筑完成后數據趨于穩定，累計沉降約-15～-25 mm。

圖3 圍護樁頂豎向位移累計變化曲線

圖4 為陸域明挖段LJD13節典型斷面立柱隆起曲線。從圖中可以看出，開挖過程中，立柱一直呈現上升趨勢，第3道支撐由于架設不及時，呈現一個強變形期，支撐架設完成后趨于穩定，在底板澆筑完成后達到最大值，最大隆起約30 mm。

圖4 典型斷面立柱隆起曲線

5.3支撐軸力

典型斷面支撐軸力變化曲線如圖5所示。從圖中可以看出，當基坑開挖至第2道支撐時，支撐軸力增大，第3道支撐架設后，第2道支撐軸力發生適當調整。隨著基坑深度增加，支撐軸力呈持續上升趨勢，直至底板澆筑完成后數據趨于穩定。

圖5 典型斷面支撐軸力變化曲線

5.4 基坑開挖對周邊環境影響

2014年5月12日LJD11結構段南側深約19 m處出現漏水現象，造成該位置上方地表產生較大幅度沉降，當日沉降值為-47.02～-63.30 mm。2014年5月17日上午對漏水位置上方進行注漿加固，加固后地表沉降逐漸趨于穩定。

粵海國際花園為基坑附近一大型居民小區，小區內建筑結構形式主要為框架剪力墻結構，基礎形式為樁基，最近一棟居民樓距拱北隧道陸域段約30 m。在該建筑物上共布設15個觀測點，測點布設見圖6。受基坑施工影響，周邊建筑物沉降變形曲線可以分為三個階段:圍護結構施工引起的沉降，開挖引起的沉降和后期沉降。圍護結構施工引起的沉降約2～3 mm，約占總沉降量的30%;開挖引起的沉降約4～6 mm，約占60%;后期沉降約1～2 mm，約占10%。

圖6 粵海國際花園雅苑建筑物沉降測點布設示意

6 結論

通過對港珠澳大橋接線段拱北隧道典型節段進行的監測，得出以下結論:

1)地下連續墻圍護結構施工引起的深層水平位移曲線呈大肚狀，隨著開挖深度的增加，墻體變形逐漸增大，至底板澆筑完成后，變形值達到頂峰46.43 mm。

2)當基坑開挖至淤泥及淤泥質黏土地層時，圍護結構豎向呈現一定的隆起，支撐架設完成后短時間趨于穩定;當基坑開挖至粉土、細砂、中砂時，圍護樁頂豎向位移呈持續下降狀態，在底板澆筑完成后數據趨于穩定，最大值為-15～-25 mm。在開挖過程中，立柱呈現上升趨勢，支撐架設完成后趨于穩定，在底板澆筑完成后達到最大值，最大隆起約30 mm。

3)隨著基坑深度增加，支撐軸力呈持續上升趨勢，直至底板澆筑完成后數據趨于穩定。

4)基坑滲漏水會導致周邊地表呈大面積沉降，基坑施工對周邊建筑物變形影響可分為三個階段:圍護結構施工引起沉降、開挖引起沉降和后期沉降，其中開挖引起的沉降占總沉降量的60%左右。

［1］中交第二公路勘察設計研究院有限公司.港珠澳大橋接線工程兩階段初步設計［R］.武漢:中交第二勘察設計研究院有限公司，2011.

［2］何小龍，程勇，郭小紅，等.港珠澳大橋連接線工程拱北隧道設計［J］.土工基礎，2013，27(1):21-24，40.

［3］中交第二公路勘察設計研究院有限公司.港珠澳大橋接線工程地質勘察報告(兩階段初步設計)［R］.武漢:中交第二勘察設計研究院有限公司，2011.

［4］廣東省建設委員會.DBJ/T15-20—97廣東省建筑基坑支護工程技術規程［S］.廣州:廣東省工程標準化協會，1998.

［5］中華人民共和國住房和城鄉建設部.JGJ 120—2012建筑基坑支護技術規程［S］.北京:中國建筑工業出版社，2012.

［6］中華人民共和國建設部.JGJ 8—2007建筑變形測量規程［S］.北京:中國建筑工業出版社，2007.

［7］羅興虎.港珠澳大橋珠海連接線拱北隧道曲線管幕頂管測量和軌跡控制技術［J］.鐵道建筑，2015(4):55-58.

［8］吳延平，王軍.淺埋暗挖法人行過街通道信息化施工技術研究［J］.鐵道建筑，2011(11):59-61.

［9］武圓月，龔潔英.北京地鐵10號線草橋站至紀家廟站區間盾構隧道施工監測與分析［J］.鐵道建筑，2013(9):34-38.

(責任審編趙其文)

U445.45

A

10.3969/j.issn.1003-1995.2015.05.22

1003-1995(2015)05-0086-03

2014-09-15;

2015-03-19

羅興虎(1972—)，男，甘肅武威人，高級工程師。