地鐵保護區輕質泡沫混凝土路基填筑應用研究

嚴志偉

摘 要 由于城市地鐵建設網絡的發達，地鐵安全保護區內的基礎設施項目建設不可避免。本篇文章以深圳地鐵11號線隧道正上方的輕質泡沫混凝土路基填筑為例，探討地鐵保護區隧道上方施工方案，以滿足地鐵隧道各向位移及結構外壁附加應力安全控制指標滿足要求，結合路基填筑施工過程地鐵自動化監測數據，驗證了輕質泡沫混凝土在本工程中應用。并提出一些意見建議，希望能為城市基礎設施建設帶來幫助。

關鍵詞 地鐵保護區;輕質泡沫混凝土;路基填筑;附加應力;數值分析

引言

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

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結構之間，橋臺臺后填土區域在地鐵11號線正上方，地鐵已運營，左右隧道凈距6.3m，填土區域隧道埋深約22m。南山側最大填土高度約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和建設規劃控制區工程管理辦法》安全控制指標要求，地鐵結構水平、豎向位移≤10mm，隧道結構外壁附加荷載≤10kPa。

2場地工程地質條件

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

3輕質泡沫混凝土相關應用

3.1 輕質泡沫混凝土土的特點

輕質泡沫混凝土不使用骨料，內部含有大量氣泡，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域;具有極好的施工流動性，可將澆筑地點和生產地點從現場分離開來，能夠泵送較遠距離，施工現場基本均使用現場拌和直接泵送，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 輕質泡沫土的應用

1987年，“城市高速公路橋梁停靠工程”首次將輕質泡沫土壤作為填充物，后來它就成了修路的填料。中國在2002年引進了輕質泡沫土壤建設技術。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項目成功實現[1-3]。

3.3 輕質泡沫混凝土應用案例

某橋梁工程橋臺兩側原設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、輕質泡沫混凝土，經方案比選，最終選用輕質泡沫混凝土填筑工藝。工后沉降分析，橋后填筑輕質泡沫混凝土經過6個月后沉降值僅為4.2cm，較水泥攪拌樁施工工期節省約3個月，造價節約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，路基高度達6.85m。根據沉降分析計算有關經驗，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本項目地鐵保護區輕質泡沫混凝土填筑應用技術

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，路床頂部距離地質盾構結構約17米。根據《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，設計采用高壓旋噴樁對填土區進行加固，其中前海段地基處理樁長7m，南山段基處理樁長8.5m，并采用輕質泡沫混凝土進行橋臺回填，輕質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《建筑地基基礎設計規范》（GB50007-2011）計算獲得[6]。根據地表填土面積、填土厚度及與隧道位置關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左線隧道頂部因填土所致附加應力最大值為3.47kPa，南山側右線隧道頂部因填土所致附加應力最大值為5.92kPa，前海側左線隧道頂部因填土所致附加應力最大值為7.64kPa，前海側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構外壁附加荷載≤10kPa要求，最大值均位于填土較高一側隧道頂部。

4.4 數值分析

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）。根據原有地鐵11號線勘察資料，地鐵隧道結構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，南山側模型高度39m，前海側模型高度32m。對填土平面范圍下方8m厚度土層按復合地基計算，經數值模擬計算，南山側填土完成后地鐵11號線隧道最大豎向變形為-0.8mm，前海側填土完成后地鐵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氣泡輕質土自動化攪拌設備，在具備施工條件前安排設備進場。清理施工區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、平面尺寸應滿足設計要求，并按相關規范要求進行檢查。同一區段上下相鄰澆注層，澆注間隔時間應以下層澆注層已經硬化為控制標準，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束時，應在澆注層內按規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地鐵自動化監測數據分析

前海側橋臺臺后路基輕質泡沫混凝土的施工時間段為2019年5月至9月，南山側橋臺臺后路基輕質泡沫混凝土的施工時間段為2019年11月至12月。填筑輕質泡沫混凝土范圍對應地鐵11號線隧道拱頂自動化監測數據，輕質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，填筑輕質泡沫混凝土引起的地鐵隧道結構變形為1.1mm，與數值計算基本吻合[7]。

6結束語

地鐵保護區應盡量避免在地鐵隧道上方堆載或卸荷，當不可避免時，采用因此輕質材料是解決地鐵安全保護區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泡沫土應用，通過理論計算和數值分析，計算填筑泡沫混凝土后的地鐵隧道結構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測數據驗證了采用輕質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泡沫混凝土，加強施工期間的地鐵自動化監測即時指導施工。

參考文獻

[1] 鐘少杰.泡沫輕質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] 臧衛平.泡沫輕質土在臺背回填中的應用及優勢[J].上海建設科技，2020（2）：86-88.

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

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

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

[6] 中國建筑科學研究院.建筑地基基礎設計規范：GB50007-2011[S].北京：中國標準出版社，2011.

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