地鐵隧道上方氣泡輕質土填筑施工技術研究

龐瓊文

（深圳市市政設計研究院有限公司，廣東 深圳 518000）

0 引言

氣泡混合輕質土是一種較多封閉氣孔的材料。其具備極強的抗油污能力、耐熱性，與水泥混凝土材料相比，有著相同易施工性、流動性、耐久性等，并具備輕質性的優勢。從國內的路基工程來看，氣泡混合輕質土已廣泛應用于解決路基過渡段、半填半挖段、舊路加寬段及施工困難段路基，并有效地解決了路基沉降變形問題[1-4]。

在某工程中，將氣泡混合輕質土應用于地鐵設施減荷，同時減少路基填筑時的碾壓對地鐵的擾動，屬于比較新穎的應用形式。從目前的觀測數據判斷，地鐵設施在路基填筑完成后結構變形總體表現良好，達到了預期的控制目標。該項目的思路及輕質土的應用可參考可復制性強，對同類型項目提供了成功的范例，有較強的指導和借鑒意義。

1 工程概況

該項目所設計的聽海大道（桂灣四路以北段）道路紅線范圍內主要有現狀的地鐵1 號、5 號線前海灣站、前新區間及前鯉區間等。該項目路基填筑主要影響地鐵1 號線。圖1 為聽海大道與地鐵1 號線上下重疊之圖示。根據前期收集的資料，地鐵前新區間明挖隧道結構狀態良好。該段地鐵1 號線上方地坪設計標高為5.5 m。自貿區成立后，調整了片區規劃，地鐵上方路面標高整體抬高至9.5 m。因此，路基成形后土荷載將超出地鐵的設計荷載（原設計為12 m 覆土，路基完成后最大覆土達16 m）。

圖1 聽海大道與地鐵1 號線上下重疊之圖示

根據勘察成果，路段內分布的地層從上而下為：人工填土層（Qml）、第四系全新統海陸交互相沉積層（Q4mc）、第四系上更新統沖洪積層（Qa1+p13）、第四系殘積層（Qel）。工程沿線地下水主要賦存于中砂層中，為富含水、強透水性地層，賦存于其中的地下水屬孔隙潛水。雜填土及含粘性土粉砂層含水性、透水性一般，為相對弱含水、弱透水性地層。另外，在填石層中，分布著少量上層滯水，其它巖土層屬弱透水性地層或相對隔水層。

場地地下水主要接受大氣降水補給及在一定條件下接受前海灣海水側向補給，隨地勢由高處往低洼處排泄，地下水整體由東向西流入前海灣。鉆探期間測得鉆孔混合水位埋深0.10～3.50 m，標高2.39～5.41 m。進行抗浮設計時，考慮場地原始地貌及水文地質條件、氣象因素，抗浮設計水位按絕對標高7.5 m 考慮。

2 氣泡混合輕質土路基設計

綜合前文所述，項目主要解決的是道路路堤填筑產生的附加荷載對既有地鐵結構的影響問題。借鑒該地區地鐵1 號、5 號、11 號線相關的施工經驗，為避免影響現狀地鐵的結構安全，該項目采用“氣泡混合輕質土”對地鐵上方土體進行置換及路基填筑，以達到減少附加荷載兼路基使用的目的。大致方案如下：

（1）道路路基位于地鐵隧道結構上方的工段，在置換原土時，設計采用分段開挖方案。每個施工段5～10 m，間隔15～30 m 跳槽開挖，以避免大面積開挖時坑底土體回彈變形對地鐵結構產生不利影響。

（2）路基填筑施工時，須根據地鐵隧道的監測結果，合理安排路基填筑進度，避免短時間內過快加載影響地鐵結構安全。

（3）為了掌握土體置換、路基填筑和地鐵隧道變形的工況對應關系，現場須選取試驗段進行施工，以掌握對地鐵實際影響的參數，指導下一步施工。

3 計算分析

綜合前文所述，在項目進程中，應主要驗算內容有：道路輕質土路基施工過程中，地鐵結構的抗浮驗算；輕質土路基施工完成后地鐵結構的裂縫驗算。

3.1 抗浮驗算

（1）計算參數取值，見表1 所列。

表1 抗浮計算參數取值表

（2）抗浮驗算成果，見表2 所列。

表2 抗浮計算成果表

3.2 路基施工完成后地鐵結構裂縫驗算

（1）計算參數取值，見表3 所列。

表3 結構內力計算參數取值表

容重的單位：kN/m3；鋼筋：主筋HRB335 級，箍筋HPB235 級；超載：12 kN/m；彎矩單位：kN/m。

（2）道路與地鐵關系及內力計算：

在地鐵1 號線明挖區間上方采用 “輕質土填筑路堤”，換填底標高約3.5 m，設計水位約7.5 m,現狀地鐵結構兩側有地鐵1 號線基坑圍護樁（D1000＠800 葷素咬合樁）。因此，地鐵結構側墻所受土壓力被基坑圍護樁隔斷。計算中側墻所受土壓力按沒有圍護樁隔斷狀態下土壓力的60%取值，水壓力不折減。采用理正結構設計工具箱軟件7.0（平面剛桁架）內力計算結果如圖2、圖3 所示。

圖2 地鐵結構內力計算簡圖[工況1（現狀）]

圖3 地鐵結構內力計算簡圖[工況2（道路施工完成后）]

（3）內力計算結果及裂縫驗算，見表4、表5 所列。

表4 結構內力計算成果對比表

表5 裂縫驗算成果表

3.3 結論及要求

計算結果表明，采用輕質土填筑路基可滿足該工程的設計目標。要求施工前對地鐵結構的現狀進行相應的調查，必要時進行激光掃描，以掌握地鐵結構現狀使用狀態，確保施工安全。在施工過程中，應嚴格按照設計的分段跳挖及分層開挖回填等原則進行，并實時關注地鐵監測數據，合理安排施工，避免一次性大面積卸載或回填導致地鐵結構破壞。

4 地鐵監測數據分析

根據該項工程需要，將現場監控量測與信息反饋作為重要的一道工序納入施工組織中，并應貫穿施工過程始終。其目的是：實時監測地鐵隧道及軌道的三維變化情況，實時分析軌道的平順度，保障列車的安全運營。

結合實際情況，設計按以下方案進行：1 號線明挖區間每10 m 布設一個斷面，每個斷面布設4 個觀測點（道床2 個，側壁2 個）。監測施工時，以自動化監測為主，人工監測為輔。監測周期應從施工開始至影響地鐵設施的分部工程結束后三個月，且監測曲線趨于平緩時止。

監測數據使用徠卡Geomos 系統進行處理，將監測量、監測量變化、監測量速率的時間過程曲線及進尺過程曲線繪制的同時，還能將地面與地下監測變形量值進行關聯分析，在地鐵運營期，可對地鐵隧道情況進行監督。

根據《深地鐵安保[2019]南山1- 停測-3 號》文件，截止2018 年6 月30 日，地鐵l 號線左線水平位移X 方向最大累計值為＋l.7 mm，Y 方向最大累計值為＋O.8 mm，垂直位移累計最大值＋6.5 mm；地鐵l 號線右線水平位移X 方向最大累計值為＋l.9 mm，Y 方向最大累計值為＋O.7 mm，垂直位移累計最大值＋6.4 mm。可見項目施工對地鐵1 號線有所影響，但影響均在設計控制范圍內，進一步證明了該項目采用輕質土路基填筑方案是可行的，有效的。

5 結語

結合實際的工程項目，將氣泡混合輕質土路基在地鐵減荷領域的應用做了詳細的分析，并列舉了相關項目的詳細設計過程及監測數據結果。從數據上看，該方案有效解決了地鐵1 號線荷載超限及運營安全問題，達到了預期的控制目標。其設計思路及氣泡混合輕質土的應用方式可參考，可復制性強，對同類型項目有較好的示范作用，