地鐵隧道上方氣泡輕質(zhì)土填筑施工技術(shù)研究

龐瓊文

（深圳市市政設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣東 深圳 518000）

0 引言

氣泡混合輕質(zhì)土是一種較多封閉氣孔的材料。其具備極強(qiáng)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(dòng)性、耐久性等，并具備輕質(zhì)性的優(yōu)勢(shì)。從國(guó)內(nèi)的路基工程來(lái)看，氣泡混合輕質(zhì)土已廣泛應(yīng)用于解決路基過(guò)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(wèn)題[1-4]。

在某工程中，將氣泡混合輕質(zhì)土應(yīng)用于地鐵設(shè)施減荷，同時(shí)減少路基填筑時(shí)的碾壓對(duì)地鐵的擾動(dòng)，屬于比較新穎的應(yīng)用形式。從目前的觀測(cè)數(shù)據(jù)判斷，地鐵設(shè)施在路基填筑完成后結(jié)構(gòu)變形總體表現(xiàn)良好，達(dá)到了預(yù)期的控制目標(biāo)。該項(xiàng)目的思路及輕質(zhì)土的應(yīng)用可參考可復(fù)制性強(qiáng)，對(duì)同類(lèi)型項(xiàng)目提供了成功的范例，有較強(qiáng)的指導(dǎo)和借鑒意義。

1 工程概況

該項(xiàng)目所設(shè)計(jì)的聽(tīng)海大道（桂灣四路以北段）道路紅線范圍內(nèi)主要有現(xiàn)狀的地鐵1 號(hào)、5 號(hào)線前海灣站、前新區(qū)間及前鯉區(qū)間等。該項(xiàng)目路基填筑主要影響地鐵1 號(hào)線。圖1 為聽(tīng)海大道與地鐵1 號(hào)線上下重疊之圖示。根據(jù)前期收集的資料，地鐵前新區(qū)間明挖隧道結(jié)構(gòu)狀態(tài)良好。該段地鐵1 號(hào)線上方地坪設(shè)計(jì)標(biāo)高為5.5 m。自貿(mào)區(qū)成立后，調(diào)整了片區(qū)規(guī)劃，地鐵上方路面標(biāo)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(shè)計(jì)荷載（原設(shè)計(jì)為12 m 覆土，路基完成后最大覆土達(dá)16 m）。

圖1 聽(tīng)海大道與地鐵1 號(hào)線上下重疊之圖示

根據(jù)勘察成果，路段內(nèi)分布的地層從上而下為：人工填土層（Qml）、第四系全新統(tǒng)海陸交互相沉積層（Q4mc）、第四系上更新統(tǒng)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(qiáng)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(duì)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(duì)隔水層。

場(chǎng)地地下水主要接受大氣降水補(bǔ)給及在一定條件下接受前海灣海水側(cè)向補(bǔ)給，隨地勢(shì)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(cè)得鉆孔混合水位埋深0.10～3.50 m，標(biāo)高2.39～5.41 m。進(jìn)行抗浮設(shè)計(jì)時(shí)，考慮場(chǎng)地原始地貌及水文地質(zhì)條件、氣象因素，抗浮設(shè)計(jì)水位按絕對(duì)標(biāo)高7.5 m 考慮。

2 氣泡混合輕質(zhì)土路基設(shè)計(jì)

綜合前文所述，項(xiàng)目主要解決的是道路路堤填筑產(chǎn)生的附加荷載對(duì)既有地鐵結(jié)構(gòu)的影響問(wèn)題。借鑒該地區(qū)地鐵1 號(hào)、5 號(hào)、11 號(hào)線相關(guān)的施工經(jīng)驗(yàn)，為避免影響現(xiàn)狀地鐵的結(jié)構(gòu)安全，該項(xiàng)目采用“氣泡混合輕質(zhì)土”對(duì)地鐵上方土體進(jìn)行置換及路基填筑，以達(dá)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(jié)構(gòu)上方的工段，在置換原土?xí)r，設(shè)計(jì)采用分段開(kāi)挖方案。每個(gè)施工段5～10 m，間隔15～30 m 跳槽開(kāi)挖，以避免大面積開(kāi)挖時(shí)坑底土體回彈變形對(duì)地鐵結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響。

（2）路基填筑施工時(shí)，須根據(jù)地鐵隧道的監(jiān)測(cè)結(jié)果，合理安排路基填筑進(jìn)度，避免短時(shí)間內(nèi)過(guò)快加載影響地鐵結(jié)構(gòu)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(duì)應(yīng)關(guān)系，現(xiàn)場(chǎng)須選取試驗(yàn)段進(jìn)行施工，以掌握對(duì)地鐵實(shí)際影響的參數(shù)，指導(dǎo)下一步施工。

3 計(jì)算分析

綜合前文所述，在項(xiàng)目進(jìn)程中，應(yīng)主要驗(yàn)算內(nèi)容有：道路輕質(zhì)土路基施工過(guò)程中，地鐵結(jié)構(gòu)的抗浮驗(yàn)算；輕質(zhì)土路基施工完成后地鐵結(jié)構(gòu)的裂縫驗(yàn)算。

3.1 抗浮驗(yàn)算

（1）計(jì)算參數(shù)取值，見(jiàn)表1 所列。

表1 抗浮計(jì)算參數(shù)取值表

（2）抗浮驗(yàn)算成果，見(jiàn)表2 所列。

表2 抗浮計(jì)算成果表

3.2 路基施工完成后地鐵結(jié)構(gòu)裂縫驗(yàn)算

（1）計(jì)算參數(shù)取值，見(jiàn)表3 所列。

表3 結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算參數(shù)取值表

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

（2）道路與地鐵關(guān)系及內(nèi)力計(jì)算：

在地鐵1 號(hào)線明挖區(qū)間上方采用 “輕質(zhì)土填筑路堤”，換填底標(biāo)高約3.5 m，設(shè)計(jì)水位約7.5 m,現(xiàn)狀地鐵結(jié)構(gòu)兩側(cè)有地鐵1 號(hào)線基坑圍護(hù)樁（D1000＠800 葷素咬合樁）。因此，地鐵結(jié)構(gòu)側(cè)墻所受土壓力被基坑圍護(hù)樁隔斷。計(jì)算中側(cè)墻所受土壓力按沒(méi)有圍護(hù)樁隔斷狀態(tài)下土壓力的60%取值，水壓力不折減。采用理正結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工具箱軟件7.0（平面剛桁架）內(nèi)力計(jì)算結(jié)果如圖2、圖3 所示。

圖2 地鐵結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算簡(jiǎn)圖[工況1（現(xiàn)狀）]

圖3 地鐵結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算簡(jiǎn)圖[工況2（道路施工完成后）]

（3）內(nèi)力計(jì)算結(jié)果及裂縫驗(yàn)算，見(jiàn)表4、表5 所列。

表4 結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算成果對(duì)比表

表5 裂縫驗(yàn)算成果表

3.3 結(jié)論及要求

計(jì)算結(jié)果表明，采用輕質(zhì)土填筑路基可滿足該工程的設(shè)計(jì)目標(biāo)。要求施工前對(duì)地鐵結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)查，必要時(shí)進(jìn)行激光掃描，以掌握地鐵結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀使用狀態(tài)，確保施工安全。在施工過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)的分段跳挖及分層開(kāi)挖回填等原則進(jìn)行，并實(shí)時(shí)關(guān)注地鐵監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，合理安排施工，避免一次性大面積卸載或回填導(dǎo)致地鐵結(jié)構(gòu)破壞。

4 地鐵監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

根據(jù)該項(xiàng)工程需要，將現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)與信息反饋?zhàn)鳛橹匾囊坏拦ば蚣{入施工組織中，并應(yīng)貫穿施工過(guò)程始終。其目的是：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)地鐵隧道及軌道的三維變化情況，實(shí)時(shí)分析軌道的平順度，保障列車(chē)的安全運(yùn)營(yíng)。

結(jié)合實(shí)際情況，設(shè)計(jì)按以下方案進(jìn)行：1 號(hào)線明挖區(qū)間每10 m 布設(shè)一個(gè)斷面，每個(gè)斷面布設(shè)4 個(gè)觀測(cè)點(diǎn)（道床2 個(gè)，側(cè)壁2 個(gè)）。監(jiān)測(cè)施工時(shí)，以自動(dòng)化監(jiān)測(cè)為主，人工監(jiān)測(cè)為輔。監(jiān)測(cè)周期應(yīng)從施工開(kāi)始至影響地鐵設(shè)施的分部工程結(jié)束后三個(gè)月，且監(jiān)測(cè)曲線趨于平緩時(shí)止。

監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)使用徠卡Geomos 系統(tǒng)進(jìn)行處理，將監(jiān)測(cè)量、監(jiān)測(cè)量變化、監(jiān)測(cè)量速率的時(shí)間過(guò)程曲線及進(jìn)尺過(guò)程曲線繪制的同時(shí)，還能將地面與地下監(jiān)測(cè)變形量值進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，在地鐵運(yùn)營(yíng)期，可對(duì)地鐵隧道情況進(jìn)行監(jiān)督。

根據(jù)《深地鐵安保[2019]南山1- 停測(cè)-3 號(hào)》文件，截止2018 年6 月30 日，地鐵l 號(hào)線左線水平位移X 方向最大累計(jì)值為＋l.7 mm，Y 方向最大累計(jì)值為＋O.8 mm，垂直位移累計(jì)最大值＋6.5 mm；地鐵l 號(hào)線右線水平位移X 方向最大累計(jì)值為＋l.9 mm，Y 方向最大累計(jì)值為＋O.7 mm，垂直位移累計(jì)最大值＋6.4 mm。可見(jiàn)項(xiàng)目施工對(duì)地鐵1 號(hào)線有所影響，但影響均在設(shè)計(jì)控制范圍內(nèi)，進(jìn)一步證明了該項(xiàng)目采用輕質(zhì)土路基填筑方案是可行的，有效的。

5 結(jié)語(yǔ)

結(jié)合實(shí)際的工程項(xiàng)目，將氣泡混合輕質(zhì)土路基在地鐵減荷領(lǐng)域的應(yīng)用做了詳細(xì)的分析，并列舉了相關(guān)項(xiàng)目的詳細(xì)設(shè)計(jì)過(guò)程及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果。從數(shù)據(jù)上看，該方案有效解決了地鐵1 號(hào)線荷載超限及運(yùn)營(yíng)安全問(wèn)題，達(dá)到了預(yù)期的控制目標(biāo)。其設(shè)計(jì)思路及氣泡混合輕質(zhì)土的應(yīng)用方式可參考，可復(fù)制性強(qiáng)，對(duì)同類(lèi)型項(xiàng)目有較好的示范作用，