李豐果

(中鐵隧道集團三處有限公司,廣東深圳518000)

0 引言

沉管隧道干塢可分為固定干塢和移動干塢,固定干塢又可分為異地干塢和軸線干塢。其中,軸線干塢就是在河岸的一側先修建基坑用作制造沉管管段的場地(干塢),該基坑位于隧道軸線上,管段浮運出塢后施工二次開挖圍堰(簡稱二次圍堰),再對基坑進行二次開挖并施工隧道主體結構,國內沉管隧道大多采用軸線干塢法修建[1-7]。與常規(guī)基坑施工不同,軸線干塢基坑除基坑正常開挖施工外還要經歷灌水加載、排水卸載以及二次開挖3個階段,在這3個施工階段內,每個階段時間很短,但基坑內水位變化很大,必然對坑外水位帶來比較大的影響,進而影響到干塢基坑的穩(wěn)定。目前國內尚未有人對這3個階段坑外地下水變化規(guī)律進行研究,本文結合廣州生物島—大學城沉管隧道工程實例,采用現場測試的手段,詳細測試、分析、歸納總結了3個施工階段內坑內外水位變化規(guī)律,對今后類似工程有一定參考意義。

1 工程概況

生物島—大學城沉管隧道工程位于廣州市的東南部,連接生物島與大學城,隧道線路呈南北走向,起點與侖頭—生物島隧道相接,2座隧道以生物島東西向主干道中心線為界。生物島—大學城隧道工程起點位于生物島東西向主干道的道路中線位置,終點為大學城26號路與中環(huán)路的交點,具體位置如圖1所示,現場示意圖見圖2。

圖1 生物島—大學城隧道工程位置圖Fig.1 Location of immersed tunnel from Shengwudao Island to University Town

圖2 軸線干塢與沉管段相對位置示意圖Fig.2 Relationship between axial dry dock and immersed tunnel

本工程的起訖里程為SK0+265～+817,全長552 m,包括214 m的沉管段和338m的北端岸上段,干塢基坑位于官洲河北岸生物島一側。沉管管段斷面總寬23m,高8.7m,管段全長214m,沉管段分為E1、E2和E33節(jié)管段,每節(jié)管段的長度分別為94,116,4m。

干塢基坑一側為高邊坡,其斷面如圖3所示,整個邊坡高約30m,共設置2個臺階,第一臺階(與地面標高相同,為8.3m)寬2m,臺階上方邊坡高約11 m;第二臺階為干塢塢底(標高為-5.61m),其距離第一臺階高度約12m。基坑分2次開挖,首先從地面(即第一臺階處)向下開挖12m到塢底,在干塢內預制混凝土管段,然后放水將混凝土管段浮運出塢,在管段沉放完畢后,還需要將干塢內的水排放完畢并對基坑進行二次開挖(二次開挖最深處開挖深度約7m),地層參數如表1所示?；庸嗨虞d、排水卸載以及二次開挖階段,該邊坡內的水位必然隨坑內水位的變化有較大的變化,影響到邊坡的穩(wěn)定性。所以在該邊坡的8.3m平臺上布置了3個水位觀測孔(見圖2),用來觀測坑外的地下水變化情況。

2 水位變化規(guī)律分析

2.1 干塢基坑灌水加載階段的邊坡水位變化分析

干塢基坑2009年2月18日放水,第一階段放水7.2m進行管段檢漏(低水位檢漏[8]:即向干塢基坑內注水至管段侵入水中2/3深度,停止時間不小于24h,主要檢查管段底板、混凝土封墻、管段外側墻等部位),第一階段放水完成后,干塢基坑內水位約為1.6 m;2月27日,干塢基坑第二階段放水至高程5 m處(高水位檢漏:向干塢內泵水至水位超過管段頂面0.5 m以上,停止時間不小于24h,進行管段全面檢漏)。坑外地下水位從2009年2月19日開始明顯上升,直到2009年3月12日上升到5 m左右,與干塢基坑內水位基本持平,測試結果如表2所示,坑外水位隨時間的變化情況見圖4。

圖3 基坑一側邊坡斷面圖Fig.3 Profile of side slop on foundation pit side

表1 邊坡地層參數Table 1 Ground parameters of side slope

由圖4可以看出,2009年2月19日—2月22日,坑外地下水位變化明顯,3個水位孔內水位累計變量分別為4.52,4.56,4.58m,水位平均上升速度分別為1.13,1.14,1.15m/d。至2009年2月22日坑外水位約為1 m,稍低于干塢基坑內水位。2009年2月23日—2月27日,水位變化趨向于平緩,3個水位孔水位累積變化量分別為1.37,1.08,0.87m,水位平均上升速度分別為0.27,0.22,0.17 m/d。2009年2月27日,干塢基坑繼續(xù)放水至高程5m處,2009年2月27日坑外地下水位上升速度加大,2009年2月28日、3月1日坑外地下水位上升速度進一步加大,3個水位孔內水位平均上升速度分別為1.00,0.93,0.93m/d。至2009年3月1日,坑外地下水位約為4m左右。從2009年3月2日開始,坑外地下水位上升速度減緩,2009年3月2日—2009年3月11日,10d內3個水位孔內水位累積變化量分別為0.85,0.85,0.66 m,水位平均上升速度為0.085,0.085,0.066 m/d。至2009年3月11日,3口觀測井內水位分別為4.891,4.816,4.881m,稍低于干塢基坑內水位,由此可知干塢基坑內的水與坑外地下水連通性極好。

表2 干塢灌水期間坑外地下水位統(tǒng)計表Table 2 Statistics of water levels outside foundation pit during water filling period m

圖4 干塢灌水期間坑外水位變化圖Fig.4 Fluctuations of water levels outside foundation pit during water filling period

2.2 二次圍堰修筑前的邊坡水位變化分析

塢門破除后,干塢基坑內的水與官洲河連成了一個整體,坑內水位每天隨官洲河潮汐漲落而波動,此時坑外地下水位也會有一些變化,測試結果如表3,4。可以看出,官洲河漲潮時,基坑內的水位升高,坑外地下水位也要升高,且升高速度很快,坑內水位稍微高于坑外地下水位,但相差不大;官洲河落潮時,基坑內的水位降低,坑外地下水位也要降低,但降低速度較慢,坑內水位明顯低于坑外地下水位;同時,3#水位孔位于靠近官洲河的一側,在落潮時,該孔的水位明顯低于1#、2#水位孔的水位,說明該位置地層與基坑連通性更好,受坑內水位變化的影響更明顯。

表3 高潮位時坑外水位測試表Table 3 Statistics of water levels outside foundation pit during high tide period m

表4 低潮位時坑外水位測試表Table 4 Statistics of water levels outside foundation pit duringlow tide period m

2.3 干塢基坑排水卸載階段的邊坡水位變化分析

二次圍堰選擇在官洲河低潮位時封閉,這樣可以減少坑內排水的工作量。在坑內排水的過程中,測試坑內、外水位的變化速度,以坑外地下水位降低的速度來指導下一步坑內排水速度,測試結果如表5所示,可以看出,在坑內排水的同時,坑外地下水位也明顯降低,但坑外地下水位降低速度明顯慢于坑內水位降低速度。

2.4 干塢基坑二次開挖階段的邊坡水位變化分析

干塢基坑于2009年9月25日排水卸載完畢,馬上進行基坑二次開挖,期間對坑外地下水位持續(xù)進行觀測,結果如表6所示,可以看出,在基坑二次開挖的前半個月內,坑外地下水位繼續(xù)明顯下降,下降至-3.2m時逐漸趨向于穩(wěn)定。

表5 干塢排水階段水位測試表Table 5 Statistics of water levels outside foundation pit during water discharging period m

表6 基坑二次開挖期間邊坡水位變化情況表Table 6 Statistics of water levels outside foundation pit duringsecondary excavation period m

3 結束語

干塢基坑灌水加載階段,坑外土體屬“吸水”過程,干塢基坑排水卸載及二次開挖階段,坑外土體屬“吐水”過程[9]。及時、準確掌握灌水期間的坑內、外水位變化規(guī)律,有助于工程技術人員判斷坑內、外地下水位連通情況,進而為設置排水卸載期間的抽水速度提供依據[10];而排水卸載階段及基坑二次開挖階段的坑內、外水位變化規(guī)律也是判斷基坑穩(wěn)定性的一個重要因素,掌握其規(guī)律并利用其規(guī)律指導施工取得了明顯效果。從測試數據看,“吸水”速度大于“吐水”速度,由于邊坡持水能力,造成邊坡內外水差局部最大達4m,對邊坡穩(wěn)定造成威脅,但由于事先對坡角進行了處理,邊坡內部滲流并未對邊坡穩(wěn)定造成危害,整個過程中的邊坡穩(wěn)定性很好。

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