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        填海區(qū)域基坑施工對(duì)既有地鐵區(qū)間影響淺析

        2017-03-13 05:33:04吳劭旸
        四川建筑 2017年1期
        關(guān)鍵詞:淤泥云圖號(hào)線

        吳劭旸

        (鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司廣東分公司, 廣東深圳 518052)

        填海區(qū)域基坑施工對(duì)既有地鐵區(qū)間影響淺析

        吳劭旸

        (鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司廣東分公司, 廣東深圳 518052)

        深圳前海交易廣場(chǎng)地處前海填海區(qū)域,屬于典型的海積淤泥地層,同時(shí)地塊內(nèi)有運(yùn)營(yíng)地鐵1號(hào)線。在復(fù)雜的海積淤泥地層條件下進(jìn)行地鐵區(qū)間附近的深基坑開(kāi)挖,控制基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系及地鐵區(qū)間的穩(wěn)定是整個(gè)工程的重點(diǎn),也是一大難點(diǎn)。通過(guò)對(duì)地鐵區(qū)間兩側(cè)基坑的開(kāi)挖順序和加固措施進(jìn)行數(shù)值模擬,研究地鐵區(qū)間位移及襯砌內(nèi)力變化,得出合理的開(kāi)挖順序和加固措施

        淤泥地層; 地鐵區(qū)間; 基坑開(kāi)挖; 基坑加固

        1 工程概況

        前海交易廣場(chǎng)地塊位于深圳市前海深港合作區(qū),位于桂灣三路以南,夢(mèng)海大道以西,南臨卓越、華潤(rùn)前海項(xiàng)目,項(xiàng)目用地總面積7.9×104m2。地塊周邊主要為既有地鐵車(chē)站和區(qū)間,自西向東分別為11號(hào)線前海灣站、5號(hào)線前海灣站、1號(hào)線前海灣~鯉魚(yú)門(mén)區(qū)間(圖1)。

        圖1 交易廣場(chǎng)地塊平面示意

        交易廣場(chǎng)的地塊以地鐵1號(hào)線隧道前海灣~鯉魚(yú)門(mén)站區(qū)間為分界線,分為東北角地塊和西南角地塊。地塊現(xiàn)狀地表標(biāo)高約為8 m,地鐵1號(hào)線前海灣~鯉魚(yú)門(mén)站區(qū)間隧道埋深位置約為-8 m(圖2)。

        圖2 交易廣場(chǎng)地塊與前海灣~鯉魚(yú)門(mén)區(qū)間豎向關(guān)系

        項(xiàng)目基坑擬為3層,根據(jù)和既有1號(hào)線區(qū)間隧道位置關(guān)系分析,負(fù)3層基坑底距離隧道頂約1~2 m,負(fù)2層基坑底距離隧道頂約5.4 m,負(fù)1層基坑底距離隧道頂約9.8 m。

        2 數(shù)值計(jì)算模型

        2.1 基坑設(shè)計(jì)情況

        交易廣場(chǎng)基坑長(zhǎng)約為300 m,寬約為250 m,處于1號(hào)線既有隧道的上方。既有隧道的下穿對(duì)于基坑的開(kāi)挖有著更大的難度,減小基坑開(kāi)挖對(duì)既有隧道的影響便成了首要解決的問(wèn)題。參照《深圳市地鐵集團(tuán)有限公司地鐵運(yùn)營(yíng)安全保護(hù)區(qū)和建設(shè)規(guī)劃控制區(qū)工程管理辦法》的相關(guān)規(guī)定,地鐵線路及車(chē)站結(jié)構(gòu)邊緣外3 m為用地邊界線。交易廣場(chǎng)基坑分為3個(gè)部分,區(qū)間隧道兩側(cè)3 m以外負(fù)3層基坑和區(qū)間隧道上方負(fù)1、2層基坑(圖3)。

        圖3 基坑橫斷面示意

        2.2 工程地質(zhì)參數(shù)

        通過(guò)地勘報(bào)告,取基坑巖體及圍護(hù)結(jié)構(gòu)具體參數(shù)如下。

        2.2.1 地層參數(shù)

        從上到下分別為素填土、淤泥、黏土、砂質(zhì)黏性土、全風(fēng)化花崗巖。結(jié)合地質(zhì)資料和經(jīng)驗(yàn)取值,具體巖石力學(xué)參數(shù)見(jiàn)表1。

        2.2.2 圍護(hù)參數(shù)表

        基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用鉆孔灌注樁,以及旋噴樁作為止水帷幕,同時(shí)采用混凝土支撐作為內(nèi)支撐。鉆孔灌注樁單根長(zhǎng)23.6 m、截面直徑1.2 m的圓形截面,混凝土支撐采用1.2 m×1.2 m的方形截面。支護(hù)參數(shù)見(jiàn)表2。

        表1 巖石力學(xué)參數(shù)

        表2 支護(hù)參數(shù)

        2.3 基坑開(kāi)挖順序

        考慮該處基坑圍繞既有線路分段開(kāi)挖,結(jié)合實(shí)際情況,主要可以考慮3種基坑開(kāi)挖順序,如表3所示。

        2.4 平面有限元模型概況

        2.4.1 計(jì)算模型建立與網(wǎng)格劃分

        根據(jù)工況資料,分析細(xì)化模擬數(shù)據(jù),采用平面有限元方法,通過(guò)MIDAS GTS建模,計(jì)算隧道襯砌在荷載作用下的受力及變形情況。本區(qū)段共有5個(gè)不同地層,從上到下分別為素填土、淤泥、黏土、砂質(zhì)黏性土、全風(fēng)化花崗巖。最長(zhǎng)基坑寬為25.5 m,鉆孔灌注樁長(zhǎng)為23.6 m,因此本模型取寬為99 m、高為50 m的矩形作為框架,具體模型尺寸見(jiàn)圖4。

        表3 施工步驟

        圖4 網(wǎng)格劃分示意

        2.4.2 模擬施工步驟

        嚴(yán)格按照實(shí)際施工步驟建立模型,模擬施工步驟為:

        (1)重力作用下,計(jì)算平衡并位移清零;

        (2)開(kāi)挖左側(cè)隧道,并進(jìn)行管片支護(hù);

        (3)開(kāi)挖右側(cè)隧道,并進(jìn)行管片支護(hù);

        (4)位移清零;

        (5)按照3種施工開(kāi)挖順序分別進(jìn)行建模。

        3 數(shù)值計(jì)算結(jié)果及分析

        3.1 開(kāi)挖順序(一)數(shù)值計(jì)算結(jié)果

        開(kāi)挖順序(一)中,考慮先左側(cè)基坑開(kāi)挖后右側(cè)基坑開(kāi)挖,最后開(kāi)挖中間基坑(圖5~圖7)。

        圖5 中間基坑開(kāi)挖至負(fù)2層豎向位移云圖(隧道襯砌位移最大值為14.84 mm)

        圖6 中間基坑開(kāi)挖至負(fù)2層結(jié)構(gòu)彎矩云圖(襯砌最大彎矩為97.1 kN·m)

        圖7 中間基坑底部加固后豎向位移云圖(襯砌最大隆起為6.94 mm)

        3.2 開(kāi)挖順序(二)數(shù)值計(jì)算結(jié)果

        開(kāi)挖順序(二)中,左右側(cè)基坑同時(shí)開(kāi)挖,最后開(kāi)挖中間基坑(圖8~圖10)。

        圖8 中間基坑開(kāi)挖至負(fù)2層豎向位移云圖(隧道襯砌位移最大值為14.74 mm)

        圖9 中間基坑開(kāi)挖至負(fù)2層支護(hù)結(jié)構(gòu)彎矩云圖(襯砌最大彎矩為97.1 kN·m)

        圖10 中間基坑底部加固后豎向位移云圖(中間基坑開(kāi)挖一層襯砌最大隆起為6.92 mm)

        3.3 開(kāi)挖順序(三)數(shù)值計(jì)算結(jié)果

        開(kāi)挖順序(三)中,基坑整體從上至下開(kāi)挖基坑(圖11~圖13)。

        圖11 中間基坑開(kāi)挖至負(fù)2層豎向位移云圖(隧道襯砌位移最大值為16.00 mm)

        圖12 中間基坑開(kāi)挖至負(fù)2層支護(hù)結(jié)構(gòu)彎矩云圖(襯砌最大彎矩為125 kN·m)

        圖13 中間基坑底部加固后豎向位移云圖(中間基坑開(kāi)挖1層襯砌最大隆起為6.83 mm)

        3.4 計(jì)算結(jié)果分析

        3.4.1 基坑開(kāi)挖先后順序的影響

        從以上的分析不難看出,3種基坑開(kāi)挖順序的應(yīng)力云圖規(guī)律基本一致,結(jié)果對(duì)比詳見(jiàn)表4。

        由表4可見(jiàn),3種開(kāi)挖方式都會(huì)一定量地引起既有線路的隆起,其中開(kāi)挖順序(二)引起的位移最小,開(kāi)挖順序(一)次之,開(kāi)挖順序(三)產(chǎn)生的位移最大。開(kāi)挖順序(三)中由于地鐵區(qū)間上方的土體一次性大面積的開(kāi)挖卸載,對(duì)既有區(qū)間結(jié)構(gòu)造成的影響最大,區(qū)間隆起量最大。開(kāi)挖順序(一)和開(kāi)挖順序(二)相比,兩側(cè)基坑開(kāi)挖如不同時(shí)進(jìn)行,中間部分的土體和既有結(jié)構(gòu)受到多次擾動(dòng),造成更大的不利影響,相對(duì)來(lái)說(shuō)在地鐵區(qū)間保護(hù)范圍之外的兩側(cè)基坑,建議有條件時(shí)進(jìn)行同時(shí)開(kāi)挖。

        表4 不同開(kāi)挖順序比較

        3.4.2 采取加固措施后的影響

        為研究土體加固措施對(duì)區(qū)間結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的作用,主要針對(duì)區(qū)間上方基坑底部土體是否進(jìn)行加固進(jìn)行了比較(表5)。從結(jié)果不難看出,在淤泥質(zhì)地層中進(jìn)行基坑開(kāi)挖時(shí),如果對(duì)既有區(qū)間結(jié)構(gòu)所在基坑進(jìn)行底部加固后再進(jìn)行后續(xù)開(kāi)挖,能夠有效的減少基坑土體和既有區(qū)間結(jié)構(gòu)的變形位移。

        4 結(jié)論

        (1)在填海區(qū)域進(jìn)行的既有地鐵區(qū)間結(jié)構(gòu)周邊基坑開(kāi)挖,對(duì)區(qū)間結(jié)構(gòu)的影響較大,易造成區(qū)間上浮和襯砌管片內(nèi)力增大,設(shè)計(jì)和施工時(shí)都應(yīng)考慮相應(yīng)保護(hù)措施。

        表5 采取加固措施后的不同開(kāi)挖順序比較

        (2)既有地鐵區(qū)間周邊基坑的開(kāi)挖應(yīng)避免區(qū)間上方土體同時(shí)大面積的開(kāi)挖卸載,應(yīng)將基坑分次實(shí)施。其次建議基坑的開(kāi)挖順序?yàn)閰^(qū)間兩側(cè)基坑同時(shí)開(kāi)挖,最后開(kāi)挖區(qū)間正上方基坑。

        (3)在填海淤泥質(zhì)地層中進(jìn)行基坑施工,只要對(duì)既有區(qū)間結(jié)構(gòu)正上方基坑土體進(jìn)行加固后再進(jìn)行開(kāi)挖,就能更好的控制剩余土體和地鐵區(qū)間結(jié)構(gòu)的變形位移。

        [1] 王永新.淤泥質(zhì)地質(zhì)條件下地鐵車(chē)站深基坑施工控制技術(shù)研究[D].成都:西南交通大學(xué),2003.

        [2] 李琳,楊敏,熊巨華.軟土地區(qū)深基坑變形特性分析[J].土木工程學(xué)報(bào),2007,40(4):66-69.

        [3] 袁順德,陳禮偉.淺析海積淤泥地層地鐵車(chē)站基坑群的相互影響[J].現(xiàn)代隧道技術(shù),2012,49(5).

        吳劭旸(1987~), 男,碩士研究生,工程師,從事地鐵、隧道工程設(shè)計(jì)工作。

        TU94+1

        B

        [定稿日期]2016-08-25

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