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        港口區(qū)地下通道銜接既有地鐵車站施工影響及控制措施研究

        2020-03-02 14:30:15呂海英朱雯蕾
        現(xiàn)代城市軌道交通 2020年2期
        關(guān)鍵詞:變形結(jié)構(gòu)施工

        呂海英 朱雯蕾

        摘 要:廣州南沙客運(yùn)港地下通道與既有地鐵 4 號(hào)線南沙客運(yùn)港站Ⅶ號(hào)出入口銜接工程,位于存在較厚海陸交互相沉積淤泥質(zhì)土港口區(qū),地質(zhì)情況較復(fù)雜。文章采用數(shù)值模擬方法,分析銜接工程施工過(guò)程中引起的周邊地層變形、既有地鐵結(jié)構(gòu)變形情況。根據(jù)模擬結(jié)果,結(jié)合相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn),提出施工過(guò)程中對(duì)地層及既有地鐵結(jié)構(gòu)變形控制措施及建議,避免因變形過(guò)大而導(dǎo)致地鐵結(jié)構(gòu)破壞發(fā)生。

        關(guān)鍵詞:地鐵;港口區(qū);地下通道;施工影響;控制措施

        中圖分類號(hào):TU411

        0 引言

        許多城市將地鐵的規(guī)劃與建設(shè)置于區(qū)域其他建(構(gòu))筑物建設(shè)之先,為此需為先建地鐵站預(yù)留與后期建(構(gòu))筑物的連接條件,從而實(shí)現(xiàn)交通一體化。在后期建(構(gòu))筑物連接過(guò)程中,既有地層及地鐵的安全性問(wèn)題則是工程需要考慮的重點(diǎn)問(wèn)題。廣州新建南沙客運(yùn)港地下通道工程與既有地鐵4號(hào)線南沙客運(yùn)港站的銜接工程處于港口區(qū),采用明挖法施工,基底位于較厚的海陸交互相沉積淤泥質(zhì)土中,基坑施工對(duì)地層及既有車站影響較大。本文通過(guò)模擬分析銜接工程施工對(duì)地層沉降、既有車站變形的影響分析,結(jié)合相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn),提出相應(yīng)工程安全保護(hù)措施。

        1 工程概況

        擬建廣州市南沙客運(yùn)港地下通道工程位于廣州市南沙區(qū)沙興路地下,南起廣州市地鐵4號(hào)線南沙客運(yùn)港站 Ⅶ 號(hào)出入口通道,北至郵輪母港。地下通道全長(zhǎng)540.9m,為閉口框架結(jié)構(gòu),采用明挖法施工,基坑深度約為10 m。地鐵4號(hào)線南沙客運(yùn)港站主體結(jié)構(gòu)為三層多跨鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),地鐵建設(shè)時(shí)在 Ⅶ 號(hào)出入口通道處預(yù)留了環(huán)梁銜接條件,圍護(hù)結(jié)構(gòu)型式采用“地下連續(xù)墻+內(nèi)支撐”。地下通道與既有地鐵銜接段基坑采用“灌注樁+內(nèi)支撐”支護(hù)體系,基坑外側(cè)采用單排三軸攪拌樁帷幕止水,基坑底部采用攪拌樁進(jìn)行加固。

        地下通道與既有地鐵銜接工程施工影響區(qū)域主要為周邊土體、車站主體、Ⅶ 號(hào)出入口、B2號(hào)風(fēng)亭、Ⅵ 號(hào)出入口,其中,地下通道與以上結(jié)構(gòu)的距離分別為19.9m、0 m、4.9 m、45.5 m。地下通道與以上結(jié)構(gòu)相互位置關(guān)系如圖1所示,地下通道基坑斷面如圖2所示。

        銜接工程處地層由上至下依次為素填土、海陸交互相沉積淤泥質(zhì)土、海陸交互相沉積中粗砂、海陸交互相沉積砂質(zhì)黏土、全~強(qiáng)風(fēng)化花崗巖,地下水位埋深為1.2~2.4 m。

        2 數(shù)值模擬及結(jié)果分析

        2.1 基本假設(shè)

        鑒于巖土材料物理力學(xué)特性的復(fù)雜性在數(shù)值計(jì)算過(guò)程中難以完全模擬,本次模型結(jié)合所研究的具體問(wèn)題進(jìn)行適當(dāng)簡(jiǎn)化,并采用以下假設(shè)。

        (1)僅考慮正常使用工況,由于施工工期相對(duì)較短,不考慮人防、地震等偶然荷載。

        (2)初始應(yīng)力場(chǎng)假定為自重應(yīng)力場(chǎng),不考慮降水影響。

        (3)圍巖材料為均質(zhì)、各向同性的連續(xù)介質(zhì),混凝土結(jié)構(gòu)為彈性材料,土體為彈塑性材料并采用摩爾-庫(kù)倫模型。

        (4)施工處于正常良好的控制條件下。

        (5)基坑周邊地面超載考慮為20 kN/m2。

        2.2 計(jì)算模型

        本文采用專業(yè)的巖土與隧道結(jié)構(gòu)有限元分析軟件Midas GTS建立三維模型。根據(jù)地下通道基坑和地鐵結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)資料及研究目標(biāo),按照實(shí)際尺寸建立計(jì)算模型(圖3、圖4),模擬地下通道基坑開(kāi)挖過(guò)程對(duì)周圍地層及地鐵車站結(jié)構(gòu)的影響,模型中的結(jié)構(gòu)、地層及施工場(chǎng)地地基等參數(shù)按照相關(guān)規(guī)范及勘察報(bào)告資料選取。

        2.3 計(jì)算工況

        根據(jù)施工步序,選取施工模擬的典型工況為:①工況1,初始狀態(tài);②工況2,施做地下通道基坑圍護(hù)樁結(jié)構(gòu);③工況3,開(kāi)挖基坑至第1道支撐下0.5 m;④工況4,施做第1道水平撐;⑤工況5,開(kāi)挖基坑至第2道支撐下0.5 m;⑥工況6,施作第2道水平撐;⑦工況7,開(kāi)挖至基坑底部;⑧工況8,施做通道底板及部分側(cè)墻;⑨工況9,拆除第2道水平撐;⑩工況10,施作剩余側(cè)墻及通道頂板; 工況11,拆除預(yù)留口側(cè)墻; 工況12,拆除第1道水平撐及回填覆土。

        2.4 變形計(jì)算分析

        2.4.1 地層變形分析

        施工過(guò)程中土體開(kāi)挖后地層應(yīng)力釋放會(huì)造成土體卸載作用,通過(guò)對(duì)基坑開(kāi)挖支護(hù)的施工過(guò)程模擬,周邊土體三維的變形結(jié)果如表1及圖5~圖7所示。從表1及圖5~圖7計(jì)算結(jié)果可以得出以下結(jié)論。

        (1)基坑開(kāi)挖過(guò)程中,豎向(Z)變形逐漸在增大,基坑基底發(fā)生較大回彈變形,基底回彈變形最大為15.59mm,出現(xiàn)在工況7中,基坑臨近地鐵結(jié)構(gòu)處基底回彈最大值為9.07mm。

        (2)基坑開(kāi)挖過(guò)程中,沿車站縱向的基坑橫向(X)變形逐漸增大,最大變形發(fā)生在工況9,變形值約為7.78 mm,最大變形部位在鋼圍檁附近,方向?yàn)槠蚧觽?cè)。

        (3)基坑開(kāi)挖過(guò)程中,沿車站橫向基坑橫向(Y)變形逐漸增大,最大變形發(fā)生在工況12,變形值約為2.92mm,方向?yàn)槠蚧觽?cè)。

        2.4.2 車站主體結(jié)構(gòu)變形分析

        基坑施工會(huì)造成車站主體結(jié)構(gòu)發(fā)生變形,施工模擬過(guò)程中,車站主體三維的變形結(jié)果如表2及圖8~圖10所示。從表2及圖8~圖10計(jì)算結(jié)果可以得出以下結(jié)論。

        (1)新建基坑的施工對(duì)既有車站主體產(chǎn)生的變形影響較小,最大變形位置主要出現(xiàn)在車站主體結(jié)構(gòu)與基坑臨近區(qū)域車站側(cè)墻部位。

        (2)最大沉降(Z)變形發(fā)生在工況12,最大沉降為0.08 mm,同一工況下,軌道區(qū)發(fā)生最大沉降變形,變形值為0.07 mm。

        (3)沿車站主體縱向的結(jié)構(gòu)最大橫向(X)變形發(fā)生在工況7,最大橫向變形為0.07 mm,變形方向?yàn)槠蚧觽?cè)。

        (4)隨著基坑開(kāi)挖,沿車站主體橫向的結(jié)構(gòu)橫向(Y)變形逐步加大,最大變形發(fā)生在工況11,最大結(jié)構(gòu)橫向變形為0.29 mm,變形部位為車站與基坑臨近區(qū)域車站頂板,變形方向?yàn)槠蚧觽?cè)。

        2.4.3 車站附屬結(jié)構(gòu)變形分析

        基坑施工會(huì)造成車站附屬結(jié)構(gòu)發(fā)生變形,從施工模擬得出的車站附屬結(jié)構(gòu)三維的變形結(jié)果可以看出,新建基坑施工主要對(duì) Ⅶ 號(hào)出入口影響較大,對(duì)于B2風(fēng)亭、Ⅵ 號(hào)出入口影響很小。Ⅶ 號(hào)出入口結(jié)構(gòu)三維的變形計(jì)算結(jié)果如表3及圖11~圖13所示??梢缘贸鲆韵陆Y(jié)論。

        (1)隨著基坑開(kāi)挖,車站附屬結(jié)構(gòu)豎向(Z)變形逐漸增大,Ⅶ 號(hào)出入口最大豎向變形發(fā)生在工況7,變形值為7.90 mm,變形部位為出入口通道側(cè)墻,變形方向?yàn)樯细 ?/p>

        (2)隨著基坑施工,附屬結(jié)構(gòu)沿X軸方向的橫向變形逐漸增大,Ⅶ 號(hào)出入口最大變形發(fā)生在工況9,變形值為6.93 mm,變形部位為出入口臨近地面區(qū)域,變形方向?yàn)槠蚧觽?cè)。

        (3)隨著基坑施工,附屬結(jié)構(gòu)沿Y軸方向的橫向變形逐漸增大,Ⅶ 號(hào)出入口最大變形發(fā)生在工況11,變形值為1.83 mm,變形部位為出入口通道側(cè)墻,變形方向?yàn)槠蚧觽?cè)。

        2.5 變形總結(jié)

        根據(jù)上述結(jié)構(gòu)變形結(jié)果分析,基坑施工誘發(fā)地層及地鐵4號(hào)線南沙客運(yùn)港站各部位變形匯總于表4,由表4可見(jiàn),在地下通道基坑施工過(guò)程中,周邊土體、地鐵車站主體和附屬結(jié)構(gòu)的最大變形量滿足DBJ/T 15-120-2017《城市軌道交通既有結(jié)構(gòu)安全保護(hù)技術(shù)規(guī)范》相關(guān)要求,即豎向及橫向位移均小于15 mm容許值。

        3 施工控制措施建議

        考慮地下通道施工對(duì)于周邊的沉降、變形影響,為將施工影響控制在安全范圍內(nèi),保證既有地鐵正常運(yùn)行,提出如下控制措施建議。

        3.1控制指標(biāo)建議

        通過(guò)數(shù)值分析表明,南沙客運(yùn)港地下通道工程實(shí)施過(guò)程中,受影響區(qū)域主要為周邊土體、軌道交通4號(hào)線南沙客運(yùn)港車站主體、Ⅶ 號(hào)出入口、Ⅵ 號(hào)出入口、B2號(hào)風(fēng)亭,根據(jù)以上變形分析結(jié)論和本工程特點(diǎn),同時(shí)考慮到現(xiàn)有常規(guī)測(cè)量?jī)x器的監(jiān)測(cè)精度,并為后期其他工程預(yù)留一定的安全儲(chǔ)備,綜合考慮確定變形控制值如表5所示。

        3.2 施工措施建議

        (1)基坑降水過(guò)程中加強(qiáng)觀測(cè)。嚴(yán)格控制水流帶出的含砂土量,避免超深抽排影響地面的變形。

        (2)基坑開(kāi)挖后及時(shí)支護(hù),嚴(yán)禁超挖?;娱_(kāi)挖到底后,應(yīng)立即進(jìn)行通道結(jié)構(gòu)施工,第2道支撐拆除后,底板與第1道撐的間距較大,建議在臨近既有出入口一側(cè)增設(shè)豎向倒撐。

        (3)嚴(yán)格控制地下通道與軌道交通連接措施。精確測(cè)量放樣,確定破除位置,分層分塊進(jìn)行破除,做好接口防水及加固措施。

        (4)加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)。施工期間對(duì)周邊土體及既有站進(jìn)行監(jiān)控量測(cè),監(jiān)測(cè)點(diǎn)應(yīng)布設(shè)在關(guān)鍵特征點(diǎn)上,例如,Ⅶ 號(hào)出入口臨近地面處、地下通道與地鐵連接處、Ⅶ 號(hào)出入口通道與基坑臨近處等。

        (5)做好施工安全防護(hù)與應(yīng)急預(yù)案。施工前需完成安全專項(xiàng)方案、安全施工技術(shù)交底等工作,需要制定針對(duì)性的應(yīng)急預(yù)案,保證在出現(xiàn)異常時(shí)各相關(guān)單位及人員能夠及時(shí)有效地進(jìn)行處理。

        4 結(jié)論及建議

        (1)對(duì)淤泥質(zhì)土的基底地層進(jìn)行旋噴注漿加固的措施是有效的。根據(jù)三維數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果,地下通道基坑施工過(guò)程中所引起的周邊地層、地鐵車站結(jié)構(gòu)的變形均滿足相關(guān)要求。

        (2)基坑開(kāi)挖過(guò)程中應(yīng)及時(shí)支護(hù),重點(diǎn)關(guān)注基坑開(kāi)挖到底、拆除第2道支撐等關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的銜接施工,保證周邊環(huán)境安全。

        (3)在施工過(guò)程中應(yīng)加強(qiáng)對(duì)既有建(構(gòu))筑物結(jié)構(gòu)特征點(diǎn)的監(jiān)測(cè),保證結(jié)構(gòu)變形的可控性。

        (4)通過(guò)地下通道施工過(guò)程對(duì)車站的影響數(shù)值模擬仿真計(jì)算,可以較好地驗(yàn)證和評(píng)估工程實(shí)施的可靠性和合理性,依據(jù)模擬結(jié)果提出合理化建議。

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        收稿日期 2019-12-25

        責(zé)任編輯 朱開(kāi)明

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