嚴(yán)志偉

摘 要 由于城市地鐵建設(shè)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)達(dá)，地鐵安全保護(hù)區(qū)內(nèi)的基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目建設(shè)不可避免。本篇文章以深圳地鐵11號(hào)線隧道正上方的輕質(zhì)泡沫混凝土路基填筑為例，探討地鐵保護(hù)區(qū)隧道上方施工方案，以滿足地鐵隧道各向位移及結(jié)構(gòu)外壁附加應(yīng)力安全控制指標(biāo)滿足要求，結(jié)合路基填筑施工過程地鐵自動(dòng)化監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，驗(yàn)證了輕質(zhì)泡沫混凝土在本工程中應(yīng)用。并提出一些意見建議，希望能為城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)帶來(lái)幫助。

關(guān)鍵詞 地鐵保護(hù)區(qū);輕質(zhì)泡沫混凝土;路基填筑;附加應(yīng)力;數(shù)值分析

引言

地鐵作為城市便捷交通工具的地位愈來(lái)愈重要，深圳前海合作區(qū)共規(guī)劃軌道交通/城際線13條，總長(zhǎng)度約63公里，密度為4.2公里/平方公里，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)地選址不可避免地鐵安全保護(hù)區(qū)范圍，建設(shè)過程中滿足地鐵保護(hù)區(qū)安全控制指標(biāo)是建設(shè)者必須面對(duì)的問題。本文以深圳地鐵11號(hào)線隧道正上方的輕質(zhì)泡沫混凝土路基填筑為例，探討了輕質(zhì)泡沫混凝土 在地鐵保護(hù)區(qū)的應(yīng)用。

1工程概況

月亮灣立交-桂廟路主線跨線橋工程位于深圳地鐵11號(hào)線上方，橋梁樁基布置于地鐵左右隧道盾構(gòu)結(jié)構(gòu)之間，橋臺(tái)臺(tái)后填土區(qū)域在地鐵11號(hào)線正上方，地鐵已運(yùn)營(yíng)，左右隧道凈距6.3m，填土區(qū)域隧道埋深約22m。南山側(cè)最大填土高度約4m，填土長(zhǎng)度約80m，填土寬度約45m，填土面中心與地鐵11號(hào)線左線隧道凈距約11.5m，與右線隧道凈距約23.5m。前海側(cè)最大填土高度約5m，填土長(zhǎng)度約145m，填土寬度約45m，填土面中心與地鐵11號(hào)線左線隧道凈距約2.5m，與右線隧道凈距約14.5m。填土材料為輕質(zhì)泡沫混凝土，重度不大于6kN/m3。

按照深圳市《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》安全控制指標(biāo)要求，地鐵結(jié)構(gòu)水平、豎向位移≤10mm，隧道結(jié)構(gòu)外壁附加荷載≤10kPa。

2場(chǎng)地工程地質(zhì)條件

橋臺(tái)填土區(qū)場(chǎng)地土層自上而上依次為厚度8m的雜填土、厚度22m的礫質(zhì)黏性土以及強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，其中地鐵隧道位于礫質(zhì)粘性土中，盾構(gòu)拱頂距地表約22m。

3輕質(zhì)泡沫混凝土相關(guān)應(yīng)用

3.1 輕質(zhì)泡沫混凝土土的特點(diǎn)

輕質(zhì)泡沫混凝土不使用骨料，內(nèi)部含有大量氣泡，從而有效降低自重，重度在4～12kN/m3之間，能夠很好地填筑在限制堆載區(qū)域;具有極好的施工流動(dòng)性，可將澆筑地點(diǎn)和生產(chǎn)地點(diǎn)從現(xiàn)場(chǎng)分離開來(lái)，能夠泵送較遠(yuǎn)距離，施工現(xiàn)場(chǎng)基本均使用現(xiàn)場(chǎng)拌和直接泵送，無(wú)須振搗碾壓，施工便捷高效。摻和粉煤灰、礦粉等利用廢棄資料。

3.2 輕質(zhì)泡沫土的應(yīng)用

1987年，“城市高速公路橋梁?？抗こ獭笔状螌⑤p質(zhì)泡沫土壤作為填充物，后來(lái)它就成了修路的填料。中國(guó)在2002年引進(jìn)了輕質(zhì)泡沫土壤建設(shè)技術(shù)。北京奧運(yùn)會(huì)鳥巢、北京地鐵新干線、北京-珠海高速公路、河北沿海高速公路及其他高速公路建設(shè)項(xiàng)目成功實(shí)現(xiàn)[1-3]。

3.3 輕質(zhì)泡沫混凝土應(yīng)用案例

某橋梁工程橋臺(tái)兩側(cè)原設(shè)計(jì)為水泥攪拌樁以提高地基承載力處理橋臺(tái)路基不均勻沉降，因臺(tái)后管線較多且復(fù)雜摒棄水泥攪拌樁地基處理方案改為砂樁加固、塑料排水板堆載預(yù)壓法、輕質(zhì)泡沫混凝土，經(jīng)方案比選，最終選用輕質(zhì)泡沫混凝土填筑工藝。工后沉降分析，橋后填筑輕質(zhì)泡沫混凝土經(jīng)過6個(gè)月后沉降值僅為4.2cm，較水泥攪拌樁施工工期節(jié)省約3個(gè)月，造價(jià)節(jié)約40%，最主要是達(dá)到了管線保護(hù)的目的[4]。

另一市政道路地處軟基地區(qū)，路基高度達(dá)6.85m。根據(jù)沉降分析計(jì)算有關(guān)經(jīng)驗(yàn)，軟基工后沉降與上部路基荷載成正比。因受紅線限制，高填方直立式邊坡支護(hù)成本也較大，采用輕質(zhì)泡沫混凝土能夠很多解決許多問題。彈性模量低，減震效果好，凝固后強(qiáng)度高、自重輕、自立性強(qiáng)，有效降低三分之二路基高度，減少路基土壓力及工后沉降[5]。

4本項(xiàng)目地鐵保護(hù)區(qū)輕質(zhì)泡沫混凝土填筑應(yīng)用技術(shù)

4.1 工程實(shí)例介紹

月亮灣立交-桂廟路主線跨線橋工程位于深圳地鐵11號(hào)線上方，路線與地鐵走向基本一致，路床頂部距離地質(zhì)盾構(gòu)結(jié)構(gòu)約17米。根據(jù)《橋臺(tái)填土對(duì)地鐵11號(hào)線影響分析報(bào)告》橋臺(tái)填土所采用的輕質(zhì)混凝土容重不得大于6kN/m3，一般填土無(wú)法滿足地鐵保護(hù)要求，故選用泡沫輕質(zhì)混凝土作為橋臺(tái)路基填筑材料，性能指標(biāo)要求如下：

4.2 地鐵保護(hù)措施

為減少路基填土對(duì)下臥地鐵隧道的影響，設(shè)計(jì)采用高壓旋噴樁對(duì)填土區(qū)進(jìn)行加固，其中前海段地基處理樁長(zhǎng)7m，南山段基處理樁長(zhǎng)8.5m，并采用輕質(zhì)泡沫混凝土進(jìn)行橋臺(tái)回填，輕質(zhì)混凝土容重不得大于6kN/m3。

4.3 填土引起的隧道頂部附加應(yīng)力分析

地面填土相當(dāng)于在矩形面積上作用三角形分布荷載，任意深度處的豎向附加應(yīng)力可通過《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007-2011）計(jì)算獲得[6]。根據(jù)地表填土面積、填土厚度及與隧道位置關(guān)系可計(jì)算得到隧道頂部因填土所致附加應(yīng)力如下圖：

由此可計(jì)算出南山側(cè)左線隧道頂部因填土所致附加應(yīng)力最大值為3.47kPa，南山側(cè)右線隧道頂部因填土所致附加應(yīng)力最大值為5.92kPa，前海側(cè)左線隧道頂部因填土所致附加應(yīng)力最大值為7.64kPa，前海側(cè)右線隧道頂部因填土所致附加應(yīng)力最大值為9.42kPa，均滿足地鐵安保隧道結(jié)構(gòu)外壁附加荷載≤10kPa要求，最大值均位于填土較高一側(cè)隧道頂部。

4.4 數(shù)值分析

為消除邊界約束對(duì)隧道變形的影響，模型邊界沿隧道縱向取至填土外50m，寬度取至隧道外50m，整個(gè)模型尺寸為250m（長(zhǎng)）×150 m（寬）。根據(jù)原有地鐵11號(hào)線勘察資料，地鐵隧道結(jié)構(gòu)下部基巖均風(fēng)化花崗巖，假定風(fēng)化花崗巖不可壓縮，模型底面取至中風(fēng)化花崗巖頂面，南山側(cè)模型高度39m，前海側(cè)模型高度32m。對(duì)填土平面范圍下方8m厚度土層按復(fù)合地基計(jì)算，經(jīng)數(shù)值模擬計(jì)算，南山側(cè)填土完成后地鐵11號(hào)線隧道最大豎向變形為-0.8mm，前海側(cè)填土完成后地鐵11號(hào)線隧道最大豎向沉降為-1.5mm，滿足地鐵保護(hù)區(qū)路基填筑對(duì)于地鐵隧道變形控制要求。

4.5 主要施工工藝

消泡試驗(yàn)濕密度增加率不超過10%，標(biāo)準(zhǔn)沉陷距不超過5mm，抗壓強(qiáng)度滿足要求。

擬采用HT-18氣泡輕質(zhì)土自動(dòng)化攪拌設(shè)備，在具備施工條件前安排設(shè)備進(jìn)場(chǎng)。清理施工區(qū)域基坑底部積水和雜物，做到基層清潔，不能有油污、浮漿、殘灰及雜物等。

基底高程、平面尺寸應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求，并按相關(guān)規(guī)范要求進(jìn)行檢查。同一區(qū)段上下相鄰澆注層，澆注間隔時(shí)間應(yīng)以下層澆注層已經(jīng)硬化為控制標(biāo)準(zhǔn)，不宜少于6h。 每一澆注層應(yīng)在水泥漿初凝時(shí)間內(nèi)澆注完畢，澆注時(shí)間不宜超過3h;水泥漿自制備完成到開始制備泡沫土的間隔時(shí)間最大不應(yīng)超過3h。澆注過程中，澆注管出料口離前面的高差最大不應(yīng)超過2m。當(dāng)前澆注層澆注接近結(jié)束時(shí)，應(yīng)在澆注層內(nèi)按規(guī)定頻率進(jìn)行濕密度取樣檢測(cè)，當(dāng)某一測(cè)點(diǎn)檢測(cè)不合格時(shí)應(yīng)找出測(cè)點(diǎn)周圍界限，進(jìn)行局部處理。

5地鐵自動(dòng)化監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

前海側(cè)橋臺(tái)臺(tái)后路基輕質(zhì)泡沫混凝土的施工時(shí)間段為2019年5月至9月，南山側(cè)橋臺(tái)臺(tái)后路基輕質(zhì)泡沫混凝土的施工時(shí)間段為2019年11月至12月。填筑輕質(zhì)泡沫混凝土范圍對(duì)應(yīng)地鐵11號(hào)線隧道拱頂自動(dòng)化監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，輕質(zhì)泡沫土施工前的拱頂變形為2.0mm，填筑完成后的變形為3.1mm，填筑輕質(zhì)泡沫混凝土引起的地鐵隧道結(jié)構(gòu)變形為1.1mm，與數(shù)值計(jì)算基本吻合[7]。

6結(jié)束語(yǔ)

地鐵保護(hù)區(qū)應(yīng)盡量避免在地鐵隧道上方堆載或卸荷，當(dāng)不可避免時(shí)，采用因此輕質(zhì)材料是解決地鐵安全保護(hù)區(qū)變形直接有效的辦法，滿足地鐵隧道變形控制要求及附加應(yīng)力指標(biāo)要求。本文通過月亮灣立交-桂廟路主線跨線橋工程地鐵隧道上方填筑輕質(zhì)泡沫土應(yīng)用，通過理論計(jì)算和數(shù)值分析，計(jì)算填筑泡沫混凝土后的地鐵隧道結(jié)構(gòu)變形及附加應(yīng)力均符合地鐵保護(hù)安全控制指標(biāo)，并通過地鐵隧道自動(dòng)化監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了采用輕質(zhì)泡沫混凝土填筑的可行性。為減少橋臺(tái)填土對(duì)地鐵隧道的影響，可對(duì)填土面下方一定深度范圍土體進(jìn)行加固處理后采用輕質(zhì)泡沫混凝土，加強(qiáng)施工期間的地鐵自動(dòng)化監(jiān)測(cè)即時(shí)指導(dǎo)施工。

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