邢 民

（廣州地鐵設(shè)計(jì)研究院股份有限公司，廣東 廣州 510000）

0 引言

隨著城市化地下空間的發(fā)展，地鐵作為軌道交通最為主流的綠色交通模式，對(duì)推動(dòng)城市的建設(shè)發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步有重大深遠(yuǎn)的意義。地鐵工程是建造在地下的重要工程，投入經(jīng)費(fèi)高，建造周期較長(zhǎng)，施工速度較慢，安全性要求高，建設(shè)過程中需要各方面的溝通協(xié)調(diào)。高壓電塔作為城市輸供電網(wǎng)絡(luò)的重要配套基礎(chǔ)設(shè)施，在軌道交通線路規(guī)劃和設(shè)計(jì)階段，軌道結(jié)構(gòu)與高壓電塔不可避免地會(huì)發(fā)生關(guān)系，如何有效解決在軟土極差地層下明挖區(qū)間側(cè)穿高壓電塔的安全控制，是亟待解決的安全技術(shù)問題[1-5]。本文提出明挖區(qū)間側(cè)穿既有高壓電塔加固施工方案，并就開挖施工對(duì)電塔基礎(chǔ)的影響進(jìn)行模擬分析，為其他類似工程提供借鑒和參考。

1 工程概況

廣州市城市軌道交通22號(hào)線陳頭崗?fù)＼噲?chǎng)出入場(chǎng)線明挖區(qū)間線路，先沿新滘東路由南向東北敷設(shè)穿過東涌和金沙涌，之后折向東南繞過變電站，與東新高速平行，最后出洞口連接陳頭崗?fù)＼噲?chǎng)。出入場(chǎng)線區(qū)間長(zhǎng)度約1.45km，基坑深度9.3～19.49m，基坑寬度13～23.5m，為地下一層矩形框架結(jié)構(gòu)。明挖區(qū)間局部側(cè)穿既有220kV高壓電塔，與陳頭崗?fù)＼噲?chǎng)出入場(chǎng)線明挖隧道側(cè)穿段為地面高壓電線，高壓電塔上電線離地高度最小約16m，與出入場(chǎng)線明挖隧道結(jié)構(gòu)凈距最小為4.9m，220kV 高壓鐵塔四樁承臺(tái)基礎(chǔ)，承臺(tái)長(zhǎng)×寬=11m×11m，灌注樁樁長(zhǎng) 20m，直徑 1200mm，塔身為直線角鋼塔，塔身呼高約 51m，重約 6t，目前出入場(chǎng)線施工期間高壓電塔處于正常供電狀態(tài)。總平面位置關(guān)系圖見圖1所示。

圖1 總平面位置關(guān)系圖

1.1 工程地質(zhì)情況

地層自上而下依次為雜填土、淤泥土、淤泥質(zhì)土、全風(fēng)化粉砂巖、強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖、中風(fēng)化粉砂巖、微風(fēng)化粉砂巖，該部分出土段基底位于淤泥層，地質(zhì)條件較差，采用基底加固及部分換填處理。

1.2 巖土力學(xué)參數(shù)

陳頭崗出入場(chǎng)線地層巖土參數(shù)見表1所示。

表1 地層巖土參數(shù)表

2 結(jié)構(gòu)加固施工方案

出入場(chǎng)線區(qū)間與高壓電塔相交位置，明挖圍護(hù)結(jié)構(gòu)靠近電塔側(cè)采用鉆孔灌注樁+旋噴樁支護(hù)，遠(yuǎn)離側(cè)采用地下連續(xù)墻。高壓電塔現(xiàn)狀圖見圖2所示。

圖2 明挖區(qū)間與高壓電塔平面關(guān)系圖

由于現(xiàn)狀高壓電塔基礎(chǔ)4根樁基之間采用4根地梁聯(lián)系，整體性相對(duì)較弱，考慮對(duì)高壓電塔基礎(chǔ)進(jìn)行加固，在基礎(chǔ)地梁周邊進(jìn)行植筋，施做一塊整體厚400mm板將4根基礎(chǔ)進(jìn)行整體連接，提高整體穩(wěn)定性。

由于明挖區(qū)間結(jié)構(gòu)主要處于淤泥層中，明挖基坑在軟弱地層影響范圍內(nèi)采用寬3m、間隔3m 的Φ650@450（mm）三軸攪拌樁裙邊+抽條加固方式，加固深度為5m；在高壓電塔與明挖區(qū)間范圍內(nèi)采用雙排高壓旋噴樁進(jìn)行帷幕加固，加固深度為21m，加固范圍與高壓電塔平面距離為3m。明挖區(qū)間與高壓電塔平面和剖面關(guān)系圖見圖3和圖4所示。

圖3 明挖區(qū)間與高壓電塔平面關(guān)系圖

圖4 明挖區(qū)間與高壓電塔剖面關(guān)系圖

受高壓電塔及高壓線影響，此范圍基坑支護(hù)采用鉆孔灌注樁（地下連續(xù)墻）+內(nèi)支撐形式。地連墻厚度為0.8m，鉆孔樁規(guī)格為Φ1000mm@1100，嵌入深度5～15m。受該地區(qū)地質(zhì)淤泥條件影響，部分地下連續(xù)墻采用三軸攪拌樁槽壁加固，基坑內(nèi)采用三軸攪拌樁裙邊+抽條加固。

3 三維模擬分析

3.1 建立模型范圍

在建模時(shí)，會(huì)根據(jù)勘察地質(zhì)剖面對(duì)主要尺寸與方位進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化，在模型的左右兩側(cè)采用水平方向約束邊界條件，底部受水平方向和垂直方向的約束，頂部為自由邊界。

計(jì)算范圍為：x方向邊界橫向長(zhǎng)度為100m，y方向邊界縱向長(zhǎng)度為55/85m，z方向邊界豎向長(zhǎng)度為40m。

根據(jù)陳頭崗出入場(chǎng)線詳細(xì)勘察階段巖土工程勘察報(bào)告，選取陳頭崗出入場(chǎng)線明挖隧道側(cè)穿220kV高壓電塔剖面鉆孔提取土層信息并適當(dāng)簡(jiǎn)化，確定數(shù)值計(jì)算模型的邊界條件及邊界尺寸。整體三維有限元模型效果圖見圖5所示。

圖5 整體三維有限元模型效果圖

在模型建立與計(jì)算中提出以下假設(shè)：

（1）圍巖為彈塑性材料，建模采用Mohr-Coulomb模型；

（2）模型材料采用各向同性假設(shè)；

（3）不考慮220kV高壓鐵塔樁基施工過程，在隧道施工前，高壓電塔基礎(chǔ)已經(jīng)處于穩(wěn)定狀態(tài)。

3.2 模型參數(shù)選擇

高壓電塔基礎(chǔ)周邊地層的力學(xué)性質(zhì)對(duì)控制陳頭崗出入場(chǎng)線明挖隧道施工過程中電塔基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的受力和變形起著關(guān)鍵作用，為此，進(jìn)行三維模擬分析計(jì)算時(shí)須充分結(jié)合本工程的地層分布特點(diǎn)，合理選取計(jì)算參數(shù)（表1）。三維模型關(guān)系圖見圖6所示。

圖6 三維模型關(guān)系圖

3.3 模擬結(jié)果

根據(jù)實(shí)際基坑加固處理和開挖時(shí)序，分步工況分析基坑開挖對(duì)高壓電塔基礎(chǔ)的影響，高壓電塔基礎(chǔ)最大位移、最大軸力和彎矩圖分別見圖7、圖8所示。

3.4 模擬結(jié)果分析

明挖區(qū)間施工誘發(fā)220kV高壓電塔樁基結(jié)構(gòu)的最大沉降為8.61mm，最大水平位移為13.9mm，滿足水平及沉降控制值15mm的要求；最大差異沉降為5.676mm，亦滿足差異沉降控制值0.002L的要求。

圖7 高壓電塔基礎(chǔ)最大位移

圖8 高壓電塔基礎(chǔ)最大軸力和彎矩圖

明挖區(qū)間施工造成220kV高壓電塔樁基的受力狀態(tài)發(fā)生一定程度的變化，開挖過程220kV高壓電塔樁基受壓軸力最大值為451.95kN，樁基截面彎矩最大值為199.958kN·m，經(jīng)高壓電塔樁基配筋核算，滿足高壓電塔樁基軸力控制值要求及彎矩控制值要求。

4 結(jié)束語

本文綜合分析陳頭崗出入場(chǎng)線明挖區(qū)間結(jié)構(gòu)場(chǎng)地的工程地質(zhì)資料，依據(jù)設(shè)計(jì)加固方案以及對(duì)開展的三維數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果分析表明，擬建的明挖區(qū)間施工不危及緊鄰220kV高壓電塔基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)安全，沉降變形均滿足相關(guān)規(guī)范要求。

根據(jù)施工完成后現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，本次三維模擬數(shù)值與現(xiàn)場(chǎng)高壓電塔基礎(chǔ)數(shù)據(jù)變化數(shù)值基本相符，該工程的加固處理措施有效。