大體積現(xiàn)澆泡沫混凝土換填運(yùn)營地鐵覆土技術(shù)研究

1、大體積現(xiàn)澆泡沫混凝土換填運(yùn)營地鐵覆土技術(shù)研究    摘要：對天津西站南廣場換填工程進(jìn)行研究，介紹了該工程實施過程中遇到的運(yùn)營地鐵上大面積覆土開挖、近接施工、特殊情況下降水等難點，并給出相應(yīng)的解決措施。提出了“平衡性”動態(tài)降水的理念。實踐表明，本工程取得了很好的工程效果及經(jīng)濟(jì)效益。關(guān)鍵字：泡沫混凝土，換填，降水1工程概況及地質(zhì)條件1.1工程概況天津西站交通樞紐工程位于濱海城市-天津市中心城區(qū)西北部（紅橋區(qū)），緊臨海河和子牙河，是京滬高鐵國家重點工程的重要組成部分，同時也是海河經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶上游起點，是天津市規(guī)劃的重要交通樞紐工程。南廣場公交車場總用地面積約12

2、000m2，場地占壓地鐵1號線天津西站站，包含2004年新建箱體結(jié)構(gòu)和局部上世紀(jì)七、八十年代建設(shè)的老箱體結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)狀地面標(biāo)高為大沽高程+2.02m2.63m，規(guī)劃地面標(biāo)高為大沽高程+4.5m左右，地鐵車站上方需增加覆土22.5m，增加荷載近50kN/m。為滿足地鐵1號線箱體結(jié)構(gòu)頂板壓彎裂縫寬度及頂板抗壓強(qiáng)度要求，需對地基進(jìn)行了輕型材料換填處理。本工程地鐵一號線西站采用現(xiàn)澆泡沫混凝土進(jìn)行換填，換填斷面如圖1所示。本工程設(shè)計及施建的主導(dǎo)思想是“保證地鐵箱體結(jié)構(gòu)隧道及地鐵運(yùn)營安全”，此類工程在天津市乃至國內(nèi)的市政基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中尚屬首例，可以借鑒的經(jīng)驗非常少。圖1換填剖面圖1.2工程地質(zhì)及水文地質(zhì)該場地

3、位于天津市紅橋區(qū)，子牙河與南運(yùn)河之間，屬沖積平原，地形平坦。地層主要為第四系全新統(tǒng)人工填土層（Qml），新近沉積層（Q43Nal），第陸相層（Q43al），第海相層（Q42m），第陸相層（Q41al），第陸相層（Q3eal），第海相層（Q3dm），第陸相層（Q3cal）。土性以雜填土、粉質(zhì)粘土、粉土、粉砂為主，屬軟弱中硬土，建筑場地類別為III類，屬于建筑抗震不利地段。場地內(nèi)地下水類型為潛水和微承壓水。潛水層含水厚度為7.808.90m；微承壓含水層主要為粉土層（）和粉砂層（2）。1粉土、粉砂層含水層厚度為4.006.50m，3粉土、粉砂層含水層厚度為1.203.50m，2粉砂層微承壓含水層厚

4、度為1.504.50m。2工程難點分析2.1特殊工況下降水施工地鐵近接施工這一特性使得本工程降水施工具有特殊性。水文地質(zhì)資料表明，濱海地區(qū)地下水豐富、水位高程大，且水層滲流水力聯(lián)系密切，這些對于降水安全、基坑安全，乃至地鐵結(jié)構(gòu)安全都是極為不利的。2.2地鐵上部大體積覆土開挖施工地鐵1號線包含2004年新建結(jié)構(gòu)及七、八十年代老箱體部分，未進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗浮方面的設(shè)計。泡沫混凝土換填工程首先需將原狀覆土挖除，開挖過程中，地鐵結(jié)構(gòu)頂板土壓力逐漸卸載，直至消除。本工程基坑放坡開挖范圍約8800m2，實體換填范圍為8180m2，其余部分為放坡退挖需回填部位。開挖范圍全部位于既有天津地鐵1#線西站站結(jié)構(gòu)箱體上部

5、，如圖2所示。圖2放坡開挖平面布置圖圖如此程度的在運(yùn)營中地鐵結(jié)構(gòu)上部的施工活動，使得工程實施的每一個階段都有可能對地鐵箱體結(jié)構(gòu)造成擾動影響。2.3大體積現(xiàn)澆泡沫混凝土換填施工現(xiàn)澆泡沫混凝土是一種多孔輕質(zhì)材料，表征其材料特性的有濕密度、泡沫密度、流值、抗壓強(qiáng)度、干密度等項目。它的突出特點就是在混凝土內(nèi)形成泡沫孔，使混凝土輕質(zhì)化和保溫隔熱化。但現(xiàn)澆泡沫混凝土施工時當(dāng)總換填高度超過1m厚時，需分層施工。本工程現(xiàn)澆泡沫混凝土工程量約為17000m3。依據(jù)現(xiàn)澆泡沫混凝土的材料特性：施工時當(dāng)總換填高度超過1m厚時，需分層施工。而本工程局部區(qū)域設(shè)計填筑最大高度為3.65m，需采用多次分層澆筑施工。3應(yīng)對方案

6、3.1特殊情況下降水根據(jù)天津西站降水經(jīng)驗進(jìn)行反算，由于地下水引起1cm沉降，地下水位需要降低10m左右，因此根據(jù)模型進(jìn)行反復(fù)驗算，需要在第層微承壓含水層布置降水井。降水井平面布置如圖3所示。圖3降水井平面布置圖圖由于本項目的難點以及地質(zhì)情況復(fù)雜，為避免過早擾動第層微承壓含水層，因此在降水設(shè)計上分兩步走。第一步，設(shè)計10口淺層降水井，其中2口備用井，井深為15m。第二步，設(shè)計10口深層降水井，其中2口備用井，井深30m。從而最大程度上滿足對本區(qū)域的既有1號線結(jié)構(gòu)的隆起控制，又能減少非控制區(qū)域的沉降過大問題。3.2地鐵上部大體積覆土開挖基坑開挖方式多種多樣，但無論何種開挖方式，都要遵循“時空效應(yīng)”

7、，以實現(xiàn)“安全、優(yōu)質(zhì)、高效”的目標(biāo)，為基坑工程增穩(wěn)增利。由于西站重點工程的特性，工期、質(zhì)量要求非常嚴(yán)格，為實現(xiàn)換填工程又快又好的完成，以確保地面配套工程的實施，通過合理配置，優(yōu)化方案，采取“抽條開挖”結(jié)合“同步抽條”的方式，即依據(jù)抽條開挖方案，抽條開挖位置同步實施，減少堆載材料的倒運(yùn)，為土方開挖施工縮減工期，開挖換填平面圖如圖4所示。圖41#線換填開挖平面圖3.3大體積現(xiàn)澆泡沫混凝土換填本工程現(xiàn)澆泡沫混凝土工程量約為17000m3。工程局部區(qū)域設(shè)計填筑最大高度為3.65m，需采用多次分層澆筑施工。并且基坑開挖帶工作面的不統(tǒng)一，需進(jìn)行分塊、分段、分層相結(jié)合的方式進(jìn)行現(xiàn)澆泡沫混凝土澆筑施工。3.4

8、“平衡性”動態(tài)降水施工技術(shù)降水施工在加固基坑內(nèi)和坑底下的土體，提高坑內(nèi)土體抗力，保持坑內(nèi)干燥的同時，也會引起非控制區(qū)域的地表沉降及對非控制的構(gòu)筑物產(chǎn)生不利影響。但本工程將不利化為有利，將本工程的降水施工擴(kuò)展為“平衡性”，即：通過降低微承壓含水層水位，使地鐵箱體結(jié)構(gòu)形成沉降趨勢，并使得這種主動效應(yīng)沉降與地鐵覆土開挖卸載、大型機(jī)械擾動等影響對地鐵箱體結(jié)構(gòu)造成的上浮形成關(guān)聯(lián)平衡，找到兩者之間的平衡點。4工程實測及分析4.1監(jiān)測項目為控制箱體隆起變形在允許范圍內(nèi)，確保地鐵1號線的運(yùn)營安全。確定箱體內(nèi)主要監(jiān)測：結(jié)構(gòu)及軌道隆沉、結(jié)構(gòu)位移和裂縫觀測。地鐵1號線監(jiān)測布點情況見圖6。表1監(jiān)測項目表監(jiān)測對象

9、60;監(jiān)測項目 監(jiān)測儀器主體結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)隆沉監(jiān)測 靜力水準(zhǔn)系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)位移監(jiān)測 全站儀 軌道沉降監(jiān)測 精密水準(zhǔn)儀 結(jié)構(gòu)滲漏水、裂縫觀察 裂縫觀測儀 軌道幾何形位監(jiān)測 軌道尺 地表沉降監(jiān)測 精密水準(zhǔn)儀4.2監(jiān)測措施監(jiān)測布點情況如圖5所示。要保證監(jiān)測工程的質(zhì)量，需要有先進(jìn)的監(jiān)測儀器設(shè)備及富有經(jīng)驗的工程技術(shù)人員。圖5地鐵1號線監(jiān)測布點圖4.3監(jiān)測結(jié)果分析圖6為整個施工過程中，部分結(jié)構(gòu)觀測點的沉降變化。圖中可以觀察到，以監(jiān)測點位J26、J27、J28結(jié)構(gòu)隆沉總體監(jiān)測數(shù)據(jù)曲線為例

10、，可以看出：.在開挖過程中,結(jié)構(gòu)呈整體上浮趨勢。降水后隆起趨勢有所回落。換填工序完成后，結(jié)構(gòu)隆沉逐漸趨于穩(wěn)定；.開挖帶與壓載之間呈上浮、回落的波動關(guān)系。過程中因壓載過大、回載不及時曾造成結(jié)構(gòu)隆沉急劇變化。.結(jié)構(gòu)隆沉未超過控制標(biāo)準(zhǔn)。圖6一號線部分結(jié)構(gòu)沉降測點沉降歷時曲線5結(jié)論西站南廣場運(yùn)營地鐵上部覆土換填工程地理、地質(zhì)、環(huán)境復(fù)雜，施工中所采用手段先進(jìn)，方法正確，措施可靠，為同類工況施工積累了寶貴的經(jīng)驗。本文得出如下結(jié)論：(1)施工過程中研發(fā)、優(yōu)化、總結(jié)出的“平衡性”動態(tài)降水施工技術(shù)、“抽條開挖配合壓載”的地體上部大體積覆土開挖施工技術(shù)、大體積現(xiàn)澆泡沫混凝土換填施工技術(shù)等在保證地鐵箱體結(jié)構(gòu)隧道、地鐵運(yùn)營、本體綜合施工質(zhì)量及工期目標(biāo)實現(xiàn)等方面都起到了重大作用，具有良好的施工效果，(2)大面積開挖過程中，施工現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜。在既有地下結(jié)構(gòu)最初的設(shè)計提高結(jié)構(gòu)抵抗變形的能力，變被動保護(hù)修復(fù)為主動抵抗防御，對后續(xù)鄰近項目施工的經(jīng)濟(jì)、安全均大有裨益。(3)監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，箱體結(jié)構(gòu)整體呈上浮趨勢，但未超出標(biāo)準(zhǔn)控制范圍，隨后逐步趨于穩(wěn)定；并在各種不良作用下，日均隆起量報警、上浮回落、數(shù)值曲線波動等情況，所以針對施工的動態(tài)性、復(fù)雜性以及保證既有地鐵箱體結(jié)構(gòu)的持續(xù)穩(wěn)定安全等方面我們還需進(jìn)行更為深入的研究和探討。參考文獻(xiàn)1李福海等，天津站交通樞紐工程副廣場工程詳細(xì)勘察巖土工程勘察報告，鐵