地鐵深基坑施工對鄰近高壓鐵塔的影響

張 榮

(重慶市軌道交通設計研究院有限責任公司，中國 重慶 400051)

1 引言

隨著城市地下空間的廣泛開發和利用，深基坑開挖對鄰近建構筑物的影響已經成為一個十分重要的課題。本文以重慶軌道交通六號線二期向家崗站工程為例，研究地鐵深基坑施工對鄰近構筑物的影響。

2 工程概況

向家崗站基坑開挖深度17～27 m，寬度48～73 m，采用土釘墻、排樁式預應力錨索擋墻和肋柱式錨桿擋墻等方式進行支護。基坑開挖影響范圍內有110 kV高壓鐵塔05和04號兩處(見圖1)，鐵塔參數見表1。

圖1 高壓鐵塔與基坑平面關系Fig.1 Relationship of high voltage tower and foundation pit

表1 高壓鐵塔參數Table1 Parameter of high voltage tower

3 基坑支護方案

05號鐵塔上覆土層厚度7.5 m，下伏基巖為厚層砂巖、砂質泥巖。基坑開挖深度28.89 m，采用土釘墻與排樁聯合支護，土釘采用Φ42鋼花管，長10 m，孔徑100 mm，間距1.5 ×1.5 m 梅花型布置;排樁采用Φ1.5 m旋挖樁，間距3.5 m，預應力錨索孔徑150 mm，豎向間距2.5 m，水平間距3.5 m，采用6 束Φs15.2預應力鋼筋。支護斷面見圖2。

圖2 05號鐵塔基坑支護Fig.2 05#tower and foundation pit timbering

04號鐵塔覆土層厚度約30 m，下伏基巖為厚層砂巖、砂質泥巖。基坑開挖深度19 m，采用土釘墻支護，分兩級放坡。上級坡高9 m，下級坡高10 m，坡率均為1∶0.65，兩級坡間采用1.5 m寬平臺連接。土釘采用φ42鋼花管，長13 m，孔徑100 mm，間距1.2×1.2 m梅花型布置。支護斷面見圖3。

圖3 04號鐵塔基坑支護Fig.3 04#tower and Foundation pit timbering

4 基坑開挖對鐵塔的影響分析

本工程采用MIDAS-GTS有限元軟件模擬基坑開挖對高壓鐵塔的影響，定量分析地鐵深基坑施工對兩高壓鐵塔的影響。

4.1 05號鐵塔基坑開挖數值模擬

05號鐵塔為轉角塔，塔頂有附加水平力250 kN，該處地質參數見表2。

表2 05號鐵塔地質參數Table2 05#Tower geological parameters

該處僅表層7.5 m回填土，下伏基巖強度較高。基坑開挖過程中，鐵塔以水平位移為主，本文僅對基坑開挖引起的鐵塔水平位移進行分析，詳見圖4。

從圖4可以看出，基坑開挖過程中，鐵塔最大位移發生在塔底，最大水平位移30.04 mm，基坑開挖對05號鐵塔影響較小。

4.2 04號鐵塔基坑開挖數值模擬

04號鐵塔為直線塔，該處地質參數見表3。

表3 04號鐵塔地質參數Table 3 04#Tower geological parameters

04號鐵塔處回填土較深，基坑開挖過會引起鐵塔較大的變形。基于此，分4步開挖模擬基坑施工對鐵塔的影響，施工過程引起的水平位移詳見圖5，豎向位移詳見圖6。

圖5 施工過程中引起的水平位移Fig.5 Horizontal displacement in construction

圖6 施工過程中引起的豎向位移Fig.6 Vertical displacement in construction

從圖5和圖6中可以看出，基坑開挖過程中，鐵塔位移持續增大，塔底最大水平位移18.2 mm，鐵塔樁基底最大水平位移48.3 mm，鐵塔最大豎向位移10.9 mm。基坑開挖對04號鐵塔影響較大。

5 鐵塔加固措施

根據《電力設施保護條例》和高壓鐵塔產權單位的要求，本基坑工程開挖引起的鐵塔變形不能超過20 mm。通過數值分析可以看出，基坑開挖引起的05號和04號鐵塔變形均大于此標準，所以必須對高壓鐵塔采取措施進行加固。由于05、04號鐵塔所處的地質情況、基坑開挖深度、基坑支護方式以及基礎形式均不相同，故對兩鐵塔采取不同的專項措施進行加固。

5.1 05號鐵塔加固措施

05號鐵塔最大變形30.04 mm，稍大于變形限值。本工程采取如下措施對鐵塔進行加固:①上部土釘墻支護段，利用φ42鋼花管對松散回填土注漿，以改良上部回填土力學參數，漿液固結后通過現場試驗測試土體參數達到黏聚力c＞15kPa，內摩擦角φ＞30°時方可實施下一步開挖;②排樁采用機械成柱以減小對巖土體的擾動，且嚴格執行跳樁施工，樁體穩定后分步開挖基坑，及時分批次張拉預應力錨索，嚴格控制基坑變形;③加強對高壓鐵塔的監控量測，如鐵塔變形速率過快和累計變形大于15 mm，即采取補張預應力錨索等措施進行控制。

5.2 04號鐵塔加固措施

04號鐵塔最大豎向位移10.9 mm，最大水平位移48.3 mm，大于變形限值較多。對4號鐵塔加固措施如下:①基坑開挖前，對鐵塔周圍10 m范圍內采用袖閥管進行地表注漿，注漿管間距2×2 m，注漿深度20 m，采用水泥－水玻璃雙液漿;②基坑開挖過程中，利用土釘φ42鋼花管對松散回填土進一步注漿加固;③基坑開挖過程中采用人工或機械切割的施工方法，避免大型機械設備或者其它因素對于鐵塔和巖土體的破壞與擾動;④加強監控量測，如鐵塔變形速率過快和累計變形大于15 mm，即施作預應力錨索等措施進行補充加固。

6 結論

1)監測數據顯示基坑施工過程中，高壓鐵塔變形滿足要求，高壓鐵塔加固措施合理可行。

2)05號鐵塔處，基坑開挖深度達28.89 m，土釘墻與排樁聯合支護方式，仍能嚴格控制基坑變形。

3)兩鐵塔處回填土注漿加固，對改良土體力學參數，控制基坑變形和維持基坑穩定，是一種可行的措施，但注漿量不易控制。

［1］熊智彪.建筑基坑支護［M］.北京:中國建筑工業出版社，2008.

［2］JGJ 120—99建筑基坑支護技術規程［S］.北京:中國建筑工業出版社，1999.

［3］龔曉南.深基坑工程設計施工手冊［M］.北京:中國建筑工業出版社，1998.

［4］劉國彬，王衛東.基坑工程手冊［M］2版.北京:中國建筑工業出版社，2009.