流沙層中跨既有線旅客地道深基坑快速施工技術(shù)

（中鐵十局建筑工程有限公司，濟(jì)南250061）

摘 要：隨著近年來(lái)鐵路的迅速發(fā)展，沿線火車(chē)站陸續(xù)改建，舊火車(chē)站的旅客進(jìn)站平交道嚴(yán)重制約著線路提速。在既有運(yùn)營(yíng)線上進(jìn)行深基坑快速施工，需要綜合考慮既有帶電接觸網(wǎng)、基坑臨近運(yùn)營(yíng)線路等對(duì)基坑施工影響。本文研究了基坑開(kāi)挖底層流塑性地質(zhì)力學(xué)特性，并綜合分析既有帶電接觸網(wǎng)、基坑臨近運(yùn)營(yíng)線路等對(duì)基坑施工影響，提出了鉆孔灌注樁和高壓旋噴樁止水帷幕聯(lián)合支護(hù)的技術(shù)方案，并開(kāi)展基坑穩(wěn)定性驗(yàn)算，形成了一種流沙地層中跨既有線地道基坑施工速度快、成本低、確保工程質(zhì)量和工期的基坑施工技術(shù)。

關(guān)鍵詞：旅客地道;施工技術(shù);流沙地層

1 工程概況

菏澤站位于新菏兗日線與京九線交匯處，新菏兗日線外包京九線，是魯西南地區(qū)較大的集客、貨運(yùn)業(yè)務(wù)的綜合站。新建1-12m旅客地道位于京九線K583+449.5處，二、三、四站臺(tái)上設(shè)置雙向地道出入口。新建1-6m行包地道位于京九線K583+184.5處，一、二、三、四站臺(tái)上設(shè)置單向地道出入口。地道橫穿站內(nèi)11條正線、到發(fā)線，基坑最大挖深8.45米，箱體結(jié)構(gòu)寬度13.8米，需要在雨季施工，菏澤地質(zhì)屬于黃河流沙地質(zhì)，基坑支護(hù)較為困難。

2 水文地質(zhì)條件

受場(chǎng)地條件限制，本工程勘察設(shè)計(jì)時(shí)未進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)勘探，只在施工區(qū)域附近選取勘探點(diǎn)，并參考施工專項(xiàng)方案里給出的地質(zhì)資料里土的分類及狀態(tài)，查閱工程地質(zhì)手冊(cè)，得到相關(guān)土體的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)如表1。

地處黃河淤泥流沙地質(zhì)，容易發(fā)生流沙。

3 施工方案的確定

（1）既有線路接觸網(wǎng)高度限制，鋼板樁無(wú)法施工，鉆孔灌注樁機(jī)可以改為4m高，滿足接觸網(wǎng)安全要求，止水帷幕采用高壓旋噴樁，樁基0.6米，樁長(zhǎng)12米，在每?jī)蓚€(gè)支護(hù)樁之間施工，高壓旋噴樁機(jī)高度2米，不影響接觸網(wǎng)。

（2）地處黃河淤泥流沙地質(zhì)，采用鉆孔灌注樁與高壓旋噴樁聯(lián)合支護(hù)，既利用了鉆孔灌注樁的剛性支護(hù)性能，確保了鄰近基坑線路運(yùn)行安全，又充分發(fā)揮了高壓旋噴樁作為止水帷幕的顯著特性，起到止水和封堵流沙的作用。

（3）因旋噴樁屬于水泥土的范疇，其強(qiáng)度增長(zhǎng)較為緩慢，凝固強(qiáng)度必須達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度70%以上方可清除浮漿、制模，待旋噴樁裝身達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后方可澆注地道箱體。為節(jié)省工期，采用在施工支護(hù)樁同時(shí)施工高壓旋噴樁地基（基礎(chǔ)以上部分空鉆），這樣等基坑開(kāi)挖完成后高壓旋噴樁地基已達(dá)到齡期要求，每步過(guò)渡能節(jié)省工期45天。

4 基坑穩(wěn)定性驗(yàn)算

（1）荷載選取。考慮到既有線運(yùn)輸線路（12、13、14股）安全，將12股，13股鐵路荷載作為超載施加于旅客地道和行包通道基坑旁。根據(jù)《鐵路路基支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》，本次計(jì)算將其鐵路等級(jí)考慮為一級(jí)，軌道類型為特重型，則列車(chē)和軌道荷載的等效作用強(qiáng)度為59.2kPa，作用寬度范圍為3.6m。計(jì)算時(shí)僅考慮12股和13股荷載，其荷載距坑邊距分別為3.05m和7.93m。

（2）基坑傾覆穩(wěn)定性分析。旅客地道與行包通道處的支擋結(jié)構(gòu)均采用鉆孔灌注樁（未加鋼支撐）作為圍護(hù)墻，根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007-2011），可將其簡(jiǎn)化為懸臂樁進(jìn)行抗傾覆驗(yàn)算。驗(yàn)算的基本原則應(yīng)滿足下式規(guī)定：

（4-1）

式中：

—MEp為主動(dòng)力對(duì)樁底傾覆作用力矩總和（kN.m）

—MEa為被動(dòng)力對(duì)樁底抗傾覆作用力矩總和（kN.m）

—抗傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)，取Ktgt;=1.3

其中，主動(dòng)土壓力與被動(dòng)土壓力的計(jì)算方法采用《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》（JGJ120-2012）中的規(guī)定：

Pak=ak·Ka-2C " " " " " " " " " " " （4-2）

Ppk=pk·Kp-2C " " " " " " " " " " " " " " " " "（4-3）

式中：

—Pak為主動(dòng)土壓力強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（kPa）

—ak為支護(hù)結(jié)構(gòu)外側(cè)土中豎向應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值（kPa）

—Ppk為被動(dòng)土壓力強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（kPa）

—pk為支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)土中豎向應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值（kPa）

值得注意的是，主動(dòng)土壓力系數(shù)和被動(dòng)土壓力系數(shù)均采用朗肯土壓力系數(shù)。

根據(jù)式（4-2）， （4-3）可以得到行包通道處主（被）動(dòng)土壓力隨基坑深度變化的曲線，具體數(shù)值如圖1所示。

將各土層主（被）動(dòng)土壓力向樁底取矩（十字叉處），可得：

Kt=1.68gt;1.3

可見(jiàn)，旅客地道基坑計(jì)算截面滿足規(guī)范抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算要求。

（3）行包通道最危險(xiǎn)側(cè)壁。根據(jù)式（3-2）， （3-3）以及表2.1和表2.2可以得到行包通道處主（被）動(dòng)土壓力隨基坑深度變化的曲線，具體數(shù)值如圖2所示。

將各土層主（被）動(dòng)土壓力向樁底取矩（十字叉處），可得：

可見(jiàn)，行包通道基坑計(jì)算截面滿足規(guī)范抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算要求。

對(duì)基坑的兩個(gè)危險(xiǎn)側(cè)壁進(jìn)行了整體抗傾覆分析驗(yàn)算，計(jì)算出的旅客地道和行包地道處的安全系數(shù)分別為1.68和1.738，都大于規(guī)范規(guī)定數(shù)值。

4.1 基坑整體穩(wěn)定性驗(yàn)算

由于本工程場(chǎng)地土層中沒(méi)有軟土夾層和傾斜巖面，可以按照建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范推薦的方法，按平面問(wèn)題考慮，宜采用圓弧滑動(dòng)面計(jì)算。

對(duì)不同情況的土坡及基坑整體穩(wěn)定性驗(yàn)算，最危險(xiǎn)滑動(dòng)面上諸力對(duì)滑動(dòng)中心所產(chǎn)生的滑動(dòng)力矩與抗滑力矩應(yīng)符合下式要求：

（4.4）

式中：Ms、MR——分別為對(duì)于危險(xiǎn)滑弧面上滑動(dòng)力矩和抗滑力矩（kN·m）;

Ks——整體穩(wěn)定抗滑安全系數(shù)。

穩(wěn)定性驗(yàn)算采用單一系數(shù)法，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定安全系數(shù)為1.3，建筑基坑工程技術(shù)規(guī)范中要求為1.1-1.2。本文分別對(duì)各危險(xiǎn)基坑側(cè)壁進(jìn)行整體穩(wěn)定性驗(yàn)算，均滿足要求。

4.2 基坑底部隆起穩(wěn)定性驗(yàn)算

基坑抗隆起穩(wěn)定性分析是基坑工程中一項(xiàng)十分關(guān)鍵的內(nèi)容，它不僅關(guān)系到基坑的穩(wěn)定安全問(wèn)題，也與基坑的變形密切相關(guān)。

按照普朗德?tīng)柟剑↘s gt;= 1.1～1.2），注：安全系數(shù)取自《建筑基坑工程技術(shù)規(guī)范》YB 9258-97（冶金部）：

4.3 基坑抗?jié)B穩(wěn)定性驗(yàn)算

旅客地道與行包通道處均存在地下水位差，且存在粉土地層，根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007-2011），基底滲流的水力梯度不應(yīng)超過(guò)臨界水力梯度。由于缺少基底土層的相關(guān)物理信息，以下計(jì)算根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取基底的土體顆粒比重為2.5，常見(jiàn)中密粉土的孔隙比范圍為0.75～0.9，稍密粉土的孔隙比范圍為0.9～1.2。

4.4 基坑支護(hù)樁穩(wěn)定性驗(yàn)算

樁的直徑及間距都已明確規(guī)定，前面的分析都是基于支護(hù)樁是穩(wěn)定的前提下。支護(hù)樁自身強(qiáng)度是關(guān)系到基坑穩(wěn)定的重要影響因素，根據(jù)建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程，給出支護(hù)樁的相關(guān)參數(shù)。

5 工程應(yīng)用

菏澤車(chē)站改造，旅客通道和行包通道基坑開(kāi)挖采用在施工支護(hù)樁同時(shí)施工高壓旋噴樁地基（基礎(chǔ)以上部分空鉆），這樣等基坑開(kāi)挖完成后高壓旋噴樁地基已達(dá)到齡期要求，每步過(guò)渡能節(jié)省工期45天。所帶來(lái)間接經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益巨大。

6 結(jié)論

經(jīng)過(guò)對(duì)旅客地道和行包地道兩個(gè)深基坑的驗(yàn)算，在采用基坑支護(hù)專項(xiàng)方案的情況下，兩個(gè)地道基坑可以滿足基坑抗傾覆穩(wěn)定性、整體穩(wěn)定性、抗隆起穩(wěn)定性和抗?jié)B流穩(wěn)定性的要求，各項(xiàng)安全系數(shù)都能滿足相關(guān)規(guī)范的規(guī)定。

綜合分析了基坑開(kāi)挖底層流塑性地質(zhì)力學(xué)特性、既有帶電接觸網(wǎng)、基坑臨近運(yùn)營(yíng)線路等對(duì)基坑施工影響，確定了鉆孔灌注樁和高壓旋噴樁止水帷幕聯(lián)合支護(hù)的基坑支護(hù)方案，并進(jìn)行了基坑穩(wěn)定性驗(yàn)算，驗(yàn)證了該支護(hù)方案的科學(xué)性和合理性，在工期方面每步過(guò)渡節(jié)省了工期45天。形成了一種流沙地層中跨既有線地道基坑施工速度快、成本低、確保工程質(zhì)量和工期的基坑施工技術(shù)。

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