海灣吹填造地區地鐵車站土圍堰研究與應用

韓贇

【摘要】以廈門市軌道交通.號線集美島站為工程背景，研究在吹填造地與地鐵車站施工同時進行的情況下，如何保證地鐵車站的正常施工。采用土圍堰作為車站施工場地檔護措施，通過數值計算，確定圍堰的安全性，通過現場監控量測，檢驗圍堰在實際施工中的變化情況。理論研究與現場實際相結合，探索研究一種經濟、快捷、施工方便的圍堰結構，為以后類似工程提供參考。

【關鍵詞】地鐵車站 土圍堰 吹填造地 穩定性 監控量側

1、引言

目前，我國城市化進程不斷發展，城市人口密度持續增加，城市建設規模快速擴大，我國沿海地區經濟的快速發展和土地資源的供需矛盾決定了吹填工程的持續擴大。我國唐山曹妃甸工業區規劃2030年前完成吹境面積310km²，天津濱海新區由于快速發展需要，大量土地通過吹填形成，天津臨港產業區吹填面積約150km²，廈門大瞪島、馬鑾灣等區域正在進行吹填造地以滿足城市發展需要。

城市軌道交通作為城市公共交通系統的重要組成部分，根據中國節能協會城市軌道交通節能專業委員會發布的數據顯示，截至2019年9月，中國已有39個城市開通軌道交通，線路運營里程6333.3公里。

吹填工程與軌道交通的快速發展，吹填工程與軌道交通工程同時施工，將不可避免地出現在沿海城市的城市建設過程中。而如伺保證吹填工程與地鐵工程施工互不干擾將成為城市建設中亟需解決的問題。

2、工程概況

廈門為我國首批經乏護持區，共規劃10條地鐵線。集美島站為廈門軌道交通6號線一期工程第五個車站，車站總長304m。車站位于規劃集美島中央，站址周邊用地現狀主要為魚塘，周邊規劃為混合用地、商務設施用地、科研、居住等用地。

集美島位于馬鑾灣片區生態修復（一期）工程范圍內，海域面積約314.42hm²，位于廈門市西海域馬鑾灣內。集美島采取吹填工法，吹填祠料主要為海底泥沙。

馬鑾灣片區生態修復（一期）工程于2016年開始施工，2018年5月基本完成吹填施工。吹填后淤泥高度頂標高約為+5.0m，吹填最高水位標高約為+6m。集美島站于2017年5月開始施工，2018年1月完成圍堰施工，2018年4月開始進行車站基坑開挖。圍堰內場地面積約為3.2萬m²。

3、臨時圍堰設計

集美島站在規劃集美島中央，為避免集美島吹填影響車站施下，參考類似工程經驗，采用臨時圍堰作為施工場地臨時擋護結構，在圍堰的保護下施做地鐵車站。

3.1 臨時圍堰設計

考慮車站施工周期長，臨時圍堰圍擋范圍包括地鐵車站主體及附屬結構范圍。由于圍堰頂底存在高差，在車站小里程端設置施工便道作為進出場通道。車站圍堰共占地54217m²。

根據規劃情況，集美島吹填后淤泥標高為+5.0m，水面標高約為+6m。集美島站清淤后場地標高約為-1.0m。為保證集美島站施工場地的安全，設置臨時圍堰保證施工場地的安全。

考慮臨時圍堰僅在集美島吹填階段使用，上部不考慮行車，因此設定圍堰頂寬2.5m，圍堰兩側坡度1：1.5;集美島站臨時圍堰頂標高+5.0m，底標高-2.5m。由于吹填水位達到6m時為臨時工況，在圍堰頂設置1.5m高臨時檔水二次圍堰，避免吹填水位灌入車站施工場地。

集美島現場存在縱橫交錯魚塘塘埂，塘埂作為天然地層，根據現場實測，透水性較差。考慮施工便捷性，將既有塘埂作為圍堰防水的一部分，在圍堰外側，利用既有塘埂設置不小于6m寬的寬填護道作為圍堰護腳;另外圍堰外側鋪設“土工布+PVC防水板+土工布”的“兩布一膜”防水設施，“兩布一膜”插入既有塘埂不小于1m。塘埂與圍堰拐角處采用素土壓實，避免“兩布一膜”上浮。背水面一側兩排泄水孔，背永面基底設置4m×0.5m碎石濾水層。臨時圍堰平面圖如圖1所示。

3.2 臨時圍堰穩定性計算

3.2.1 計算參數選取

集美島吹填材料為主要泥沙，吹填后場地條件差，相關地層物理力學參數獲取難度較大。參考國內學者對吹填后軟土的工程地質特性的研究成果，本文選取吹填后泥沙物理力學參數表，所示。

集美島臨時圍堰主要材料為素填土，碾壓密實。圍堰位于原狀地層上，選取最不利位置對圍堰進行安全性計算。圍堰下方地層從上到下主要為中粗砂、殘積砂質粘性土、全風化花崗巖。參考地質勘查資料，選取下表參數為圍堰計算參數。

3.2.2 計算標準

集美島臨時圍堰采用素填土回填，碾壓密實。計算時參考《碾壓式土石壩設計規范》（SL274-2001）為計算穩定性依據。

由于本圍堰高度較小，圍堰外最高水位約為+6m，水位達到最高后通過排水后，淤泥高度為5m，且本圍堰僅為集美島吹填期間使用，因此確定本圍堰安全穩定性系數最小值不小于1.15。

3.2.3 圍堰穩定性計算

由于吹填點距離車站臨時圍堰較遠，結合實際情況，選取最不利工況進行分析計算，考慮圍堰的滲流效應，利用理正巖土軟件進行計算分析。

由于圍堰范圍較大，選取最不利地層情況進行計算分析，模型長度定為70m，根據實際地質情況，最不利出砂層厚度為3.5m，殘積砂質黏性土厚度為8m，全風化花崗巖地層厚度為10m。

最不利工況：吹填水位達到6m，臨時圍堰外泥沙頂標高達到5m。根據計算，最不利工況下臨時圍堰滲水量為0.36m3/天，考慮滲流情況下對圍堰穩定性計算，圍堰抗滑穩定性安全系數為1.269>1.15，滿足規范要求，圍堰處于穩定狀態。

4、臨時圍堰施工

集美島臨時圍堰從2017年5月開始施工，到2018年1月施工完成。規劃集美島從2017年1月開始進行吹填，2018年5月基本吹填完成。集美島吹填與圍堰施工存在交叉影響，吹填與車站圍堰施工同時進行，圍堰需滿足吹填水位不斷增加的要求，避免吹填影響集美島站的施工場地。結合集美島地形條件、材料等因素，為避免車站施工對吹填施工造成影響，臨時圍堰共分兩期施工。一期利用既有塘埂施工至絕對標高2.5m，滿足現場吹填施工要求。利用既有塘埂施工時，對既有塘埂進行碾壓施工，確保壓實度不小于0.9。一期施工完成后，對一期圍堰內采用外運的素填土分層碾壓施工圍堰剩余部分，壓實度不小于0.9。考慮局部地層存在砂層，對砂層部分采用雙排Φ800@600mm旋噴樁進行止水。

圍堰施工主要過程為池塘排水→場地清淤→利用塘埂施工先期臨時圍堰→施工圍堰底旋噴樁→施做防水層→加高圍堰并施工泄水孔→施工反濾層→施工臨時擋水圍堰。考慮局部地層存在砂層，圍堰先期施工段施工完成后，對砂層部分采用雙排Φ800@600mm旋噴樁進行止水，樁底位于砂層以下1m。旋噴樁施工完成后，拓寬并加高圍堰至5.0m。圍堰內側坡面設置10cm后C25噴射混凝土防護并設置泄水孔。圍士圖石寬并分層填筑的同時，在圍堰內側基礎位置設置寬4m，厚1m的碎石反濾層，反濾層內側設置PVC排水管接人圍堰內排水溝。

5、臨時圍堰施工監測

為保證圍堰安全，在施工過程中需對圍堰進行監測，及時掌握圍堰所：處狀態，根據監測情況采取相應措施，保證圍堰安全。

參照《城市軌道交通工程監測技術規范》（GB50911-2013）及相關規范，對圍堰頂、圍堰底水平及豎向位移進行監測，監測點水平間距20m，相關控制值詳見下表。

從圍堰2018年2月圍堰施工完成開始監測，到2018年6月底集美島基本吹填完成，選取最大位移點進行分析。

從圍堰水平位移變化曲線可以看出，圍堰頂、圍堰底基本保持協同移動，圍堰呈整體向內移動狀態。

從圍堰水平位移變化趨勢分析，2018年2月到3月，圍堰水平位移變化較小，3～5月位移增長迅速，5月以后基本保持平衡。圍堰位移變化狀態基本與集美島吹填進展相吻合，集美島吹填在2018年2～3月進展緩慢，3～5月吹填速度快，到5月中基本完成吹填。

從圍堰豎向位移變化曲線分析，圍堰整體豎向沉降較小，考慮圍堰自身沉降因素，圍堰豎向位移受集美島吹填影響較小。

從圍堰位移數值分析，圍堰頂、圍堰底最大水平位移與最大豎向位移均未超過20mm，圍堰在吹填施工中安全穩定。

6、結論

通過數值計算、現場施工及監測表明，集美島站臨時圍堰在外界吹填造地施工時，圍堰結構是安全穩定的，在圍堰的保護性，地鐵車站可以正常施工，不受外界吹填工程的干擾。本文通過對集美島站臨時圍堰的分析，希望能對后續吹填造地區域地鐵車站修建提供設計及施工參考。

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