明挖區間側穿既有高壓電塔加固施工及其對電塔基礎影響的模擬分析

邢 民

（廣州地鐵設計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展，地鐵作為軌道交通最為主流的綠色交通模式，對推動城市的建設發展和社會的進步有重大深遠的意義。地鐵工程是建造在地下的重要工程，投入經費高，建造周期較長，施工速度較慢，安全性要求高，建設過程中需要各方面的溝通協調。高壓電塔作為城市輸供電網絡的重要配套基礎設施，在軌道交通線路規劃和設計階段，軌道結構與高壓電塔不可避免地會發生關系，如何有效解決在軟土極差地層下明挖區間側穿高壓電塔的安全控制，是亟待解決的安全技術問題[1-5]。本文提出明挖區間側穿既有高壓電塔加固施工方案，并就開挖施工對電塔基礎的影響進行模擬分析，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號線陳頭崗停車場出入場線明挖區間線路，先沿新滘東路由南向東北敷設穿過東涌和金沙涌，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停車場。出入場線區間長度約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構。明挖區間局部側穿既有220kV高壓電塔，與陳頭崗停車場出入場線明挖隧道側穿段為地面高壓電線，高壓電塔上電線離地高度最小約16m，與出入場線明挖隧道結構凈距最小為4.9m，220kV 高壓鐵塔四樁承臺基礎，承臺長×寬=11m×11m，灌注樁樁長 20m，直徑 1200mm，塔身為直線角鋼塔，塔身呼高約 51m，重約 6t，目前出入場線施工期間高壓電塔處于正常供電狀態。總平面位置關系圖見圖1所示。

圖1 總平面位置關系圖

1.1 工程地質情況

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

1.2 巖土力學參數

陳頭崗出入場線地層巖土參數見表1所示。

表1 地層巖土參數表

2 結構加固施工方案

出入場線區間與高壓電塔相交位置，明挖圍護結構靠近電塔側采用鉆孔灌注樁+旋噴樁支護，遠離側采用地下連續墻。高壓電塔現狀圖見圖2所示。

圖2 明挖區間與高壓電塔平面關系圖

由于現狀高壓電塔基礎4根樁基之間采用4根地梁聯系，整體性相對較弱，考慮對高壓電塔基礎進行加固，在基礎地梁周邊進行植筋，施做一塊整體厚400mm板將4根基礎進行整體連接，提高整體穩定性。

由于明挖區間結構主要處于淤泥層中，明挖基坑在軟弱地層影響范圍內采用寬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間范圍內采用雙排高壓旋噴樁進行帷幕加固，加固深度為21m，加固范圍與高壓電塔平面距離為3m。明挖區間與高壓電塔平面和剖面關系圖見圖3和圖4所示。

圖3 明挖區間與高壓電塔平面關系圖

圖4 明挖區間與高壓電塔剖面關系圖

受高壓電塔及高壓線影響，此范圍基坑支護采用鉆孔灌注樁（地下連續墻）+內支撐形式。地連墻厚度為0.8m，鉆孔樁規格為Φ1000mm@1100，嵌入深度5～15m。受該地區地質淤泥條件影響，部分地下連續墻采用三軸攪拌樁槽壁加固，基坑內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，會根據勘察地質剖面對主要尺寸與方位進行適當的簡化，在模型的左右兩側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。

計算范圍為：x方向邊界橫向長度為100m，y方向邊界縱向長度為55/85m，z方向邊界豎向長度為40m。

根據陳頭崗出入場線詳細勘察階段巖土工程勘察報告，選取陳頭崗出入場線明挖隧道側穿220kV高壓電塔剖面鉆孔提取土層信息并適當簡化，確定數值計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

在模型建立與計算中提出以下假設：

（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；

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

3.2 模型參數選擇

高壓電塔基礎周邊地層的力學性質對控制陳頭崗出入場線明挖隧道施工過程中電塔基礎結構的受力和變形起著關鍵作用，為此，進行三維模擬分析計算時須充分結合本工程的地層分布特點，合理選取計算參數（表1）。三維模型關系圖見圖6所示。

圖6 三維模型關系圖

3.3 模擬結果

根據實際基坑加固處理和開挖時序，分步工況分析基坑開挖對高壓電塔基礎的影響，高壓電塔基礎最大位移、最大軸力和彎矩圖分別見圖7、圖8所示。

3.4 模擬結果分析

明挖區間施工誘發220kV高壓電塔樁基結構的最大沉降為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 高壓電塔基礎最大位移

圖8 高壓電塔基礎最大軸力和彎矩圖

明挖區間施工造成220kV高壓電塔樁基的受力狀態發生一定程度的變化，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 結束語

本文綜合分析陳頭崗出入場線明挖區間結構場地的工程地質資料，依據設計加固方案以及對開展的三維數值模擬計算結果分析表明，擬建的明挖區間施工不危及緊鄰220kV高壓電塔基礎結構安全，沉降變形均滿足相關規范要求。

根據施工完成后現場監測數據，本次三維模擬數值與現場高壓電塔基礎數據變化數值基本相符，該工程的加固處理措施有效。