淤泥地层区间基坑开挖对邻近风险源的影响研究.docxVIP

1工程概况

1.1地质概况

项目区间所处地质单元拟属冲海积平原地貌单元，第四系覆盖层厚度相对较厚，约为55~60?m，主要为表层人工填土层，浅部冲海积的砂质粉土、粉砂，中部为海积的淤泥质土、冲湖积粘性土层。典型地层岩芯情况如图1所示。

图1淤泥质粉质粘土典型岩芯

淤泥质粉质粘土为本场地主要软弱层，具有厚度大、天然含水量不小于液限、天然孔隙比不小于1.0、压缩性高、强度低、灵敏度高、透水性低等特点，属高压缩性土，易产生不均匀沉降和过度沉降等特点。大面积厚层软土分布会给地下工程建设带来一系列岩土工程问题，由于软土广泛分布，有引发地面沉降、隧道漏水、渗水的风险。场地内土层相关参数见表1。

表1场地内土层相关参数

1.2?周边风险概况

区间明挖段里程为K2+289.040~K2+600.000。主要包括区间由地下转为地上的爬坡过渡段，结构坡度为6?%，爬坡段采用U形结构，基坑深度0.5~13.0?m，总长度约236?m。另外，还包括两个顶管始发及接收的工作井，工作井尺寸为13.0?m×16.5?m、深度约14.5?m。工作井之间区间采用顶管发施工，顶管长度约62?m。

工程周边环境风险数量较多，距离较近，风险等级均为I~II级，且周边建筑基础形式多样，抵抗变形能力不一。明挖区间周边风险源主要信息见表2。

表2明挖区间周边风险源信息

2施工及加固措施

2.1基坑方案

软弱土地层中的基坑具有变形大、发生快、易失稳、易隆起的特点。因此，基坑方案应采取强围护、强支护、多支撑，充分利用时空效应，分区分段施工。

整个明挖区段基坑深度为0~14.5?m，因此应根据基坑深度的不同对基坑方案进行适当调整。

（1）根据施工场地条件及周边环境因素，若基坑深度小于2?m，采用放坡法施工，坡度为1∶1.5。坡面挂网喷混，喷混厚度为200?mm。

（2）若基坑深度为2~6?m，采用TRD水泥土墙内插型钢，插入比约为1.8。TRD具有适用土层广（尤其是软土地层）、隔水性强、整体性好、土体加固效果均匀、加固强度易于保证的特点，在富水软土地区应用较多。

（3）若基坑深度大于6?m，采用地下连续墙，墙厚800?mm，插入比约为2，距离机场隧道盾构管片不小于2?m。地下连续墙具有抗弯能力强、隔水性和整体稳定性好，几乎适用于各种不良条件下的基坑。

（4）支撑选择采用首道混凝土撑+其他钢支撑的方案。

2.2?加固措施

明挖区间基坑部分范围内上跨既有机场隧道，此区域内的土体控制变形要求较高，而软弱土层又易受到扰动，因此，基坑加固方式根据地层控制的要求不同而采用全方位高压旋喷注浆法（MJS加固法）与三轴搅拌桩加固法。

全方位高压旋喷注浆法（MJS）是在高压喷射注浆法的基础上发展而来，其特有的孔内强制排浆技术与地压监测系统，大幅减少了注浆压力过高造成的挤土效应，对周边环境影响较小。

三轴搅拌桩被广泛应用于各种地质条件下的地基加固领域，具有施工效率高、桩身均匀性好、桩体强度高等特点。基坑围护及加固方案如图2、图3所示。

图2开挖深度不小于6m基坑方案示意

图32?m不大于开挖深度小于6?m基坑方案示意

3数值模拟分析

3.1计算模型

按力学分析结果，模型横向边界到结构的边界的距离应大于3~5倍的结构尺寸，模型下边界到基坑开挖底部的距离应大于3倍的基坑开挖深度，上部边界为地表。因此取模型的尺寸为470?m×200?m×80?m。在模型中，土体从地表往下分成10层，采用六面体、四面体混合单元模拟。

模型划分了99?243个单元，共计39?941个节点。地表取为自由边界，其他5个面均约束其法向变形。整体模型如图4所示。

图4模型示意

计算中采用不同本构模型模拟不同的材料，对于混凝土材料采用线弹性模型，而各层原状土体采用修正莫尔－库仑模型。对车站墙、板结构以及围护结构采用二维板单元模拟，对梁、柱等构件采用一维梁单元模拟。主体结构和围护结构与周围土体采用固接方式连接。

3.2施工步序

不同开挖、模型加卸载方式产生不同的变形结果。本工程涉及的风险源较多，基坑规模较大，步骤较烦琐，根据周边环境风险源与本工程的建设时序，其重要的施工步序包括高架桥、市政桥、抗浮筏板、居民楼的施作、初始地应力平衡、区间风井及其C通道、机场隧道的施作、地基加固、基坑开挖及支撑拆除、顶管施工等。

3.3结果分析

（1）围护结构变形。明挖段围护结构变形最大值为7.9?mm，发生在明挖段回填覆土后，由于明挖段大部分采用U形结构，且基坑深度较浅，在基坑开挖及支撑拆除阶段，其首道混凝土支撑对结构提供稳定的支撑点，因此在开挖及拆撑阶段，其变形最大值较小，且基本发生在支点跨中范围，当首道撑拆除后，将U形结构侧墙作为悬臂段，其最大位移发生在悬臂处。其变形云图如图5所示。

图5?明挖段围护结构变形云图（最不利工