港珠澳大橋珠海連接線拱北隧道信息化監(jiān)測分析

羅興虎

(中鐵十八局集團(tuán)有限公司，天津300222)

港珠澳大橋珠海連接線拱北隧道信息化監(jiān)測分析

羅興虎

(中鐵十八局集團(tuán)有限公司，天津300222)

港珠澳大橋連接線拱北隧道陸域明挖段全長1 229.895 m，寬度20.7～32.6 m，深度26.7～1.9 m，為典型的狹長且深度差異大的基坑工程。針對基坑及周邊環(huán)境特點(diǎn)，隨著基坑深度的增加，依次采用拉森Ⅳ型鋼板樁、SMW密插樁、600～1 200 mm地下連續(xù)墻等圍護(hù)結(jié)構(gòu)。通過對陸域明挖段典型斷面監(jiān)測資料進(jìn)行分析，得出了基坑施工對圍護(hù)結(jié)構(gòu)及周邊環(huán)境的影響形式。監(jiān)測結(jié)果表明，采用信息化施工的監(jiān)測手段，能夠及時(shí)解決發(fā)現(xiàn)的險(xiǎn)情，確保基坑工程的安全。

拱北隧道 狹長基坑 信息化施工

1 工程概況

港珠澳大橋珠海連接線(以下簡稱連接線)工程是港珠澳大橋的重要組成部分，全長13.432 km，雙向六車道，設(shè)計(jì)時(shí)速80 km/h，位于珠海市香洲區(qū)，毗鄰澳門。該工程起點(diǎn)位于拱北灣海域珠澳人工島，經(jīng)拱北灣特大橋連接珠海人工島，先島后隧，終點(diǎn)與西部沿海高速公路月環(huán)至南屏支線延長線接駁，線路總體呈近東向西的“S”形波狀展布［1-2］。

連接線工程由拱北灣特大橋(YK0+000—YK0+ 950.396，長約950 m)、珠海連接線人工島(YK0+ 040.735—YK2+245.530，長約2 204.795 m，寬70 m，海域面積9.27萬m2)和拱北隧道(YK1+149.696—YK3+890，長2 740.304 m，其中海域明挖段1 225.204 m，口岸暗挖段285.205 m(包括暗挖255 m，東、西側(cè)工作井共30.2 m)，陸域明挖段1 229.895 m)組成。目前在建的陸域明挖段起訖樁號為YK2+660.105—YK3+890.000，總長1 229.895 m，寬度20.7～32.6 m，深度20.7～1.9 m，是典型的狹長且深度差異大的基坑工程。陸域明挖段主體結(jié)構(gòu)共分56個(gè)施工節(jié)段，其中敞開段14個(gè)節(jié)段，明挖暗埋段42個(gè)節(jié)段，節(jié)段長度約為22 m。其平面示意圖見圖1。隧道周邊環(huán)境復(fù)雜、敏感建筑物密集，主要分布有鴨涌河、粵海國際花園、廣珠輕軌拱北站、國防公路等重要建筑物［1］。

圖1 陸域明挖段基坑平面示意(深度單位:m)

2 工程地質(zhì)條件

隧道場區(qū)處于侵蝕堆積地貌單元，兼有陸緣淺海、河流、濱海沖積平原三種微地貌單元。陸域明挖段主要處于濱海沖積平原地帶，穿越鴨涌河及軍事區(qū)，鴨涌河為澳粵兩地界［1-2］。根據(jù)地勘報(bào)告［3］，地層自上而下依次為③1淤泥、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土;③2層粉質(zhì)黏土、粉土;④3淤泥質(zhì)粉土;⑤2層細(xì)砂、中砂、粗砂、礫砂;⑥2細(xì)砂、粗砂、礫砂。場區(qū)內(nèi)地表水主要是海水，地下水主要賦存于③1灰黑色淤泥層中，其次為③2、④3黏性土或黏性土夾砂及更新統(tǒng)殘積層等土層和基巖裂隙中。砂類土特別是相對松散的粗粒類砂土為強(qiáng)透水層，淤泥或淤泥質(zhì)土、黏性土、殘積土為相對弱透水層。

3 基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方案

結(jié)合基坑工程的地質(zhì)及周邊環(huán)境條件，本基坑采用板式支護(hù)體系結(jié)合坑內(nèi)水平支撐的圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式。本著安全與經(jīng)濟(jì)的原則，根據(jù)不同的基坑設(shè)計(jì)深度，采取不同強(qiáng)度的支護(hù)體系與之匹配，對本工程分別采用600～1 200 mm厚地下連續(xù)墻、φ850@600SMW樁、拉森鋼板樁等圍護(hù)結(jié)構(gòu)，具體見圖1。根據(jù)基坑深度、基坑周邊環(huán)境及前述基坑等級劃分標(biāo)準(zhǔn)，陸域段基坑側(cè)壁安全等級分別為一級、二級、三級。

4 基坑監(jiān)測

4.1 監(jiān)測內(nèi)容

拱北隧道土層力學(xué)性質(zhì)較差，極易發(fā)生涌水、流砂、坍塌等事故，具有很大的風(fēng)險(xiǎn)性。依據(jù)有關(guān)規(guī)范［4-6］并且結(jié)合基坑的工程特點(diǎn)，確定監(jiān)測以下三類內(nèi)容［7-9］。

1)位移類。主要包括圍護(hù)樁(墻)頂水平和豎向位移、圍護(hù)結(jié)構(gòu)深層水平位移(測斜)、立柱豎向位移、坑底回彈、周邊地表豎向位移、周邊建筑物水平及豎向位移、周邊管線水平及豎向位移。

2)應(yīng)力壓力類。主要包括圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力、支撐軸力、冠梁及圍檁混凝土內(nèi)力、立柱內(nèi)力、孔隙水壓力、側(cè)向土壓力。

3)其他。另外還包括地下水位及坑外地表裂縫等。

4.2 測點(diǎn)布設(shè)

選擇一些有代表性的斷面作為監(jiān)測斷面，根據(jù)監(jiān)測要求在斷面上布設(shè)以下監(jiān)測點(diǎn):冠梁及圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力測點(diǎn)、支撐軸力測點(diǎn)、墻頂水平和豎向位移測點(diǎn)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移測點(diǎn)、坑外水位測點(diǎn)、基坑周圍地表豎向位移測點(diǎn)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)向土壓力測點(diǎn)、基坑空隙水壓力測點(diǎn)、坑底回彈點(diǎn)、基坑外土體深層側(cè)向變形、立柱內(nèi)力測點(diǎn)和立柱豎向位移觀測點(diǎn)。

5 實(shí)測數(shù)據(jù)分析

5.1 基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移

圖2為陸域明挖段LJD11節(jié)圍護(hù)結(jié)構(gòu)深層水平位移曲線。從圖中可以看出，測斜曲線呈大肚狀，隨著開挖深度的增加，墻體變形逐漸增大。施工至第2道鋼支撐時(shí)，變形相對較小，第3道鋼支撐、第5道鋼支撐由于架設(shè)不及時(shí)，產(chǎn)生2次強(qiáng)變形，在第5道支撐及底板澆筑完成后，變形達(dá)到峰值，滯后趨于穩(wěn)定，最大變形量為46.43 mm，在19 m深處。

圖2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)深層水平位移曲線

5.2 基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)豎向位移

圖3為陸域明挖段LJD11節(jié)圍護(hù)樁頂豎向位移累計(jì)變化曲線。從圖中可以看出，當(dāng)施工地層為淤泥及淤泥質(zhì)黏土，即基坑開挖至第2道支撐及第3道支撐過程中，圍護(hù)樁呈現(xiàn)一定的隆起，支撐架設(shè)完成后短時(shí)間趨于穩(wěn)定。當(dāng)基坑開挖至粉土、細(xì)砂、中砂時(shí)，圍護(hù)樁頂豎向位移呈持續(xù)下降狀態(tài)，在底板澆筑完成后數(shù)據(jù)趨于穩(wěn)定，累計(jì)沉降約-15～-25 mm。

圖3 圍護(hù)樁頂豎向位移累計(jì)變化曲線

圖4 為陸域明挖段LJD13節(jié)典型斷面立柱隆起曲線。從圖中可以看出，開挖過程中，立柱一直呈現(xiàn)上升趨勢，第3道支撐由于架設(shè)不及時(shí)，呈現(xiàn)一個(gè)強(qiáng)變形期，支撐架設(shè)完成后趨于穩(wěn)定，在底板澆筑完成后達(dá)到最大值，最大隆起約30 mm。

圖4 典型斷面立柱隆起曲線

5.3支撐軸力

典型斷面支撐軸力變化曲線如圖5所示。從圖中可以看出，當(dāng)基坑開挖至第2道支撐時(shí)，支撐軸力增大，第3道支撐架設(shè)后，第2道支撐軸力發(fā)生適當(dāng)調(diào)整。隨著基坑深度增加，支撐軸力呈持續(xù)上升趨勢，直至底板澆筑完成后數(shù)據(jù)趨于穩(wěn)定。

圖5 典型斷面支撐軸力變化曲線

5.4 基坑開挖對周邊環(huán)境影響

2014年5月12日LJD11結(jié)構(gòu)段南側(cè)深約19 m處出現(xiàn)漏水現(xiàn)象，造成該位置上方地表產(chǎn)生較大幅度沉降，當(dāng)日沉降值為-47.02～-63.30 mm。2014年5月17日上午對漏水位置上方進(jìn)行注漿加固，加固后地表沉降逐漸趨于穩(wěn)定。

粵海國際花園為基坑附近一大型居民小區(qū)，小區(qū)內(nèi)建筑結(jié)構(gòu)形式主要為框架剪力墻結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)形式為樁基，最近一棟居民樓距拱北隧道陸域段約30 m。在該建筑物上共布設(shè)15個(gè)觀測點(diǎn)，測點(diǎn)布設(shè)見圖6。受基坑施工影響，周邊建筑物沉降變形曲線可以分為三個(gè)階段:圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工引起的沉降，開挖引起的沉降和后期沉降。圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工引起的沉降約2～3 mm，約占總沉降量的30%;開挖引起的沉降約4～6 mm，約占60%;后期沉降約1～2 mm，約占10%。

圖6 粵海國際花園雅苑建筑物沉降測點(diǎn)布設(shè)示意

6 結(jié)論

通過對港珠澳大橋接線段拱北隧道典型節(jié)段進(jìn)行的監(jiān)測，得出以下結(jié)論:

1)地下連續(xù)墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工引起的深層水平位移曲線呈大肚狀，隨著開挖深度的增加，墻體變形逐漸增大，至底板澆筑完成后，變形值達(dá)到頂峰46.43 mm。

2)當(dāng)基坑開挖至淤泥及淤泥質(zhì)黏土地層時(shí)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)豎向呈現(xiàn)一定的隆起，支撐架設(shè)完成后短時(shí)間趨于穩(wěn)定;當(dāng)基坑開挖至粉土、細(xì)砂、中砂時(shí)，圍護(hù)樁頂豎向位移呈持續(xù)下降狀態(tài)，在底板澆筑完成后數(shù)據(jù)趨于穩(wěn)定，最大值為-15～-25 mm。在開挖過程中，立柱呈現(xiàn)上升趨勢，支撐架設(shè)完成后趨于穩(wěn)定，在底板澆筑完成后達(dá)到最大值，最大隆起約30 mm。

3)隨著基坑深度增加，支撐軸力呈持續(xù)上升趨勢，直至底板澆筑完成后數(shù)據(jù)趨于穩(wěn)定。

4)基坑滲漏水會(huì)導(dǎo)致周邊地表呈大面積沉降，基坑施工對周邊建筑物變形影響可分為三個(gè)階段:圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工引起沉降、開挖引起沉降和后期沉降，其中開挖引起的沉降占總沉降量的60%左右。

［1］中交第二公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司.港珠澳大橋接線工程兩階段初步設(shè)計(jì)［R］.武漢:中交第二勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，2011.

［2］何小龍，程勇，郭小紅，等.港珠澳大橋連接線工程拱北隧道設(shè)計(jì)［J］.土工基礎(chǔ)，2013，27(1):21-24，40.

［3］中交第二公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司.港珠澳大橋接線工程地質(zhì)勘察報(bào)告(兩階段初步設(shè)計(jì))［R］.武漢:中交第二勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，2011.

［4］廣東省建設(shè)委員會(huì).DBJ/T15-20—97廣東省建筑基坑支護(hù)工程技術(shù)規(guī)程［S］.廣州:廣東省工程標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)，1998.

［5］中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.JGJ 120—2012建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程［S］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2012.

［6］中華人民共和國建設(shè)部.JGJ 8—2007建筑變形測量規(guī)程［S］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2007.

［7］羅興虎.港珠澳大橋珠海連接線拱北隧道曲線管幕頂管測量和軌跡控制技術(shù)［J］.鐵道建筑，2015(4):55-58.

［8］吳延平，王軍.淺埋暗挖法人行過街通道信息化施工技術(shù)研究［J］.鐵道建筑，2011(11):59-61.

［9］武圓月，龔潔英.北京地鐵10號線草橋站至紀(jì)家廟站區(qū)間盾構(gòu)隧道施工監(jiān)測與分析［J］.鐵道建筑，2013(9):34-38.

(責(zé)任審編趙其文)

U445.45

A

10.3969/j.issn.1003-1995.2015.05.22

1003-1995(2015)05-0086-03

2014-09-15;

2015-03-19

羅興虎(1972—)，男，甘肅武威人，高級工程師。