大体积现浇泡沫混凝土换填运营地铁覆土技术研究

摘要：对天津西站南广场换填工程进行研究，介绍了该工程实施过程中遇到的运营地铁上大面积覆土开挖、近接施工、特殊情况下降水等难点，并给出相应的解决措施。提出了“平衡性”动态降水的理念。实践表明，本工程取得了很好的工程效果及经济效益。

Abstract: The exchange filling project of TianJin West Station is studied. The engineering difficulties of large area excavation, adjacent construction, dewatering with special situation are discussed, corresponding engineering measures are also presented. The balanced dynamic dewatering method concept is proposed. Engineering practice shows that, this project gets good engineering effect and economic benefit.

关键字：泡沫混凝土换填 降水

Key words: foamed concrete; exchange filling; dewatering

中图分类号 : TU377文献标识码： A 文章编号：

1工程概况及地质条件

1.1 工程概况

天津西站交通枢纽工程位于滨海城市--天津市中心城区西北部（红桥区），紧临海河和子牙河，是京沪高铁国家重点工程的重要组成部分，同时也是海河经济发展带上游起点，是天津市规划的重要交通枢纽工程。

南广场公交车场总用地面积约12000m2，场地占压地铁1 号线天津西站站，包含2004 年新建箱体结构和局部上世纪七、八十年代建设的老箱体结构。现状地面标高为大沽高程+2.02m～2.63m，规划地面标高为大沽高程+4.5m 左右，地铁车站上方需增加覆土2～2.5m，增加荷载近50kN/m。

为满足地铁1号线箱体结构顶板压弯裂缝宽度及顶板抗压强度要求，需对地基进行了轻型材料换填处理。

本工程地铁一号线西站采用现浇泡沫混凝土进行换填，换填断面如图1所示。

本工程设计及施建的主导思想是“保证地铁箱体结构隧道及地铁运营安全”，此类工程在天津市乃至国内的市政基础设施建设中尚属首例，可以借鉴的经验非常少。

图1换填剖面图

1.2工程地质及水文地质

该场地位于天津市红桥区，子牙河与南运河之间，属冲积平原，地形平坦。地层主要为第四系全新统人工填土层（Qml），新近沉积层（Q43Nal），第Ⅰ陆相层（Q43al），第Ⅰ海相层（Q42m），第Ⅱ陆相层（Q41al），第Ⅲ陆相层（Q3eal），第Ⅱ海相层（Q3dm），第Ⅳ陆相层（Q3cal）。土性以杂填土、粉质粘土、粉土、粉砂为主，属软弱~中硬土，建筑场地类别为III类，属于建筑抗震不利地段。

场地内地下水类型为潜水和微承压水。潜水层含水厚度为7.80～8.90m；微承压含水层主要为粉土层（⑥）和粉砂层（⑦2）。⑥1粉土、粉砂层含水层厚度为4.00～6.50m，⑥3粉土、粉砂层含水层厚度为1.20～3.50m，⑦2粉砂层微承压含水层厚度为1.50～4.50m。

2工程难点分析

2.1特殊工况下降水施工

地铁近接施工这一特性使得本工程降水施工具有特殊性。水文地质资料表明，滨海地区地下水丰富、水位高程大，且水层渗流水力联系密切，这些对于降水安全、基坑安全，乃至地铁结构安全都是极为不利的。

2.2地铁上部大体积覆土开挖施工

地铁1号线包含2004年新建结构及七、八十年代老箱体部分，未进行结构抗浮方面的设计。泡沫混凝土换填工程首先需将原状覆土挖除，开挖过程中，地铁结构顶板土压力逐渐卸载，直至消除。本工程基坑放坡开挖范围约8800m2，实体换填范围为8180m2，其余部分为放坡退挖需回填部位。开挖范围全部位于既有天津地铁1#线西站站结构箱体上部，如图2所示。

图2放坡开挖平面布置图图

如此程度的在运营中地铁结构上部的施工活动，使得工程实施的每一个阶段都有可能对地铁箱体结构造成扰动影响。

2.3大体积现浇泡沫混凝土换填施工

现浇泡沫混凝土是一种多孔轻质材料，表征其材料特性的有湿密度、泡沫密度、流值、抗压强度、干密度等项目。它的突出特点就是在混凝土内形成泡沫孔，使混凝土轻质化和保温隔热化。

但现浇泡沫混凝土施工时当总换填高度超过1m厚时，需分层施工。

本工程现浇泡沫混凝土工程量约为17000m3。依据现浇泡沫混凝土的材料特性：施工时当总换填高度超过1m厚时，需分层施工。而本工程局部区域设计填筑最大高度为3.65m，需采用多次分层浇筑施工。

3应对方案

3.1 特殊情况下降水

根据天津西站降水经验进行反算，由于地下水引起1cm沉降，地下水位需要降低10m左右，因此根据模型进行反复验算，需要在第⑥层微承压含水层布置降水井。降水井平面布置如图3所示。

图3降水井平面布置图图

由于本项目的难点以及地质情况复杂，为避免过早扰动第⑥层微承压含水层，因此在降水设计上分两步走。第一步，设计10口浅层降水井，其中2口备用井，井深为15m。第二步，设计10口深层降水井，其中2口备用井，井深30m。从而最大程度上满足对本区域的既有1号线结构的隆起控制，又能减少非控制区域的沉降过大问题。

3.2地铁上部大体积覆土开挖

基坑开挖方式多种多样，但无论何种开挖方式，都要遵循“时空效应”，以实现“安全、优质、高效”的目标，为基坑工程增稳增利。

由于西站重点工程的特性，工期、质量要求非常严格，为实现换填工程又快又好的完成，以确保地面配套工程的实施，通过合理配置，优化方案，采取“抽条开挖”结合“同步抽条”的方式，即依据抽条开挖方案，抽条开挖位置同步实施，减少堆载材料的倒运，为土方开挖施工缩减工期，开挖换填平面图如图4所示。

图41#线换填开挖平面图

3.3大体积现浇泡沫混凝土换填

本工程现浇泡沫混凝土工程量约为17000m3。工程局部区域设计填筑最大高度为3.65m，需采用多次分层浇筑施工。并且基坑开挖带工作面的不统一，需进行分块、分段、分层相结合的方式进行现浇泡沫混凝土浇筑施工。

3.4“平衡性”动态降水施工技术

降水施工在加固基坑内和坑底下的土体，提高坑内土体抗力，保持坑内干燥的同时，也会引起非控制区域的地表沉降及对非控制的构筑物产生不利影响。

但本工程将不利化为有利，将本工程的降水施工扩展为“平衡性”，即：通过降低微承压含水层水位，使地铁箱体结构形成沉降趋势，并使得这种主动效应沉降与地铁覆土开挖卸载、大型机械扰动等影响对地铁箱体结构造成的上浮形成关联平衡，找到两者之间的平衡点。

4工程实测及分析

4.1监测项目

为控制箱体隆起变形在允许范围内，确保地铁1号线的运营安全。确定箱体内主要监测：结构及轨道隆沉、结构位移和裂缝观测。地铁1号线监测布点情况见图6。

表1监测项目表

监测对象 监测项目 监测仪器