广州盾构电力隧道工作井围护结构施工数值分析

邓丽文

(广州电力工程监理有限公司，广东广州 510000)

1 工程简介

1.1 工程概况

广州市220 kV航云输变电电力隧道工程位于白云区白云新城，东临白云大道，西靠机场路，南接广园路，北为黄石路。该工程第二标段起始于云城西路与云城中二路交叉口的北1号工作井，终止于黄石东路与江景路交叉口的北5号工作井，全长2 536 m。区间隧道采用盾构法施工，其中北3号工作井长12 m，宽9.7 m，开挖深度约16 m，由于其周边管线密布，环境复杂，是工程施工重点和难点。

1.2 工程地质及水文条件

据相关区域地质资料及勘探深度范围所揭露的地层，本标段地层自上而下依次为第四系人工堆积层(Qml);第四系冲洪积层(Qal+pl);第四系残积层(Qel);下伏基岩为二迭系粉砂岩、页岩、炭质灰岩及石炭系灰岩等。本标段线路区间的不良地质主要为岩溶。根据勘探本标段共揭露溶洞15个，土洞2个。岩溶基本都为充填溶洞，充填物为软塑～可塑状粉质粘土。部分钻孔溶洞呈串珠状发育。溶洞顶面埋深 12.50 m ～27.50 m，标高 －13.90 m ～1.42 m，洞高0.40 m～21.20 m(串珠状发育)，均在隧道底板以下。本工程隧道地下水主要有三种基本类型，分别为松散岩类孔隙水、碳酸盐类裂隙溶洞水和碎屑岩类裂隙水。

图1 北3号工作井第一道支撑平面图

图2 北3号工作井支撑横剖图

2 围护结构施工方案

2.1 围护结构形式

北段3号工作井基坑采用“地下连续墙+内支撑”的围护结构，连续墙厚度为800 mm，墙深为21.2 m，基坑共设三道支撑，其中第一道为600×600钢筋混凝土支撑，第二道为600×800钢筋混凝土支撑，第三道支撑为φ600(t=12)钢支撑。其第一道支撑平面图及剖面图见图1，图2。

2.2 主要施工方法及工艺

2.2.1 连续墙施工工艺

连续墙成槽施工时跳幅成槽，导墙采用挖掘机开挖人工配合、分段施工，每段长度约12 m～40 m，钢筋现场加工绑扎，模板采用大钢模，混凝土采用商品混凝土分层捣固密实。导墙施工缝与连续墙的分段接头错开至少0.5 m以上。成墙施工工艺流程见图3。

图3 地下连续墙施工工艺流程图

2.2.2 土方开挖及支护

基坑土方按“竖向分层、逐层开挖、逐层支护”的方式进行施工。配备1台PC200反铲挖掘机和1台长臂挖机配合开挖，每层开挖到支撑下500 mm后停止开挖，及时浇筑混凝土支撑或架设钢管支撑并施加预加力后再进行下一层的开挖，钢管支撑架设采用人工配合汽车吊进行机械挖至距离基底200 mm～300 mm时，采用人工开挖至基底，并及时施作底板。

3 数值分析

3.1 计算模型说明

采用MIDAS进行二维数值计算分析，计算范围顶部取到地面，底部为3倍的基坑深度，横向取基坑深度的5倍。地层由上向下分别为:素填土、中粗砂、粉质粘土。土层及围护结构计算参数如表1所示。整个模型采用实体单元建模，土层采用摩尔—库仑模型，连续墙采用弹性体模型，混凝土(钢)支撑为梁单元，按照施工方案所确定的施工步骤进行施工阶段模拟，对开挖支护进行模拟。有限元计算模型见图4。

表1 土层及围护结构计算参数表

图4 有限元计算模型

3.2 计算结果分析

3.2.1 基坑土体变形分析

图5 土体竖向位移图

图6 土体水平位移图

如图5，图6所示，基坑土体竖向累计位移最大值出现在基底，最大值约为9 mm;水平累计位移最大值出现在第二道与第三道支撑之间，距离基底1/3倍～1/2倍的基坑深度范围内，水平位移均较大，最大值约为6.5 mm;根据计算过程分析，基坑土体变形是随着开挖深度的增加，逐渐加大，挖至基底，变形达到最大;从累计位移来看，基坑整体变形未超出控制值，处于安全状态。

3.2.2 地下连续墙变形分析

如图7所示，地下连续墙的最大水平位移为6.36 mm，出现在第三道支撑的位置，施工中需采取措施确保围护结构的安全，可以通过及时架设支撑、施加适当预加轴力来达到这一目的。

图7 地下连续墙水平位移图

4 信息化施工

施工过程中，对基坑支护结构及基坑周边的土体和相邻的构筑物、管线进行全面、系统的监测，能对基坑工程的安全性和对周围环境的影响程度有全面的了解，在出现异常情况时及时反馈，并指导相关参加单位采取必要的工程应急措施，甚至调整施工工艺或修改设计参数，以确保工程的顺利进行。同时将现场测量结果用于信息化反馈优化设计，使设计达到优质安全、经济合理、施工快捷的目的。

5 结语

通过对广州市220 kV航云输变电电力隧道工程工作井围护结构施工方案数值分析，得出以下结论:

1)工作井基坑开挖具有明显的时空效应，基坑土体及围护结构变形是随着开挖深度的增加，逐渐加大，挖至基底，变形达到最大;竖向及水平最大变形值分别出现在基底、第二道与第三道之间。

2)数值计算结果显示，基坑及围护结构整体处于安全可控范围之内，同时施工中应加强对关键部位的监控，采取必要的措施确保施工的安全。

3)信息化施工是优化施工的一种重要技术手段，在工作井基坑支护施工过程中信息化施工应该贯穿整个过程，做到“边施工、边监测、边优化”。

［1］韩云乔，陶茂之.南京地区深基坑开挖变形的探讨［J］.建筑结构，1996(4):20-24.

［2］李永盛.博物馆基坑围护结构的受力与变形［J］.岩土工程学报，1996(3):55-61.

［3］谭跃虎.软土深基坑支护结构与土相互作用研究［D］.南京:工程兵工程学院博士学位论文，2008.

［4］GJB 02-98，广州地区建筑基坑支护技术规范［S］.

［5］JGJ 120-99，建筑基坑支护技术规范［S］.

［6］Boiton M.D.Behavior of diaphragm walls in clay prior to collapse［J］.Geotechnique，1998，138(2):41-42.