港珠澳大桥珠海连接线拱北隧道信息化监测分析

罗兴虎

(中铁十八局集团有限公司，天津300222)

港珠澳大桥珠海连接线拱北隧道信息化监测分析

罗兴虎

(中铁十八局集团有限公司，天津300222)

港珠澳大桥连接线拱北隧道陆域明挖段全长1 229.895 m，宽度20.7～32.6 m，深度26.7～1.9 m，为典型的狭长且深度差异大的基坑工程。针对基坑及周边环境特点，随着基坑深度的增加，依次采用拉森Ⅳ型钢板桩、SMW密插桩、600～1 200 mm地下连续墙等围护结构。通过对陆域明挖段典型断面监测资料进行分析，得出了基坑施工对围护结构及周边环境的影响形式。监测结果表明，采用信息化施工的监测手段，能够及时解决发现的险情，确保基坑工程的安全。

拱北隧道 狭长基坑 信息化施工

1 工程概况

港珠澳大桥珠海连接线(以下简称连接线)工程是港珠澳大桥的重要组成部分，全长13.432 km，双向六车道，设计时速80 km/h，位于珠海市香洲区，毗邻澳门。该工程起点位于拱北湾海域珠澳人工岛，经拱北湾特大桥连接珠海人工岛，先岛后隧，终点与西部沿海高速公路月环至南屏支线延长线接驳，线路总体呈近东向西的“S”形波状展布［1-2］。

连接线工程由拱北湾特大桥(YK0+000—YK0+ 950.396，长约950 m)、珠海连接线人工岛(YK0+ 040.735—YK2+245.530，长约2 204.795 m，宽70 m，海域面积9.27万m2)和拱北隧道(YK1+149.696—YK3+890，长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，东、西侧工作井共30.2 m)，陆域明挖段1 229.895 m)组成。目前在建的陆域明挖段起讫桩号为YK2+660.105—YK3+890.000，总长1 229.895 m，宽度20.7～32.6 m，深度20.7～1.9 m，是典型的狭长且深度差异大的基坑工程。陆域明挖段主体结构共分56个施工节段，其中敞开段14个节段，明挖暗埋段42个节段，节段长度约为22 m。其平面示意图见图1。隧道周边环境复杂、敏感建筑物密集，主要分布有鸭涌河、粤海国际花园、广珠轻轨拱北站、国防公路等重要建筑物［1］。

图1 陆域明挖段基坑平面示意(深度单位:m)

2 工程地质条件

隧道场区处于侵蚀堆积地貌单元，兼有陆缘浅海、河流、滨海冲积平原三种微地貌单元。陆域明挖段主要处于滨海冲积平原地带，穿越鸭涌河及军事区，鸭涌河为澳粤两地界［1-2］。根据地勘报告［3］，地层自上而下依次为③1淤泥、淤泥质粉质黏土;③2层粉质黏土、粉土;④3淤泥质粉土;⑤2层细砂、中砂、粗砂、砾砂;⑥2细砂、粗砂、砾砂。场区内地表水主要是海水，地下水主要赋存于③1灰黑色淤泥层中，其次为③2、④3黏性土或黏性土夹砂及更新统残积层等土层和基岩裂隙中。砂类土特别是相对松散的粗粒类砂土为强透水层，淤泥或淤泥质土、黏性土、残积土为相对弱透水层。

3 基坑支护设计方案

结合基坑工程的地质及周边环境条件，本基坑采用板式支护体系结合坑内水平支撑的围护结构形式。本着安全与经济的原则，根据不同的基坑设计深度，采取不同强度的支护体系与之匹配，对本工程分别采用600～1 200 mm厚地下连续墙、φ850@600SMW桩、拉森钢板桩等围护结构，具体见图1。根据基坑深度、基坑周边环境及前述基坑等级划分标准，陆域段基坑侧壁安全等级分别为一级、二级、三级。

4 基坑监测

4.1 监测内容

拱北隧道土层力学性质较差，极易发生涌水、流砂、坍塌等事故，具有很大的风险性。依据有关规范［4-6］并且结合基坑的工程特点，确定监测以下三类内容［7-9］。

1)位移类。主要包括围护桩(墙)顶水平和竖向位移、围护结构深层水平位移(测斜)、立柱竖向位移、坑底回弹、周边地表竖向位移、周边建筑物水平及竖向位移、周边管线水平及竖向位移。

2)应力压力类。主要包括围护结构内力、支撑轴力、冠梁及围檩混凝土内力、立柱内力、孔隙水压力、侧向土压力。

3)其他。另外还包括地下水位及坑外地表裂缝等。

4.2 测点布设

选择一些有代表性的断面作为监测断面，根据监测要求在断面上布设以下监测点:冠梁及围护结构内力测点、支撑轴力测点、墙顶水平和竖向位移测点、围护结构水平位移测点、坑外水位测点、基坑周围地表竖向位移测点、围护结构侧向土压力测点、基坑空隙水压力测点、坑底回弹点、基坑外土体深层侧向变形、立柱内力测点和立柱竖向位移观测点。

5 实测数据分析

5.1 基坑围护结构水平位移

图2为陆域明挖段LJD11节围护结构深层水平位移曲线。从图中可以看出，测斜曲线呈大肚状，随着开挖深度的增加，墙体变形逐渐增大。施工至第2道钢支撑时，变形相对较小，第3道钢支撑、第5道钢支撑由于架设不及时，产生2次强变形，在第5道支撑及底板浇筑完成后，变形达到峰值，滞后趋于稳定，最大变形量为46.43 mm，在19 m深处。

图2 围护结构深层水平位移曲线

5.2 基坑围护结构竖向位移

图3为陆域明挖段LJD11节围护桩顶竖向位移累计变化曲线。从图中可以看出，当施工地层为淤泥及淤泥质黏土，即基坑开挖至第2道支撑及第3道支撑过程中，围护桩呈现一定的隆起，支撑架设完成后短时间趋于稳定。当基坑开挖至粉土、细砂、中砂时，围护桩顶竖向位移呈持续下降状态，在底板浇筑完成后数据趋于稳定，累计沉降约-15～-25 mm。

图3 围护桩顶竖向位移累计变化曲线

图4 为陆域明挖段LJD13节典型断面立柱隆起曲线。从图中可以看出，开挖过程中，立柱一直呈现上升趋势，第3道支撑由于架设不及时，呈现一个强变形期，支撑架设完成后趋于稳定，在底板浇筑完成后达到最大值，最大隆起约30 mm。

图4 典型断面立柱隆起曲线

5.3支撑轴力

典型断面支撑轴力变化曲线如图5所示。从图中可以看出，当基坑开挖至第2道支撑时，支撑轴力增大，第3道支撑架设后，第2道支撑轴力发生适当调整。随着基坑深度增加，支撑轴力呈持续上升趋势，直至底板浇筑完成后数据趋于稳定。

图5 典型断面支撑轴力变化曲线

5.4 基坑开挖对周边环境影响

2014年5月12日LJD11结构段南侧深约19 m处出现漏水现象，造成该位置上方地表产生较大幅度沉降，当日沉降值为-47.02～-63.30 mm。2014年5月17日上午对漏水位置上方进行注浆加固，加固后地表沉降逐渐趋于稳定。

粤海国际花园为基坑附近一大型居民小区，小区内建筑结构形式主要为框架剪力墙结构，基础形式为桩基，最近一栋居民楼距拱北隧道陆域段约30 m。在该建筑物上共布设15个观测点，测点布设见图6。受基坑施工影响，周边建筑物沉降变形曲线可以分为三个阶段:围护结构施工引起的沉降，开挖引起的沉降和后期沉降。围护结构施工引起的沉降约2～3 mm，约占总沉降量的30%;开挖引起的沉降约4～6 mm，约占60%;后期沉降约1～2 mm，约占10%。

图6 粤海国际花园雅苑建筑物沉降测点布设示意

6 结论

通过对港珠澳大桥接线段拱北隧道典型节段进行的监测，得出以下结论:

1)地下连续墙围护结构施工引起的深层水平位移曲线呈大肚状，随着开挖深度的增加，墙体变形逐渐增大，至底板浇筑完成后，变形值达到顶峰46.43 mm。

2)当基坑开挖至淤泥及淤泥质黏土地层时，围护结构竖向呈现一定的隆起，支撑架设完成后短时间趋于稳定;当基坑开挖至粉土、细砂、中砂时，围护桩顶竖向位移呈持续下降状态，在底板浇筑完成后数据趋于稳定，最大值为-15～-25 mm。在开挖过程中，立柱呈现上升趋势，支撑架设完成后趋于稳定，在底板浇筑完成后达到最大值，最大隆起约30 mm。

3)随着基坑深度增加，支撑轴力呈持续上升趋势，直至底板浇筑完成后数据趋于稳定。

4)基坑渗漏水会导致周边地表呈大面积沉降，基坑施工对周边建筑物变形影响可分为三个阶段:围护结构施工引起沉降、开挖引起沉降和后期沉降，其中开挖引起的沉降占总沉降量的60%左右。

［1］中交第二公路勘察设计研究院有限公司.港珠澳大桥接线工程两阶段初步设计［R］.武汉:中交第二勘察设计研究院有限公司，2011.

［2］何小龙，程勇，郭小红，等.港珠澳大桥连接线工程拱北隧道设计［J］.土工基础，2013，27(1):21-24，40.

［3］中交第二公路勘察设计研究院有限公司.港珠澳大桥接线工程地质勘察报告(两阶段初步设计)［R］.武汉:中交第二勘察设计研究院有限公司，2011.

［4］广东省建设委员会.DBJ/T15-20—97广东省建筑基坑支护工程技术规程［S］.广州:广东省工程标准化协会，1998.

［5］中华人民共和国住房和城乡建设部.JGJ 120—2012建筑基坑支护技术规程［S］.北京:中国建筑工业出版社，2012.

［6］中华人民共和国建设部.JGJ 8—2007建筑变形测量规程［S］.北京:中国建筑工业出版社，2007.

［7］罗兴虎.港珠澳大桥珠海连接线拱北隧道曲线管幕顶管测量和轨迹控制技术［J］.铁道建筑，2015(4):55-58.

［8］吴延平，王军.浅埋暗挖法人行过街通道信息化施工技术研究［J］.铁道建筑，2011(11):59-61.

［9］武圆月，龚洁英.北京地铁10号线草桥站至纪家庙站区间盾构隧道施工监测与分析［J］.铁道建筑，2013(9):34-38.

(责任审编赵其文)

U445.45

A

10.3969/j.issn.1003-1995.2015.05.22

1003-1995(2015)05-0086-03

2014-09-15;

2015-03-19

罗兴虎(1972—)，男，甘肃武威人，高级工程师。