地铁保护区轻质泡沫混凝土路基填筑应用研究

严志伟

摘 要 由于城市地铁建设网络的发达，地铁安全保护区内的基础设施项目建设不可避免。本篇文章以深圳地铁11号线隧道正上方的轻质泡沫混凝土路基填筑为例，探讨地铁保护区隧道上方施工方案，以满足地铁隧道各向位移及结构外壁附加应力安全控制指标满足要求，结合路基填筑施工过程地铁自动化监测数据，验证了轻质泡沫混凝土在本工程中应用。并提出一些意见建议，希望能为城市基础设施建设带来帮助。

关键词 地铁保护区;轻质泡沫混凝土;路基填筑;附加应力;数值分析

引言

地铁作为城市便捷交通工具的地位愈来愈重要，深圳前海合作区共规划轨道交通/城际线13条，总长度约63公里，密度为4.2公里/平方公里，基础设施建设地选址不可避免地铁安全保护区范围，建设过程中满足地铁保护区安全控制指标是建设者必须面对的问题。本文以深圳地铁11号线隧道正上方的轻质泡沫混凝土路基填筑为例，探讨了轻质泡沫混凝土 在地铁保护区的应用。

1工程概况

月亮湾立交-桂庙路主线跨线桥工程位于深圳地铁11号线上方，桥梁桩基布置于地铁左右隧道盾构结构之间，桥台台后填土区域在地铁11号线正上方，地铁已运营，左右隧道净距6.3m，填土区域隧道埋深约22m。南山侧最大填土高度约4m，填土长度约80m，填土宽度约45m，填土面中心与地铁11号线左线隧道净距约11.5m，与右线隧道净距约23.5m。前海侧最大填土高度约5m，填土长度约145m，填土宽度约45m，填土面中心与地铁11号线左线隧道净距约2.5m，与右线隧道净距约14.5m。填土材料为轻质泡沫混凝土，重度不大于6kN/m3。

按照深圳市《地铁运营安全保护区和建设规划控制区工程管理办法》安全控制指标要求，地铁結构水平、竖向位移≤10mm，隧道结构外壁附加荷载≤10kPa。

2场地工程地质条件

桥台填土区场地土层自上而上依次为厚度8m的杂填土、厚度22m的砾质黏性土以及强风化花岗岩，其中地铁隧道位于砾质粘性土中，盾构拱顶距地表约22m。

3轻质泡沫混凝土相关应用

3.1 轻质泡沫混凝土土的特点

轻质泡沫混凝土不使用骨料，内部含有大量气泡，从而有效降低自重，重度在4～12kN/m3之间，能够很好地填筑在限制堆载区域;具有极好的施工流动性，可将浇筑地点和生产地点从现场分离开来，能够泵送较远距离，施工现场基本均使用现场拌和直接泵送，无须振捣碾压，施工便捷高效。掺和粉煤灰、矿粉等利用废弃资料。

3.2 轻质泡沫土的应用

1987年，“城市高速公路桥梁停靠工程”首次将轻质泡沫土壤作为填充物，后来它就成了修路的填料。中国在2002年引进了轻质泡沫土壤建设技术。北京奥运会鸟巢、北京地铁新干线、北京-珠海高速公路、河北沿海高速公路及其他高速公路建设项目成功实现[1-3]。

3.3 轻质泡沫混凝土应用案例

某桥梁工程桥台两侧原设计为水泥搅拌桩以提高地基承载力处理桥台路基不均匀沉降，因台后管线较多且复杂摒弃水泥搅拌桩地基处理方案改为砂桩加固、塑料排水板堆载预压法、轻质泡沫混凝土，经方案比选，最终选用轻质泡沫混凝土填筑工艺。工后沉降分析，桥后填筑轻质泡沫混凝土经过6个月后沉降值仅为4.2cm，较水泥搅拌桩施工工期节省约3个月，造价节约40%，最主要是达到了管线保护的目的[4]。

另一市政道路地处软基地区，路基高度达6.85m。根据沉降分析计算有关经验，软基工后沉降与上部路基荷载成正比。因受红线限制，高填方直立式边坡支护成本也较大，采用轻质泡沫混凝土能够很多解决许多问题。弹性模量低，减震效果好，凝固后强度高、自重轻、自立性强，有效降低三分之二路基高度，减少路基土压力及工后沉降[5]。

4本项目地铁保护区轻质泡沫混凝土填筑应用技术

4.1 工程实例介绍

月亮湾立交-桂庙路主线跨线桥工程位于深圳地铁11号线上方，路线与地铁走向基本一致，路床顶部距离地质盾构结构约17米。根据《桥台填土对地铁11号线影响分析报告》桥台填土所采用的轻质混凝土容重不得大于6kN/m3，一般填土无法满足地铁保护要求，故选用泡沫轻质混凝土作为桥台路基填筑材料，性能指标要求如下：

4.2 地铁保护措施

为减少路基填土对下卧地铁隧道的影响，设计采用高压旋喷桩对填土区进行加固，其中前海段地基处理桩长7m，南山段基处理桩长8.5m，并采用轻质泡沫混凝土进行桥台回填，轻质混凝土容重不得大于6kN/m3。

4.3 填土引起的隧道顶部附加应力分析

地面填土相当于在矩形面积上作用三角形分布荷载，任意深度处的竖向附加应力可通过《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）计算获得[6]。根据地表填土面积、填土厚度及与隧道位置关系可计算得到隧道顶部因填土所致附加应力如下图：

由此可计算出南山侧左线隧道顶部因填土所致附加应力最大值为3.47kPa，南山侧右线隧道顶部因填土所致附加应力最大值为5.92kPa，前海侧左线隧道顶部因填土所致附加应力最大值为7.64kPa，前海侧右线隧道顶部因填土所致附加应力最大值为9.42kPa，均满足地铁安保隧道结构外壁附加荷载≤10kPa要求，最大值均位于填土较高一侧隧道顶部。

4.4 数值分析

为消除边界约束对隧道变形的影响，模型边界沿隧道纵向取至填土外50m，宽度取至隧道外50m，整个模型尺寸为250m（长）×150 m（宽）。根据原有地铁11号线勘察资料，地铁隧道结构下部基岩均风化花岗岩，假定风化花岗岩不可压缩，模型底面取至中风化花岗岩顶面，南山侧模型高度39m，前海侧模型高度32m。对填土平面范围下方8m厚度土层按复合地基计算，经数值模拟计算，南山侧填土完成后地铁11号线隧道最大竖向变形为-0.8mm，前海侧填土完成后地铁11号线隧道最大竖向沉降为-1.5mm，满足地铁保护区路基填筑对于地铁隧道变形控制要求。

4.5 主要施工工艺

消泡试验湿密度增加率不超过10%，标准沉陷距不超过5mm，抗压强度满足要求。

拟采用HT-18气泡轻质土自动化搅拌设备，在具备施工条件前安排设备进场。清理施工区域基坑底部积水和杂物，做到基层清洁，不能有油污、浮浆、残灰及杂物等。

基底高程、平面尺寸应满足设计要求，并按相關规范要求进行检查。同一区段上下相邻浇注层，浇注间隔时间应以下层浇注层已经硬化为控制标准，不宜少于6h。 每一浇注层应在水泥浆初凝时间内浇注完毕，浇注时间不宜超过3h;水泥浆自制备完成到开始制备泡沫土的间隔时间最大不应超过3h。浇注过程中，浇注管出料口离前面的高差最大不应超过2m。当前浇注层浇注接近结束时，应在浇注层内按规定频率进行湿密度取样检测，当某一测点检测不合格时应找出测点周围界限，进行局部处理。

5地铁自动化监测数据分析

前海侧桥台台后路基轻质泡沫混凝土的施工时间段为2019年5月至9月，南山侧桥台台后路基轻质泡沫混凝土的施工时间段为2019年11月至12月。填筑轻质泡沫混凝土范围对应地铁11号线隧道拱顶自动化监测数据，轻质泡沫土施工前的拱顶变形为2.0mm，填筑完成后的变形为3.1mm，填筑轻质泡沫混凝土引起的地铁隧道结构变形为1.1mm，与数值计算基本吻合[7]。

6结束语

地铁保护区应尽量避免在地铁隧道上方堆载或卸荷，当不可避免时，采用因此轻质材料是解决地铁安全保护区变形直接有效的办法，满足地铁隧道变形控制要求及附加应力指标要求。本文通过月亮湾立交-桂庙路主线跨线桥工程地铁隧道上方填筑轻质泡沫土应用，通过理论计算和数值分析，计算填筑泡沫混凝土后的地铁隧道结构变形及附加应力均符合地铁保护安全控制指标，并通过地铁隧道自动化监测数据验证了采用轻质泡沫混凝土填筑的可行性。为减少桥台填土对地铁隧道的影响，可对填土面下方一定深度范围土体进行加固处理后采用轻质泡沫混凝土，加强施工期间的地铁自动化监测即时指导施工。

参考文献

[1] 钟少杰.泡沫轻质土在高速公路桥头路基填筑中的应用及效益[J].广东土木与建筑，2020，27（6）：109-112.

[2] 臧卫平.泡沫轻质土在台背回填中的应用及优势[J].上海建设科技，2020（2）：86-88.

[3] 朱磊柯.XPS轻质材料在地铁保护区工程中应用方案[J].建筑技术开发，2018（13）：72-73.

[4] 李柏亮.轻质泡沫混凝土的桥台路基处理应用研究。建筑工程技术与设计，2020（6）：2080-2083.

[5] 邱小宗.泡沫混凝土轻质填料结合复合地基在城市桥梁台后路基应用[J].建筑工程技术与设计，2020（3）：3895-3896.

[6] 中国建筑科学研究院.建筑地基基础设计规范：GB50007-2011[S].北京：中国标准出版社，2011.

[7] 蒋小军.泡沫轻质土在地铁保护区工程中的应用[J].科技创新与应用，2012（23）：205.