海湾吹填造地区地铁车站土围堰研究与应用

韩贇

【摘要】以厦门市轨道交通.号线集美岛站为工程背景，研究在吹填造地与地铁车站施工同时进行的情况下，如何保证地铁车站的正常施工。采用土围堰作为车站施工场地档护措施，通过数值计算，确定围堰的安全性，通过现场监控量测，检验围堰在实际施工中的变化情况。理论研究与现场实际相结合，探索研究一种经济、快捷、施工方便的围堰结构，为以后类似工程提供参考。

【关键词】地铁车站 土围堰 吹填造地 稳定性 监控量侧

1、引言

目前，我国城市化进程不断发展，城市人口密度持续增加，城市建设规模快速扩大，我国沿海地区经济的快速发展和土地资源的供需矛盾决定了吹填工程的持续扩大。我国唐山曹妃甸工业区规划2030年前完成吹境面积310km²，天津滨海新区由于快速发展需要，大量土地通过吹填形成，天津临港产业区吹填面积约150km²，厦门大瞪岛、马銮湾等区域正在进行吹填造地以满足城市发展需要。

城市轨道交通作为城市公共交通系统的重要组成部分，根据中国节能协会城市轨道交通节能专业委员会发布的数据显示，截至2019年9月，中国已有39个城市开通轨道交通，线路运营里程6333.3公里。

吹填工程与轨道交通的快速发展，吹填工程与轨道交通工程同时施工，将不可避免地出现在沿海城市的城市建设过程中。而如伺保证吹填工程与地铁工程施工互不干扰将成为城市建设中亟需解决的问题。

2、工程概况

厦门为我国首批经乏护持区，共规划10条地铁线。集美岛站为厦门轨道交通6号线一期工程第五个车站，车站总长304m。车站位于规划集美岛中央，站址周边用地现状主要为鱼塘，周边规划为混合用地、商务设施用地、科研、居住等用地。

集美岛位于马銮湾片区生态修复（一期）工程范围内，海域面积约314.42hm²，位于厦门市西海域马銮湾内。集美岛采取吹填工法，吹填祠料主要为海底泥沙。

马銮湾片区生态修复（一期）工程于2016年开始施工，2018年5月基本完成吹填施工。吹填后淤泥高度顶标高约为+5.0m，吹填最高水位标高约为+6m。集美岛站于2017年5月开始施工，2018年1月完成围堰施工，2018年4月开始进行车站基坑开挖。围堰内场地面积约为3.2万m²。

3、临时围堰设计

集美岛站在规划集美岛中央，为避免集美岛吹填影响车站施下，参考类似工程经验，采用临时围堰作为施工场地临时挡护结构，在围堰的保护下施做地铁车站。

3.1 临时围堰设计

考虑车站施工周期长，临时围堰围挡范围包括地铁车站主体及附属结构范围。由于围堰顶底存在高差，在车站小里程端设置施工便道作为进出场通道。车站围堰共占地54217m²。

根据规划情况，集美岛吹填后淤泥标高为+5.0m，水面标高约为+6m。集美岛站清淤后场地标高约为-1.0m。为保证集美岛站施工场地的安全，设置临时围堰保证施工场地的安全。

考虑临时围堰仅在集美岛吹填阶段使用，上部不考虑行车，因此设定围堰顶宽2.5m，围堰两侧坡度1：1.5;集美岛站临时围堰顶标高+5.0m，底标高-2.5m。由于吹填水位达到6m时为临时工况，在围堰顶设置1.5m高临时档水二次围堰，避免吹填水位灌入車站施工场地。

集美岛现场存在纵横交错鱼塘塘埂，塘埂作为天然地层，根据现场实测，透水性较差。考虑施工便捷性，将既有塘埂作为围堰防水的一部分，在围堰外侧，利用既有塘埂设置不小于6m宽的宽填护道作为围堰护脚;另外围堰外侧铺设“土工布+PVC防水板+土工布”的“两布一膜”防水设施，“两布一膜”插入既有塘埂不小于1m。塘埂与围堰拐角处采用素土压实，避免“两布一膜”上浮。背水面一侧两排泄水孔，背永面基底设置4m×0.5m碎石滤水层。临时围堰平面图如图1所示。

3.2 临时围堰稳定性计算

3.2.1 计算参数选取

集美岛吹填材料为主要泥沙，吹填后场地条件差，相关地层物理力学参数获取难度较大。参考国内学者对吹填后软土的工程地质特性的研究成果，本文选取吹填后泥沙物理力学参数表，所示。

集美岛临时围堰主要材料为素填土，碾压密实。围堰位于原状地层上，选取最不利位置对围堰进行安全性计算。围堰下方地层从上到下主要为中粗砂、残积砂质粘性土、全风化花岗岩。参考地质勘查资料，选取下表参数为围堰计算参数。

3.2.2 计算标准

集美岛临时围堰采用素填土回填，碾压密实。计算时参考《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）为计算稳定性依据。

由于本围堰高度较小，围堰外最高水位约为+6m，水位达到最高后通过排水后，淤泥高度为5m，且本围堰仅为集美岛吹填期间使用，因此确定本围堰安全稳定性系数最小值不小于1.15。

3.2.3 围堰稳定性计算

由于吹填点距离车站临时围堰较远，结合实际情况，选取最不利工况进行分析计算，考虑围堰的渗流效应，利用理正岩土软件进行计算分析。

由于围堰范围较大，选取最不利地层情况进行计算分析，模型长度定为70m，根据实际地质情况，最不利出砂层厚度为3.5m，残积砂质黏性土厚度为8m，全风化花岗岩地层厚度为10m。

最不利工况：吹填水位达到6m，临时围堰外泥沙顶标高达到5m。根据计算，最不利工况下临时围堰渗水量为0.36m3/天，考虑渗流情况下对围堰稳定性计算，围堰抗滑稳定性安全系数为1.269>1.15，满足规范要求，围堰处于稳定状态。

4、临时围堰施工

集美岛临时围堰从2017年5月开始施工，到2018年1月施工完成。规划集美岛从2017年1月开始进行吹填，2018年5月基本吹填完成。集美岛吹填与围堰施工存在交叉影响，吹填与车站围堰施工同时进行，围堰需满足吹填水位不断增加的要求，避免吹填影响集美岛站的施工场地。结合集美岛地形条件、材料等因素，为避免车站施工对吹填施工造成影响，临时围堰共分两期施工。一期利用既有塘埂施工至绝对标高2.5m，满足现场吹填施工要求。利用既有塘埂施工时，对既有塘埂进行碾压施工，确保压实度不小于0.9。一期施工完成后，对一期围堰内采用外运的素填土分层碾压施工围堰剩余部分，压实度不小于0.9。考虑局部地层存在砂层，对砂层部分采用双排Φ800@600mm旋喷桩进行止水。

围堰施工主要过程为池塘排水→场地清淤→利用塘埂施工先期临时围堰→施工围堰底旋喷桩→施做防水层→加高围堰并施工泄水孔→施工反滤层→施工临时挡水围堰。考虑局部地层存在砂层，围堰先期施工段施工完成后，对砂层部分采用双排Φ800@600mm旋喷桩进行止水，桩底位于砂层以下1m。旋喷桩施工完成后，拓宽并加高围堰至5.0m。围堰内侧坡面设置10cm后C25喷射混凝土防护并设置泄水孔。围士图石宽并分层填筑的同时，在围堰内侧基础位置设置宽4m，厚1m的碎石反滤层，反滤层内侧设置PVC排水管接人围堰内排水沟。

5、临时围堰施工监测

为保证围堰安全，在施工过程中需对围堰进行监测，及时掌握围堰所：处状态，根据监测情况采取相应措施，保证围堰安全。

参照《城市轨道交通工程监测技术规范》（GB50911-2013）及相关规范，对围堰顶、围堰底水平及竖向位移进行监测，监测点水平间距20m，相关控制值详见下表。

从围堰2018年2月围堰施工完成开始监测，到2018年6月底集美岛基本吹填完成，选取最大位移点进行分析。

从围堰水平位移变化曲线可以看出，围堰顶、围堰底基本保持协同移动，围堰呈整体向内移动状态。

从围堰水平位移变化趋势分析，2018年2月到3月，围堰水平位移变化较小，3～5月位移增长迅速，5月以后基本保持平衡。围堰位移变化状态基本与集美岛吹填进展相吻合，集美岛吹填在2018年2～3月进展缓慢，3～5月吹填速度快，到5月中基本完成吹填。

从围堰竖向位移变化曲线分析，围堰整体竖向沉降较小，考虑围堰自身沉降因素，围堰竖向位移受集美岛吹填影响较小。

从围堰位移数值分析，圍堰顶、围堰底最大水平位移与最大竖向位移均未超过20mm，围堰在吹填施工中安全稳定。

6、结论

通过数值计算、现场施工及监测表明，集美岛站临时围堰在外界吹填造地施工时，围堰结构是安全稳定的，在围堰的保护性，地铁车站可以正常施工，不受外界吹填工程的干扰。本文通过对集美岛站临时围堰的分析，希望能对后续吹填造地区域地铁车站修建提供设计及施工参考。

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