明挖区间侧穿既有高压电塔加固施工及其对电塔基础影响的模拟分析

邢 民

（广州地铁设计研究院股份有限公司，广东 广州 510000）

0 引言

随着城市化地下空间的发展，地铁作为轨道交通最为主流的绿色交通模式，对推动城市的建设发展和社会的进步有重大深远的意义。地铁工程是建造在地下的重要工程，投入经费高，建造周期较长，施工速度较慢，安全性要求高，建设过程中需要各方面的沟通协调。高压电塔作为城市输供电网络的重要配套基础设施，在轨道交通线路规划和设计阶段，轨道结构与高压电塔不可避免地会发生关系，如何有效解决在软土极差地层下明挖区间侧穿高压电塔的安全控制，是亟待解决的安全技术问题[1-5]。本文提出明挖区间侧穿既有高压电塔加固施工方案，并就开挖施工对电塔基础的影响进行模拟分析，为其他类似工程提供借鉴和参考。

1 工程概况

广州市城市轨道交通22号线陈头岗停车场出入场线明挖区间线路，先沿新滘东路由南向东北敷设穿过东涌和金沙涌，之后折向东南绕过变电站，与东新高速平行，最后出洞口连接陈头岗停车场。出入场线区间长度约1.45km，基坑深度9.3～19.49m，基坑宽度13～23.5m，为地下一层矩形框架结构。明挖区间局部侧穿既有220kV高压电塔，与陈头岗停车场出入场线明挖隧道侧穿段为地面高压电线，高压电塔上电线离地高度最小约16m，与出入场线明挖隧道结构净距最小为4.9m，220kV 高压铁塔四桩承台基础，承台长×宽=11m×11m，灌注桩桩长 20m，直径 1200mm，塔身为直线角钢塔，塔身呼高约 51m，重约 6t，目前出入场线施工期间高压电塔处于正常供电状态。总平面位置关系图见图1所示。

图1 总平面位置关系图

1.1 工程地质情况

地层自上而下依次为杂填土、淤泥土、淤泥质土、全风化粉砂岩、强风化粉砂岩、中风化粉砂岩、微风化粉砂岩，该部分出土段基底位于淤泥层，地质条件较差，采用基底加固及部分换填处理。

1.2 岩土力学参数

陈头岗出入场线地层岩土参数见表1所示。

表1 地层岩土参数表

2 结构加固施工方案

出入场线区间与高压电塔相交位置，明挖围护结构靠近电塔侧采用钻孔灌注桩+旋喷桩支护，远离侧采用地下连续墙。高压电塔现状图见图2所示。

图2 明挖区间与高压电塔平面关系图

由于现状高压电塔基础4根桩基之间采用4根地梁联系，整体性相对较弱，考虑对高压电塔基础进行加固，在基础地梁周边进行植筋，施做一块整体厚400mm板将4根基础进行整体连接，提高整体稳定性。

由于明挖区间结构主要处于淤泥层中，明挖基坑在软弱地层影响范围内采用宽3m、间隔3m 的Φ650@450（mm）三轴搅拌桩裙边+抽条加固方式，加固深度为5m；在高压电塔与明挖区间范围内采用双排高压旋喷桩进行帷幕加固，加固深度为21m，加固范围与高压电塔平面距离为3m。明挖区间与高压电塔平面和剖面关系图见图3和图4所示。

图3 明挖区间与高压电塔平面关系图

图4 明挖区间与高压电塔剖面关系图

受高压电塔及高压线影响，此范围基坑支护采用钻孔灌注桩（地下连续墙）+内支撑形式。地连墙厚度为0.8m，钻孔桩规格为Φ1000mm@1100，嵌入深度5～15m。受该地区地质淤泥条件影响，部分地下连续墙采用三轴搅拌桩槽壁加固，基坑内采用三轴搅拌桩裙边+抽条加固。

3 三维模拟分析

3.1 建立模型范围

在建模时，会根据勘察地质剖面对主要尺寸与方位进行适当的简化，在模型的左右两侧采用水平方向约束边界条件，底部受水平方向和垂直方向的约束，顶部为自由边界。

计算范围为：x方向边界横向长度为100m，y方向边界纵向长度为55/85m，z方向边界竖向长度为40m。

根据陈头岗出入场线详细勘察阶段岩土工程勘察报告，选取陈头岗出入场线明挖隧道侧穿220kV高压电塔剖面钻孔提取土层信息并适当简化，确定数值计算模型的边界条件及边界尺寸。整体三维有限元模型效果图见图5所示。

图5 整体三维有限元模型效果图

在模型建立与计算中提出以下假设：

（1）围岩为弹塑性材料，建模采用Mohr-Coulomb模型；

（2）模型材料采用各向同性假设；

（3）不考虑220kV高压铁塔桩基施工过程，在隧道施工前，高压电塔基础已经处于稳定状态。

3.2 模型参数选择

高压电塔基础周边地层的力学性质对控制陈头岗出入场线明挖隧道施工过程中电塔基础结构的受力和变形起着关键作用，为此，进行三维模拟分析计算时须充分结合本工程的地层分布特点，合理选取计算参数（表1）。三维模型关系图见图6所示。

图6 三维模型关系图

3.3 模拟结果

根据实际基坑加固处理和开挖时序，分步工况分析基坑开挖对高压电塔基础的影响，高压电塔基础最大位移、最大轴力和弯矩图分别见图7、图8所示。

3.4 模拟结果分析

明挖区间施工诱发220kV高压电塔桩基结构的最大沉降为8.61mm，最大水平位移为13.9mm，满足水平及沉降控制值15mm的要求；最大差异沉降为5.676mm，亦满足差异沉降控制值0.002L的要求。

图7 高压电塔基础最大位移

图8 高压电塔基础最大轴力和弯矩图

明挖区间施工造成220kV高压电塔桩基的受力状态发生一定程度的变化，开挖过程220kV高压电塔桩基受压轴力最大值为451.95kN，桩基截面弯矩最大值为199.958kN·m，经高压电塔桩基配筋核算，满足高压电塔桩基轴力控制值要求及弯矩控制值要求。

4 结束语

本文综合分析陈头岗出入场线明挖区间结构场地的工程地质资料，依据设计加固方案以及对开展的三维数值模拟计算结果分析表明，拟建的明挖区间施工不危及紧邻220kV高压电塔基础结构安全，沉降变形均满足相关规范要求。

根据施工完成后现场监测数据，本次三维模拟数值与现场高压电塔基础数据变化数值基本相符，该工程的加固处理措施有效。