泡沫轻质土在地铁保护区工程中的应用

1、泡沫轻质土在地铁保护区工程中的应用楚风臣1前言 地铁作为方便快捷的交通工具，是未来城市公共交通的发展趋势，目前仅上海就有地铁近500公里。 随着地铁网络化的建设，市政工程在地铁保护区内修建难以避免，如何让地铁保护区内的工程建设避免或减少对地铁的影响逐渐形成一个新的课题。本文根据相关工程的设计经验，介绍了泡沫轻质土在地铁保护区工程中的应用。2 地铁保护区规定及相关要求根据上海市轨道交通安全保护区暂行管理规定，轨道交通安全保护区范围如下：1）地下车站与隧道外边线外侧50米内；2）地面车站和高架车站以及线路轨道外边线外侧30米内；3）出入口、通风亭、变电站等建筑物、构筑物外边线外侧10内。地铁保护区

2、内作业一般要求如下：1)不得在轨道交通区间隧道附近及上方大量加卸载（一般加卸载最大不超过20kpa）；2）轨道交通周边的外部活动与轨道交通既有结构外边线之间的水平投影净距应符合要求（结构基础净距3m、基坑6m）；3）排水管道避免布设在地铁隧道正上方；4）采用快速施工方案等。3 泡沫轻质土简介 泡沫轻质土是“用物理方法将发泡剂水溶液制备成泡沫，与必须组分水泥基胶凝材料、水及可选组分集料、掺和料、外加剂按照一定的比例混合搅拌，并经物理化学作用硬化形成的一种轻质材料”。泡沫轻质土的主要性能如下：1）轻质性：根据不同的工程需要，其重度可在412kN/m3的范围选择；2） 密度和强度的可调节性；3） 3

3、）良好的施工性；4） 4）硬化后可自立，5） 可垂直填筑；5） 具有更好的耐久性；6）良好的环保特性，对环境无污染。目前泡沫轻质土在国内路基处理、道路拓建、地下空洞填充等方面得到广泛的应用。4 作为减荷填料的应用实例4.1 工程概况 上海市某新建住宅配套道路工程路线与地铁7号线重合，拟建场地原地面标高约4.5m，但住宅小区出入口标高为5.87.5m，小区建设期间实施了地面堆土、绿化施工，使地面标高普遍抬至8.0m以上，堆土超载远大于隧道设计允许范围，造成地铁隧道结构横向变形增加明显。随后为保证地铁安全进行了挖土卸载的应急抢险施工，将场地标高恢复至4.5m。道路纵断面设计时为小区出入口衔接，局部

4、道路标高需要抬高至8.0m左右。4.2方案比选 初步方案在采用轻质填料换填方案和桥梁结构跨越的方案进行比选。由于采用结构跨越需在两条隧道间设桩，实施风险和难度以及工程造价均较大，因此推荐采用轻质材料换填方案。 进一步在粉煤灰、EPS和泡沫轻质土三种轻质材料中比选。粉煤灰压实干重度为10.711.0kN/m3，为平衡上覆荷载，最大需要超挖6m左右。超挖引起的工程量大，且对周边构筑物产生一定的影响，同时施工中存在一定的污染，因此，本工程中不推荐粉煤灰做为换填材料。由于EPS需考虑抗浮设计，且地下管线敷设施工相对复杂，特别运营期若需管线维护和翻修，需对EPS块体进行竖向切割后进行管线施工，施工完毕后

5、使用EPS材料进行回填，维护成本较大。泡沫轻质土施工工艺简单，施工工期较短，且地下管线施工及维护简便，工程造价亦相对EPS低。因此最终选用泡沫轻质土做为轻质材料换填。4.3换填深度计算 换填深度的设计原则为换填后不增加附加应力，通过计算，采用泡沫轻质土进行换填时，其平均超挖深度为1.7m即可平衡上覆荷载。4.4技术指标与施工工艺（1）泡沫标准密度：50kg/m3；（2）发泡倍率：不低于1200；（3）消泡试验泡沫轻质土湿密度增加率：不超过10%；（4）施工配合比筛选，应进行湿密度、流值及消泡试验。 由于合流管的管位处于换填泡沫轻质土路基的底部，因此，对于泡沫轻质土中合流管的施工方案如下：（1）

6、道路范围内逐段挖土至标高约2.3m；（2）浇筑20cmC30水泥混凝土垫层；（3）按管道设计标高及位置布置排水管和检查井；（4）浇筑泡沫轻质土；（5）铺设0.5mm厚HDPE防渗土工膜；（6）待泡沫轻质土全线施工完毕后再进行车行道路面结构施工。5桥梁结构减跨的应用实例5.1工程概况 某市政道路工程与地铁14号线重合，跨越河道等级为7级航道，新建桥梁梁底控制标高不低于吴淞基面6.5m，通航净宽应大于22.0m。河道两侧地基土中有厚度约22m的淤泥质粘土和粉质粘土层。5.2总体方案 若按照常规桥梁设计，控制桥后填土高度3.0m，则桥梁跨径需布设为220+30+38+30+220=178m。由于地铁

7、结构的控制，如果硬性布置桥跨，桥梁结构必须采用大量异形结构或大跨径桥梁。最终经过多方案比选，推荐桥梁采用三跨30+38+30现浇预应力混凝土连续箱梁结构。在桥后最大填土高度为5.0m的情况下，采用合理的路基处理方案使桥台与道路衔接处工后沉降小于0.1m。由于采用水泥搅拌桩等复合地基处理均会对地铁结构产生较大的影响，因此适用于本工程的路基处理方式为桥后路基采用轻质材料填筑。经过EPS与泡沫轻质土的深入比较，认为在地下管线较多的情况下采用泡沫轻质土对地下管线的施工和维护更有利，因此推荐采用泡沫轻质土做为桥后路基填筑材料，同时结合粉煤灰过渡段，具体方案处理图如图2：5.3 换填深度及处理效果计算根据

8、计算，若采用泡沫轻质土直接从原地面进行填筑，工后沉降量为18.1cm，不能满足本工程桥后填土沉降量的控制指标。但由于泡沫轻质土容重比土体轻，可以通过向原地面以下换填来进一步减小桥后填土的荷载。拟建场地地基土第一层为填土，厚度约为1.2m，因此考虑将第一层1.2m杂填土挖除后再回填泡沫轻质土，在此方案下，桥后地铁结构上方新增荷载小于地铁要求的20kpa，同时计算工后沉降量为8.5cm，可以满足工后沉降量控制标准。6结论与建议 地铁保护区内工程建设应尽可能避免在地铁隧道附近及上方大量加卸载，因此采用轻质材料泡沫轻质土是解决此类问题的直接有效的方法，即可以作为填筑材料减少荷载，减轻对地铁隧道的变形影响，又可通过减少桥梁跨径来解决桥梁基础与地铁结构的冲突。 通过桥