地鐵車站深基坑開挖圍護結構與施工技術研究

田憲國

(中鐵十三局集團公司 第二工程公司，廣東 深圳 518083)

1 工程概況及難點分析

1.1 工程概況

臨頓路站位于蘇州市干將東路與臨頓路交叉口的干將河下并騎跨臨頓路，其主體結構全長123.5 m，為地下二層島式站。車站主體部分標準段基坑全長123.5 m，寬22.1 m，開挖深度18.3 m;端頭井基坑開挖深度20.3 m，基坑寬度26.4 m。

車站所處區(qū)域為填土、沉積土和粉質黏土，土層結構及強度尚可。但因車站基坑位于干將河旁，在開挖施工過程中，地下水容易突出且涌水量較大，隨著地下水將會發(fā)生流砂及管涌現象。

車站周邊商業(yè)與居住建筑密集，交通較為飽和，車站范圍內需要保護的管線較多。由此基坑開挖可能會導致以下幾個方面的問題:①工程地質條件較差以及地下水對施工和基坑本身結構安全影響較大;②周邊建筑物與基坑距離太近，有的建筑物就在基坑開挖后土體破壞范圍內。既有建筑結構物荷載傳遞至基坑周圍后會嚴重影響邊坡穩(wěn)定與結構安全，甚至會導致縱坡失穩(wěn);③交通流量太大會引起基坑周邊土體受力不均勻，使開挖施工作業(yè)與交通相互影響嚴重。另外，車站西北側水平距離約20～25 m為含有文啟堂和陳宅等保護性建筑的著名觀前街傳統風貌保護區(qū)，西南側4～10 m為沿街二層鋪面，東北側為在建的和基廣場，東南角為鳳凰廣場綠地，這都將大大提高基坑開挖過程中地基變形的控制要求。

1.2 設計與施工要求

按工程地質和車站及其附屬結構本身條件，工程施工與運營必須滿足以下要求:①結構耐久:車站結構工程中主要構件設計使用年限100年，重要性系數不小于1.1;②基坑安全:基坑工程安全等級為一級;③抗震等級:車站結構按7度設防，主體結構抗震等級為三級;④安全等級:車站結構主要構件的安全等級為一級，圍護結構和其他構件的安全等級為二級，結構露天或迎土面混凝土構件的環(huán)境類別為二類;⑤防水等級:地下車站結構及機電設備集中區(qū)段的防水等級為一級;⑥人防等級:按六級抗力等級設防。

1.3 施工中必須解決的問題

依據車站基坑工程與水文地質，結合周邊建(構)筑物與交通的實際情況和工程本身特點，綜合考慮車站施工與今后的運營要求，基坑開挖施工中必須解決地下水、流砂、管涌特別是邊坡穩(wěn)定與變形控制問題。也即基坑開挖圍護結構強度及其形式與參數必須滿足實際需求，決不能出現邊坡失穩(wěn)，導致基坑垮塌或其他意外事故。

2 主體基坑施工作業(yè)順序

參考基坑開挖技術方法，考慮車站基坑整體結構與空間較為龐大，故在開挖時必須采取豎向分層以及水平向分段的方法進行施工，最大程度降低結構失穩(wěn)的幾率。為此，依據基坑形狀與尺寸，結合以往施工經驗，把基坑在豎向分為底板→側墻及中板→側墻及頂板順次三層，而每層在水平方向又分為由基坑一側向另一側共六個施工段。豎向分層見圖1，水平向施工分段見圖2。

圖1 基坑豎向分層

圖2 基坑水平向施工分段

3 圍護結構技術方案分析

3.1 深層攪拌樁方案

車站主體基坑坑底加固采用φ850 mm三軸深層攪拌樁，標準段主要為攪拌樁抽條加固，端頭井段為裙邊加固的形式。土體加固為坑底至坑底以下3 m區(qū)域，設計強度 qu≥1.2 MPa。坑底以下加固時水泥摻入的重量比為20%，漿液配比(重量比)自來水:水泥=(1.2 ～1.5)∶1。

3.2 鉆孔灌注樁方案

車站附屬工程部分基坑采用φ850 mm鉆孔樁作為圍護樁，選用GPS-10型鉆機正循環(huán)鉆進，原土自然造漿護壁成孔.連續(xù)鉆進至設計高程后進行第一次清孔，撤除鉆桿，在孔口分節(jié)下放鋼筋籠和鋼格構柱及注漿管，下鋼導管后利用導管進行二次清孔。泥漿指標和孔底沉渣厚度檢測符合設計及規(guī)范要求后，安放隔水橡膠球膽并立即采用商品混凝土進行水下混凝土灌注?；炷凉嘧⒏叨戎猎O計高程2 m以上或看到新鮮混凝土冒出孔口為止。

3.3 地基加固方案

車站基坑底以下3 m采用φ850 mm三軸攪拌樁裙邊加固，qu≥1.2 MPa。

車站開挖過程中，各作業(yè)程序根據施工強度合理均衡安排，各環(huán)節(jié)搭接緊密，基坑及邊坡均未出現異常。圍護結構所受應力與變形均在允許范圍內，地表建筑物結構安全，地基沉降與變形在合理范圍內。充分說明提出的地鐵車站基坑開挖及聯合圍護結構方案、圍護形式及參數，可以確?；舆吰路€(wěn)定與極近距離地表建筑的結構安全，并能嚴格控制地基變形，可滿足復雜條件下的基坑開挖安全、質量與進度要求，工程進度順利。

3.4 地下連續(xù)墻方案與參數

按地下連續(xù)墻設計與施工技術，車站主體部分標準段一級基坑范圍內，圍護采用800 mm厚及33 m深的地下連續(xù)墻。經結構內力及位移分析，能滿足強度、剛度及基坑變位要求。開挖階段設置六道支撐，第一道為鋼筋混凝土支撐，其余為鋼管支撐。端頭井段一級基坑范圍內圍護采用1 000 mm厚及36 m深的地下連續(xù)墻，同樣設六道支撐。第一道為鋼筋混凝土支撐，第四道結合中板做一道鋼筋混凝土支撐，其余為φ609 mm(壁厚16 mm)鋼管橫撐，平均縱向間距為3 m。每根鋼支撐由固定尺寸的中間節(jié)接管、固定端、活絡端和非定量的調整節(jié)接管組成。

地下連續(xù)墻與后澆內襯形成疊合結構，共同承受使用階段的水土壓力，其施工工藝流程見圖3。

圖3 地連墻施工工藝流程

導墻采用“┓┏”型整體式現澆鋼筋混凝土結構，深度2 m，肋厚200 mm，上口平板寬度1 m。導墻內配筋為雙向φ12@200，混凝土強度等級為C20。

導墻的墻趾插入未經擾動的原狀土層中，內外側墻間凈距為地下連續(xù)墻設計厚度加50 mm的施工余量，考慮地下墻施工綜合偏差和變形等原因，每側外放尺寸120～150 mm，具體見圖4。

圖4 導墻結構與參數(單位:mm)

5 結論

1)實踐表明，依據車站基坑的地質與周邊建筑條件并結合基坑本身結構特點，提出的地鐵車站基坑開挖順序、方法以及與之相適應的聯合圍護結構方案、圍護形式及參數，可以確保基坑本身的邊坡穩(wěn)定與結構安全。并保證了極近距離范圍的須保護建筑的結構安全，可嚴格控制地基變形，能夠滿足復雜條件下的基坑開挖安全、質量與進度要求。

2)由于地質條件、地下水和車站結構及其形狀尺寸的差異，對車站基坑的開挖施工及圍護結構形式與參數仍需繼續(xù)做進一步研究。

［1］楊立軍.某基坑支護工程局部垮塌事故剖析［J］.山西建筑，2009(26):90-91.

［2］高江.城市地鐵車站施工方法選擇研究［J］.工程建設與設計，2009(9):128-131.

［3］柯書梅.地鐵車站基坑工程設計與施工［J］.巖土工程界，2008(11):50-55.

［4］楊思謀，嚴洲.復雜條件下某地鐵站某出入口基坑方案設計［J］.廣東土木與建筑，2008(9):101-103.

［5］胡建華，謝石連，付奕.復雜環(huán)境下深大基坑工程設計與施工［J］.建筑施工，2009(5):424-426.

［6］李文柱.杭州地鐵車站明挖施工圍護結構選型［J］.鐵道建筑，2007(10):55-56.

［7］郭克誠，唐玨凌，陳磊，等.深圳地鐵5#線興東站深基坑圍護結構工程施工技術［J］.鐵道建筑，2010(3):43-45.

［8］唐世強.地鐵深基坑支護體系內力及變形規(guī)律分析［J］.鐵道建筑，2008(11):35-39.