砂卵地層大型地鐵基坑施工技術(shù)

郭建強

(中鐵十三局集團有限公司 第五工程公司，成都 610041)

隨著我國基礎(chǔ)建設(shè)和地鐵建設(shè)的高速發(fā)展，基坑項目越來越多，其開挖及圍護技術(shù)已日趨成熟［1］。但是，以往多數(shù)地鐵深基坑是在軟土地層中開挖，按照一般的常用理論對施工方法、圍護結(jié)構(gòu)以及穩(wěn)定性分析即可解決工程建設(shè)中出現(xiàn)的問題。然而，成都地鐵車站基坑具有其它基坑沒有的特點，如砂卵地層、基坑特大且復(fù)雜等，所有這些因素均會影響施工過程的邊坡穩(wěn)定和圍護結(jié)構(gòu)安全。如何才能真實地分析出受這些復(fù)雜條件影響后基坑開挖與支護的特點，并由此確定出合理的開挖步驟與作業(yè)順序以及圍護方案，已經(jīng)是目前急需解決的難題。

1 砂卵地層大型地鐵車站基坑工程條件分析

成都將軍衙門地鐵車站為地下二層10 m島式站臺車站，地下一層為站廳層，地下二層為站臺層，位于小南街與少城路交叉路口以東，人民公園內(nèi)。車站有效站臺中心里程為YDK30+145.000，有效站臺長120 m。

經(jīng)過分析，影響車站基坑開挖及邊坡穩(wěn)定的因素主要有以下幾個方面:

1)地質(zhì)條件特殊 車站基坑地處川西平原岷江水系Ⅰ級階地，為侵蝕～堆積地貌，站區(qū)地形有起伏，地面高程501.86～504.65 m。基坑工程地處砂卵石地層，卵石成分主要為灰?guī)r、砂巖、石英巖，卵石的含量達67%，中間夾雜大漂石。砂卵石具有分選性差，強度高的特點。含水層總厚度為13.5～25.8 m，為孔隙潛水，卵石土綜合含水層滲透系數(shù)K為12.53～27.4 m/d，平均值為16.32 m/d，為強透水層。高地下水位、高滲透系數(shù)、高礫石含量、有大粒徑礫石、砂土、砂卵石和砂黏土互層等復(fù)雜地質(zhì)條件，將給成都地鐵基坑開挖帶來極大的困難。

2)基坑規(guī)模較大 車站總長138 m，標(biāo)準斷面內(nèi)凈寬17.3 m，其基坑最大開挖深度19.2 m(平均深度15.2 m)。

3)周邊交通環(huán)境地下管線復(fù)雜 ①擬建車站東側(cè)、南側(cè)為人民公園，西端為小南街，北側(cè)是少城路。少城路寬度為28 m，小南街寬度為28 m，兩條路交通繁華，車流量很大;②車站周邊道路地下管線主要有雨污水、給水、電力、電信及煤氣等5類管線，少城路面以下電力隧道及污水管埋深較深(最深的達3.6 m)，其中影響最大的主要有1 800 mm×2 300 mm的110 kV電力隧道，1 200 mm×800 mm雨水管共2根管線，均與車站4a號通道成斜交。為此，對進入站內(nèi)的管線永久遷改，其余施工時對其懸吊保護。

2 施工方案及施工工藝

依據(jù)基坑開挖理論與技術(shù)方法［2-3］，對于車站主體結(jié)構(gòu)長達138 m的基坑建設(shè)，按照“先支撐后開挖”的原則分層開挖，各層采用挖掘機自西向東開挖且開挖到設(shè)計高程后安裝鋼支撐。

2.1 主體基坑土方開挖組織

基坑內(nèi)土方按臺階式整體后退式開挖，共分6步，每層開挖深度為4～5 m。剩余少量土方無法用挖掘機開挖時，則采用人工挖土吊車吊土運至基坑外。土方全部挖完后，用吊車將挖掘機吊出?；悠矫骈_挖順序見圖1。

圖1 基坑平面開挖順序

開挖步序如下:

第一步:挖土從地面開始至第一層鋼支撐底停止開挖，該階段土方開挖分層厚度控制在2 m以內(nèi)，開挖后及時施作土釘墻(1∶0.3放坡處)及網(wǎng)噴支護(1∶1放坡處)，待支護完成后方可進行圍護樁施工。

第二步:待圍護樁及冠梁完成并達到設(shè)計強度的70%以上時方可進行開挖。于第一層鋼支撐底部由西向東退挖裝土經(jīng)馬道運出，緊跟開挖及時施作第一層鋼支撐。待西端頭第一層斜支撐安裝完成后，由兩臺挖掘機進行開挖，開挖按照先中間后兩邊的順序開挖，開挖后及時安裝第二層支撐并施作樁間網(wǎng)噴支護。基坑開挖過程中繼續(xù)采用管井降水，降水深度不小于基坑底0.5 m。由于基坑開挖正是雨季、汛期，必須做好基坑內(nèi)外的排水工作。設(shè)臨時排水溝和集水坑，施工過程中通過排水溝引排基坑內(nèi)積水到集水坑，用泥漿泵抽至地面沉淀池，沉淀后排入下水道。

第三步:開挖土方至基坑底部設(shè)計高程以上0.3 m處停止機械開挖，并改用人工開挖至底板底部設(shè)計高程。

第四步:基坑開挖至設(shè)計基坑底高程后，必須馬上進行基坑底部找平，并請有關(guān)人員經(jīng)檢驗合格后，方可進行基坑接地網(wǎng)、墊層、防水層的施工。

2.2 基坑開挖施工工藝(見圖2)

圖2 主體基坑開挖工藝流程

3 圍護方案與參數(shù)分析

參考基坑圍護理論與技術(shù)［4-6］，結(jié)合車站的地質(zhì)與周邊實際條件，采用鋼支撐和土釘墻掛網(wǎng)噴射混凝土的聯(lián)合圍護方案進行施工。

3.1 鋼支撐參數(shù)與施工

車站主體及附屬結(jié)構(gòu)基坑支撐體系采用直徑φ600 mm(壁厚12 mm)的鋼支撐，主體結(jié)構(gòu)角部采用鋼筋混凝土角撐支撐。具體施工工藝及施工方法如下:

1)鋼支架安裝 鋼支架采用角鋼拼焊而成，焊好后的鋼支架應(yīng)保證兩直角邊相互垂直，并有足夠的穩(wěn)定性，不得出現(xiàn)歪扭、虛焊現(xiàn)象。每層土方開挖至支撐位置后，根據(jù)測量組放出的支撐中心線反算出鋼支架頂面高程，采用2個長220 mm M20膨脹螺栓將鋼支架固定于人工挖孔樁上。

2)鋼圍囹安裝 鋼圍囹采用兩片I45c工字鋼通過連接鋼板焊接而成。依據(jù)支撐間距在對應(yīng)支撐位置焊接掛籃。鋼圍囹分段加工，一般分段長度取2～3個支撐間距，轉(zhuǎn)角部位應(yīng)根據(jù)實際長度加工。

3)鋼支撐安裝施工 立柱基礎(chǔ)采用人工挖孔樁，立柱采用16根［10槽鋼焊接成450 mm×450 mm斷面，槽鋼采用連接片焊接。所有立柱通過連接件形成一整體。在鋼支撐安裝前，先施工立柱挖孔樁，然后把鋼柱吊裝入樁孔內(nèi)，澆注混凝土固定鋼柱。隨基坑開挖，焊接安裝立柱連接件。

每根鋼支撐根據(jù)長度的不同，配用一端為固定端另一端為活動端的管節(jié)，中間段為標(biāo)準管節(jié)的形式，節(jié)段間連接采用法蘭盤高強螺栓。支撐安裝時在地面進行拼接，安裝采用裝載機配合25 t汽車吊吊裝。

鋼支撐采用2臺100 t的千斤頂施加預(yù)加力。設(shè)計要求分級施加支撐預(yù)加力，第一次預(yù)加力不小于設(shè)計值的40%，然后按20%設(shè)計值逐級增加支撐預(yù)加力到設(shè)計值。

3.2 土釘墻掛網(wǎng)噴射混凝土施工

車站基坑上層采用放坡開挖、土釘墻支護，土釘墻施工與土方開挖相配合，開挖一層土方，進行一排土釘施工，并及時掛網(wǎng)噴射混凝土面層。待噴射混凝土達到一定強度以后，方可進行下層土方開挖。

為能更好地確保基坑穩(wěn)定，在基坑開挖過程中對地表沉降、地表水平位移、錨桿(索)軸力、基底回彈、基坑內(nèi)外地下水位等進行全過程監(jiān)測。

4 結(jié)語

1)結(jié)合地質(zhì)和施工條件，提出的砂卵地層大型地鐵基坑開挖技術(shù)及圍護結(jié)構(gòu)可以滿足實際需要，實測基坑土體最大水平位移為7.44 mm，能夠保證基坑穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)安全。

2)砂卵地層基坑的開挖施工作業(yè)順序、聯(lián)合支護技術(shù)以及突發(fā)災(zāi)害的應(yīng)急對策等還須進一步研究。

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

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

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

［4］陳丹.深圳填海區(qū)地鐵基坑圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計［J］.鐵道標(biāo)準設(shè)計，2009(10):57-60.

［5］田憲國.地鐵車站深基坑開挖圍護結(jié)構(gòu)與施工技術(shù)研究［J］.鐵道建筑，2010(6):61-63.

［6］段東旭，楊政忠.天津地鐵車站深基坑圍護施工技術(shù)［J］.路基工程，2009(1):1589-1594.