復(fù)雜環(huán)境下地鐵基坑支護(hù)方案比選

葉 靚

(1.上海大學(xué)管理學(xué)院，上海 200444； 2.杭州市房屋安全鑒定事務(wù)管理中心，浙江 杭州 310003)

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復(fù)雜環(huán)境下地鐵基坑支護(hù)方案比選

葉 靚1,2

(1.上海大學(xué)管理學(xué)院，上海 200444； 2.杭州市房屋安全鑒定事務(wù)管理中心，浙江 杭州 310003)

闡述了基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)選型應(yīng)考慮的主要因素，介紹了當(dāng)前地鐵站點(diǎn)基坑工程中常見的支護(hù)方案，并結(jié)合杭州某地鐵站點(diǎn)工程實(shí)例，從施工質(zhì)量、工期控制、技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)、工程造價(jià)、環(huán)境影響等方面進(jìn)行綜合分析，為今后類似工程支護(hù)方案的比選提供參考。

地鐵站點(diǎn)，基坑，支護(hù)方案

伴隨著快速推進(jìn)的城市化進(jìn)程，城市地面交通壓力日益增大，地鐵以其高效環(huán)保、節(jié)省土地的特點(diǎn)，在一二線城市中掀起了一股建設(shè)熱潮。觀察地鐵工程特點(diǎn)，其周圍通常毗鄰交通要道、既有建筑或重要管線，進(jìn)而涉及到地下障礙物多、施工條件復(fù)雜、安全風(fēng)險(xiǎn)大等諸多難題。在如此復(fù)雜的施工環(huán)境中，我們既須確保主體地下結(jié)構(gòu)的施工空間，還須保證基坑周圍建(構(gòu))筑物、地下管線、道路的安全正常使用。因此，如何科學(xué)合理地選擇適宜的支護(hù)結(jié)構(gòu)類型，是地鐵建設(shè)過程中首應(yīng)解決的主要問題。

1 基坑支護(hù)選型要素

通常情況下，基坑支護(hù)是為主體結(jié)構(gòu)地下部分施工而采取的臨時(shí)措施，且設(shè)計(jì)期限不得小于一年，所采用的荷載一般不考慮長期作用，而地鐵站點(diǎn)實(shí)際建設(shè)周期一般持續(xù)1.5年～2年。故深基坑支護(hù)方案的設(shè)計(jì)首先應(yīng)確定其使用期限，并在巖土工程勘察和周邊環(huán)境調(diào)查的基礎(chǔ)上進(jìn)行選型。具體而言，支護(hù)結(jié)構(gòu)選型應(yīng)考慮以下幾方面因素：

1)基坑周邊環(huán)境。在基坑開挖過程中，周邊土體的變形存在明顯的空間效應(yīng)作用，其豎向和水平位移均隨基坑相對距離、土層的深度的變化而變化，并直接關(guān)系到相鄰道路、既有建筑或地下管線的安全正常使用，是首要選型因素。

2)水文地質(zhì)條件。由于地鐵站點(diǎn)的選址經(jīng)多輪規(guī)劃論證，往往靠近地面客流集散點(diǎn)，場地更改選擇余地較小，故無法規(guī)避一些不良地質(zhì)條件，如高水位、軟弱土、液化土、斷裂構(gòu)造等，同時(shí)還受不同季節(jié)、惡劣氣候?qū)r土性狀和動(dòng)水壓力的影響，需結(jié)合勘察成果詳細(xì)分析。

3)施工作業(yè)空間。從開始挖掘土方到地面以下隱蔽工程全部完成，基坑支護(hù)體系應(yīng)能夠?yàn)橹黧w地下結(jié)構(gòu)的施工提供一個(gè)安全可靠的作業(yè)空間及環(huán)境，包括材料機(jī)具的堆放場地、運(yùn)輸條件，大型機(jī)械必要作業(yè)面，阻隔坑內(nèi)外的地下水和地表水，是施工可行性的必要條件。

4)經(jīng)濟(jì)環(huán)保要求。一方面，不同的基坑開挖方案對支護(hù)結(jié)構(gòu)的材料、設(shè)備、人工等費(fèi)用影響較大；另一方面，支護(hù)結(jié)構(gòu)自身修建時(shí)可能造成一定的環(huán)境影響，如泥漿排放、施工噪聲、機(jī)械振動(dòng)等。故還應(yīng)嚴(yán)格遵循相關(guān)成本管理和環(huán)境保護(hù)要求。

2 幾種常見地鐵基坑支護(hù)方案

根據(jù)住建部于2009年頒布的《危險(xiǎn)性較大的分部分項(xiàng)工程安全管理辦法》：深基坑工程為開挖深度不小于5 m的基坑(槽)的土方開挖、支護(hù)、降水工程；開挖深度小于5 m，但地質(zhì)條件、周圍環(huán)境和地下管線復(fù)雜，或影響毗鄰建(構(gòu))筑物安全的基坑(槽)的土方開挖、支護(hù)、降水工程。在不考慮多層換乘時(shí)，僅普通地鐵站臺層便高約5 m，其上還有凈高約4 m的地鐵站廳層，以及混凝土蓋板和管線預(yù)留覆土層等，而基坑周邊環(huán)境多半十分敏感，故地鐵基坑工程均屬于此類工程。為此，在支護(hù)方案的選型上更傾向于保守，常見的幾種地鐵基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)有：灌注樁+止水帷幕、地下連續(xù)墻和SMW工法樁；支撐結(jié)構(gòu)則主要為內(nèi)支撐，且首道一般采用鋼筋混凝土支撐，與冠梁形成整體，以增強(qiáng)節(jié)點(diǎn)抗拉承載力，避免基坑踢腳整體失穩(wěn)事故。

2.1 灌注樁+止水帷幕

在城區(qū)施工中，灌注樁多采用正反循環(huán)鉆機(jī)成孔，施工設(shè)備較為緊湊靈活、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)，且施工時(shí)振動(dòng)和噪聲都不大，對周邊正常生產(chǎn)生活影響較小?？筛鶕?jù)土層地質(zhì)特點(diǎn)調(diào)整工藝，適用范圍較廣，成樁具備一定剛度，提高基坑安全度；止水帷幕則采用深層攪拌樁和高壓旋噴樁兩種形式，其中高壓旋噴樁所需設(shè)備較大，施工作業(yè)面要求高，成樁水泥滲量較高，樁徑可根據(jù)壓力變化，適用的土層范圍要大，但土體擾動(dòng)較大。

2.2 SMW工法樁

作為一種特殊的水泥土攪拌樁墻，即在水泥土樁內(nèi)插入加勁材料(H型鋼為主)，集受力與抗?jié)B功能于一體，距周邊建筑物紅線80 cm即可施工，成墻厚度大且無接縫，止水效果好，可在任何適合常規(guī)水泥土攪拌樁的地層使用。施工時(shí)基本無噪聲，對周圍環(huán)境影響較小，僅在開槽時(shí)有少量土方外運(yùn)。在一定條件下，可代替地下連續(xù)墻使用，施工得當(dāng)時(shí)工期僅為地下連續(xù)墻的1/3，并可通過回收加勁材料，進(jìn)一步降低單位成本。

2.3 地下連續(xù)墻

根據(jù)土方開挖方式，可分為順作法和逆作法，且基本上均會采用“兩墻合一”技術(shù)，即地下連續(xù)墻既是施工階段的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，又是使用階段的主體結(jié)構(gòu)地下外墻。其中，逆作法施工可利用地下室頂板作為施工場地，適合場地狹小、毗鄰要道的地鐵站點(diǎn)項(xiàng)目，較順作法結(jié)構(gòu)剛度更大，并減少拆撐工況以節(jié)省工期，但施工組織設(shè)計(jì)也更為復(fù)雜，節(jié)點(diǎn)處理和土方開挖的難度更高，須由相關(guān)有施工經(jīng)驗(yàn)的承包單位實(shí)施。

基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)基本項(xiàng)目比較見表1。

表1 基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)基本項(xiàng)目比較

3 工程實(shí)例

3.1 工程概況

某地鐵車站位于城區(qū)重要交通干線交叉口，總凈長157 m，標(biāo)準(zhǔn)段凈寬19.9 m，開挖深度17.2 m～18.6 m。南側(cè)1倍基坑深度范圍內(nèi)有3棟住宅樓，建筑物為6層，7層磚混結(jié)構(gòu)，夯擴(kuò)樁基礎(chǔ)，底部埋深約6 m～8 m。所在場地系沖積平原，其下為海陸交相互沉積層，主要巖性為砂質(zhì)粉土、粉砂、粉質(zhì)粘土層，土質(zhì)松軟。地下水主要為第四系松散巖類孔隙潛水和孔隙承壓水，深部為基巖裂隙水，勘探期測得靜止水位埋深0.80 m～4.30 m，相應(yīng)高程2.58 m～5.94 m，建議抗浮水位為高程7.00 m。

3.2 方案選擇

考慮到站點(diǎn)緊鄰城區(qū)主干道，考慮到交通疏解和季風(fēng)氣候影響，施工期內(nèi)可能會因車輛經(jīng)過或水位驟變而引起土側(cè)壓力增大，造成支護(hù)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)較大變形或破壞，同時(shí)，基坑開挖會破壞基坑與主干道間的土體平衡，導(dǎo)致道路沉降過大或發(fā)生較大水平位移，故最終采用地下連續(xù)墻+內(nèi)支撐形式。地下連續(xù)墻1.0 m，厚42.3 m深，C30水下混凝土；第一、五道內(nèi)支撐為鋼筋混凝土支撐；第二、三、四、六道為φ609 mm鋼管支撐(壁厚t=16 mm)；第七道為雙拼，并對鋼管支撐施加了預(yù)應(yīng)力，確保鋼支撐節(jié)點(diǎn)的可靠連接。

3.3 監(jiān)測結(jié)果

根據(jù)監(jiān)測資料表明，基坑開挖后，支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)卸去原有土壓力，地下連續(xù)墻開始受力變形，水平位移呈“拋物線”型分布，曲線形態(tài)未隨開挖深度增加而改變。在整個(gè)開挖過程中，地下連續(xù)墻的水平位移在逐漸增大，且有明顯的時(shí)效性，但前期增加較快，后期增加則較為緩慢，并在最后階段達(dá)到峰值60.16 mm。周邊土體向坑內(nèi)移動(dòng)，進(jìn)而導(dǎo)致周邊道路或建筑物沉降，沉降值隨著土體與基坑的間距增大而減小，影響半徑可達(dá)1倍～1.5倍基坑深度。

4 結(jié)論和建議

1)地鐵建設(shè)安全責(zé)任重大，地連墻自穩(wěn)定性好、安全冗余大，可重復(fù)用作地下結(jié)構(gòu)外墻，建議采用地下連續(xù)墻，首道內(nèi)支撐宜為混凝土支撐，以防超挖踢腳。

2)近鄰深基坑的土體變形，貫穿于基坑工程施工全過程，自基坑工程施工起即應(yīng)加強(qiáng)周邊土體變形控制，并注意周邊降水情況。

3)臨近建筑物施工時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制開挖和支撐施工過程，對基坑及周邊環(huán)境加密動(dòng)態(tài)監(jiān)測頻次。

[1] 鐘 俊.深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方案發(fā)展的探討[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2013(7):169.

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The subway foundation pit support scheme selection under complex environment

Ye Liang1，2

(1.ManagementSchool,ShanghaiUniversity,Shanghai200444,China; 2.HangzhouBuildingSafetyAppraisalAffairsManagementCenter,Hangzhou310003,China)

This paper elaborated the main factors should be considered of foundation pit support structure, introduced the common support scheme of current subway station foundation pit engineering, and combining with a subway station engineering examples in Hangzhou, from the construction quality, schedule control, technical risk, engineering cost, environmental impact and other aspects made comprehensive analysis, could provide reference for future similar engineering support structure selection.

subway station, foundation pit, support scheme

1009-6825(2016)05-0072-02

2015-12-07

葉 靚(1989- )，男，在讀工程碩士，助理工程師

TU463

A