地鐵車站基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案比選

閆 朝 濤

(北京市市政工程設(shè)計(jì)研究總院有限公司，北京 100082)

地鐵車站基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案比選

閆 朝 濤

(北京市市政工程設(shè)計(jì)研究總院有限公司，北京 100082)

基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案常常參考地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，采用類比法進(jìn)行工程設(shè)計(jì)，對(duì)于新建地鐵城市而言，圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案需要進(jìn)行大量調(diào)研、比選和商討后確定。以太原地鐵首條地鐵線首開(kāi)段車站為依托，對(duì)車站主體基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案的選取過(guò)程進(jìn)行闡述，基于地鐵車站基坑特點(diǎn)，最終選用了太原地區(qū)較少采用的地下連續(xù)墻方案。

首開(kāi)段，地鐵車站，圍護(hù)結(jié)構(gòu)，地下連續(xù)墻

太原地鐵2號(hào)線一期工程是山西省首條開(kāi)工建設(shè)的地鐵線路，太原地區(qū)地質(zhì)條件有其自身的特點(diǎn)，地下工程施工也有地區(qū)習(xí)慣經(jīng)驗(yàn)，而地鐵工程不同于民建工程，地鐵施工采用何種方案往往通過(guò)試驗(yàn)總結(jié)而來(lái)，中心街西站作為2號(hào)線首開(kāi)車站，承擔(dān)了設(shè)計(jì)方案、施工方法及工程籌劃驗(yàn)證之重任。

1 中心街西站概況

中心街西站為地鐵2號(hào)線中間站，位于太原市長(zhǎng)治路與中心街交叉路口處，車站跨中心街沿長(zhǎng)治路呈南北向布設(shè)，為地下雙層單柱雙跨框架結(jié)構(gòu)，車站全長(zhǎng)約211 m，覆土3.5 m。

車站所處位置現(xiàn)況道路為“L”形通行狀態(tài)，長(zhǎng)治路與中心街分別在此中斷，規(guī)劃的“十”字還未實(shí)現(xiàn)。車站周邊條件相對(duì)較好，除路口西南象限國(guó)新能源在建的23層建筑對(duì)車站有一定影響外，無(wú)其他地面建筑影響。地下管線相對(duì)簡(jiǎn)單，多數(shù)以臨時(shí)改移為主，場(chǎng)區(qū)內(nèi)僅有一根D1 600污水管對(duì)車站有一定影響，其覆土約6.5 m。

2 工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件

中心街西站所屬地貌單元為汾河?xùn)|岸漫灘區(qū)，場(chǎng)區(qū)第四系覆蓋層有人工填土(雜填土①-1、素填土①-2)、粉質(zhì)黏土(②-2，③-3)、黏質(zhì)粉土(②-3-1，③-4-1)、粉細(xì)砂(②-4，③-5)及中砂(②-5，③-6)，分屬第四系全新世、上更新世地層，具體地層參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 地層物理力學(xué)參數(shù)表

綜合地勘現(xiàn)場(chǎng)靜力觸探、標(biāo)貫、側(cè)脹及室內(nèi)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，場(chǎng)區(qū)土層試驗(yàn)數(shù)據(jù)離散性大，地層整體密實(shí)，局部松散，力學(xué)特性一般。

場(chǎng)區(qū)內(nèi)勘探深度范圍內(nèi)地下水類型為潛水，以②-4粉細(xì)砂和②-5中砂為主要含水層。地下水位埋深5.6 m～8.3 m(高程介于769.17 m～772.11 m之間)，平均水位高程770.43 m。地下水受季節(jié)性降水和地表水體補(bǔ)給影響。

車站主體基坑深約17 m，基坑挖深范圍內(nèi)地層由上而下以填土、粉土、砂土為主，其特點(diǎn)是上部為不透水層、弱透水層，下部為透水層，基坑底部20 m深度范圍仍以透水砂層為主，局部有粉土層，呈透鏡體、尖滅狀分布，不連續(xù)。

3 圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系選擇

3.1地區(qū)經(jīng)驗(yàn)

太原深基坑多數(shù)采用放坡+排樁+錨索支護(hù)形式，如前述的國(guó)新能源基坑，放坡高度2.6 m，鋼筋混凝土樁φ900@1 200 mm，設(shè)置兩道錨索；山西新能源研發(fā)中心位于南中環(huán)街與長(zhǎng)治路交口處，建筑基坑深15.3 m，放坡深度約6 m，鋼筋混凝土樁φ900@1 500 mm，設(shè)置兩道錨索。

地下水處理多采用止水+坑外回灌措施保護(hù)坑外地下水損失。止水方案采用攪拌樁、旋噴樁兩種方式居多，國(guó)新能源基坑采用樁間旋噴+樁外增設(shè)一排旋噴樁加強(qiáng)止水；山西新能源研發(fā)中心基坑則采用樁外一圈三軸攪拌樁封閉止水方案，兩處基坑均取得較好的止水效果。

3.2地鐵圍護(hù)體系特點(diǎn)

地鐵基坑不同于民建基坑，簡(jiǎn)單套用民建基坑設(shè)計(jì)方案不盡合理，地鐵圍護(hù)體系存在以下幾方面特點(diǎn)。

3.2.1基坑深度較大

地鐵基坑深約17 m，比一般的民建基坑至少深約2 m，從地質(zhì)斷面可以看出，基坑底部2 m～3 m范圍為透水性較好的砂層，該透水砂層對(duì)止水效果和圍護(hù)結(jié)構(gòu)受力、基坑穩(wěn)定均是考慮的重點(diǎn)。

3.2.2基坑環(huán)境復(fù)雜

與民建基坑不同，地鐵基坑基本位于現(xiàn)狀道路范圍，周邊不僅有持續(xù)不斷的車流、人流，還有鄰近的地下管網(wǎng)，更有甚者，周邊還存在年代久遠(yuǎn)的構(gòu)筑物。這些影響源不加以注意、控制，對(duì)基坑的安全影響可能是致命的。如地下排水管網(wǎng)，管線滲漏易引起水土流失，造成基坑圍護(hù)體系受力失衡，喪失穩(wěn)定。

3.2.3基坑分散、整體規(guī)模大

地鐵線路基本沿城市主干道敷設(shè)，太原地鐵2號(hào)線沿太原最主要道路南北向穿城而設(shè)，基本上每個(gè)主要路口均設(shè)置一座車站。車站所處的周邊環(huán)境、地質(zhì)條件、水文條件均有所不同，每個(gè)基坑要保證萬(wàn)無(wú)一失，對(duì)管理、設(shè)計(jì)、施工各方均是一個(gè)考驗(yàn)。

3.2.4社會(huì)影響大

與民建單個(gè)基坑的封閉性而言，地鐵基坑具有開(kāi)放特性。地鐵本身就是城市基礎(chǔ)設(shè)施，為城市提供便捷的交通運(yùn)輸系統(tǒng)，社會(huì)關(guān)注度高。同時(shí)，車站施工多在道路范圍內(nèi)進(jìn)行，與社會(huì)交通、城市管網(wǎng)、公共設(shè)施始終都有關(guān)聯(lián)，一旦基坑出現(xiàn)險(xiǎn)情，社會(huì)影響面大。

3.3結(jié)構(gòu)體系比選

歷史上，太原因?yàn)榈叵滤拈_(kāi)采引起了較大的地表沉降，后由于采取了引黃入并、禁止地下水開(kāi)采等措施，沉降趨于收斂。雖然兩者無(wú)直接聯(lián)系，但太原城區(qū)基坑基本上以止水方式處理地下水。首開(kāi)段車站基坑設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)多方咨詢和多次評(píng)審最終確定為止水方式處理地下水，但降、止水分別對(duì)地層的影響仍缺少相關(guān)試驗(yàn)研究。

地鐵車站主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)通常有SMW樁、咬合樁、灌注樁、地下連續(xù)墻四種形式。SMW樁在南京地鐵車站主體圍護(hù)采用過(guò)，但其止水相對(duì)單薄，至今仍未在車站主體圍護(hù)中大規(guī)模推廣使用，特別在高水位的砂層中使用風(fēng)險(xiǎn)較高，因此，SMW樁不適用本車站；咬合樁在華東地區(qū)基坑中有一些應(yīng)用，在國(guó)內(nèi)其他地區(qū)基坑也有零星使用，但其設(shè)備數(shù)量較少，成樁技術(shù)專業(yè)性強(qiáng)，專業(yè)施工隊(duì)伍不多，整體市場(chǎng)資源匱乏，同時(shí)，咬合樁的工程造價(jià)相對(duì)較高，在本站圍護(hù)方案比較中不具優(yōu)勢(shì)。灌注樁的優(yōu)勢(shì)在于工藝成熟、工程造價(jià)低，施工隊(duì)伍眾多，太原大多數(shù)深基坑采用該圍護(hù)結(jié)構(gòu)。地下連續(xù)墻優(yōu)勢(shì)在于滿足受力需要的基礎(chǔ)上兼顧止水性能，且止水效果較其他方式易控制。但太原地區(qū)采用連續(xù)墻作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)的基坑較少，成熟的施工隊(duì)伍以及施工機(jī)具需要外部引進(jìn)。2008年太原親賢北街梅園中心停車庫(kù)基坑采用地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)，并將連續(xù)墻作為疊合墻使用采用逆作法完成停車庫(kù)施工。該基坑最大深約18 m，周圍有鄰近商業(yè)建筑，從施作效果看，地下連續(xù)墻施工速度較快，止水性能較好，周邊地層變形小。

考慮到地鐵基坑的特點(diǎn)以及缺乏地區(qū)地鐵建設(shè)經(jīng)驗(yàn)等，最終在灌注柱與連續(xù)墻之間重點(diǎn)進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)控制和工程造價(jià)兩方面比較。連續(xù)墻對(duì)比灌注樁不僅整體性強(qiáng)、剛度大、止水性能優(yōu)勢(shì)明顯，而且工程質(zhì)量較易控制，工程風(fēng)險(xiǎn)小，但業(yè)界一直認(rèn)為其造價(jià)往往較高，這是很多工程最終舍棄連續(xù)墻方案的主要原因。

對(duì)此，本工程方案研究階段對(duì)圍護(hù)樁止水體系和連續(xù)墻止水體系進(jìn)行了整體的工程費(fèi)用對(duì)比。假定圍護(hù)樁體系采用φ1 000@1 400 mm灌注樁，一道φ850@600 mm三軸攪拌樁止水；地下連續(xù)墻采用800厚。樁墻長(zhǎng)均取25 m。根據(jù)兩方案特點(diǎn)，工程預(yù)算對(duì)比見(jiàn)表2。

表2 工程費(fèi)用對(duì)比表

根據(jù)上述比較，地下連續(xù)墻圍護(hù)體系工程預(yù)算費(fèi)用較圍護(hù)樁體系高約250萬(wàn)元，約占圍護(hù)體系總造價(jià)10%。

盡管地下連續(xù)墻圍護(hù)體系費(fèi)用稍高，但考慮到基坑中下部及基底范圍內(nèi)地層以透水性砂層為主，基坑發(fā)生滲漏幾率較大，同時(shí)缺少地區(qū)施工經(jīng)驗(yàn)，車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)最終選擇地下連續(xù)墻體系。

4 工程實(shí)施情況

盡管確定了地下連續(xù)墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案，但該工藝對(duì)地層適用性、工效還需要驗(yàn)證，同時(shí)場(chǎng)區(qū)內(nèi)還存在約34根錨索、埋深較大的污水管，這些均與連續(xù)墻正交，影響連續(xù)墻的施工。

4.1成孔問(wèn)題

成孔是地下連續(xù)墻施工重點(diǎn)考慮的問(wèn)題，涉及塌孔、工效、設(shè)備磨損等方面問(wèn)題。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，連續(xù)墻適宜在粉土、砂土中成孔，唯一擔(dān)心的是在新近沉積的砂層中可能出現(xiàn)的塌孔問(wèn)題。目前車站86幅連續(xù)墻已全部施工完畢，單幅墻成孔時(shí)間約8 h，從墻體超聲波檢測(cè)結(jié)果來(lái)看，成孔質(zhì)量良好。

4.2錨索處理

錨索問(wèn)題是比選圍護(hù)結(jié)構(gòu)時(shí)考慮的因素之一，無(wú)論是鉆孔灌注樁還是連續(xù)墻施工都存在錨索拔除問(wèn)題，如果僅在成孔時(shí)由設(shè)備直接沖擊、強(qiáng)力拉出，擔(dān)心造成孔壁坍塌，特別是錨索所處位置均為富水砂層，風(fēng)險(xiǎn)較大，因此，圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工前，要求錨索通過(guò)設(shè)置專門工作坑由專用設(shè)備徑向拔出，此方法在西安、鄭州地鐵工程中應(yīng)用過(guò)。在實(shí)際的施工過(guò)程中，施工單位考慮場(chǎng)地、專業(yè)技術(shù)等方面因素，決定嘗試由成槽機(jī)抓斗鉗住錨索，然后直接提升抓斗，拔除錨索。從實(shí)施結(jié)果來(lái)看，成槽機(jī)拔出錨索效果較好，地表未見(jiàn)異常沉降，超聲波檢查墻體外擴(kuò)現(xiàn)象不嚴(yán)重，最終場(chǎng)區(qū)內(nèi)所有錨索均采用此方式排除。

2015年9月，中心街西站主體結(jié)構(gòu)封頂。從地層開(kāi)挖揭露的情況來(lái)看，地下連續(xù)墻墻體混凝土密實(shí)，無(wú)滲漏、析水現(xiàn)象，僅墻縫接頭處偶有濕漬。土方開(kāi)挖過(guò)程地表、墻體變形小，基坑穩(wěn)定，這為主體結(jié)構(gòu)施工創(chuàng)造了較好的工作條件。中心街西站全長(zhǎng)約211 m，地下2層結(jié)構(gòu)，主體結(jié)構(gòu)施工從挖土到結(jié)構(gòu)封頂用時(shí)僅3個(gè)余月，創(chuàng)造了全國(guó)地鐵車站用時(shí)最短的施工記錄。

5 結(jié)語(yǔ)

首開(kāi)段地鐵工程多以探索合適工程施工方案、積累建設(shè)管理經(jīng)驗(yàn)為目的，工程前期對(duì)于方案的選擇各方均投入了大量的精力和時(shí)間，方案的選擇十分謹(jǐn)慎。地下連續(xù)墻方案的確定不僅基于技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等方面考慮，更多地考慮了工程的安全性、適用性，設(shè)計(jì)達(dá)到了選型合理、安全可靠的目的。從目前的實(shí)施情況來(lái)說(shuō)，此方案適用于太原地區(qū)的地層條件，施工速度快，同時(shí)該工藝對(duì)場(chǎng)區(qū)內(nèi)錨索、管線等也表現(xiàn)了較強(qiáng)的處置能力，這為下一步大面積的地鐵建設(shè)提供了強(qiáng)有力的參考依據(jù)。

[1] 鄭 剛.深基坑工程設(shè)計(jì)理論及工程應(yīng)用[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010.

[2] 龔曉南.基坑工程實(shí)例[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2012.

[3] 劉彥忠，劉志忠.太原地區(qū)基坑支護(hù)技術(shù)綜述[J].山西建筑，2001，27(6)：30-31.

Comparisonandselectionofenclosingstructureplanformetrostationfoundationpit

YanChaotao

(BeijingGeneralMunicipalEngineeringDesign&ResearchInstituteCo.,Ltd,Beijing100082,China)

Usually, for the plan of foundation pit enclosing structure, experiences in the region are referred to, analog method is used for engineering design. For cities with new-built metro system, in order to decide the plan for enclosing structure, a lot of investigations, comparisons and discussions shall be made prior to the final decision. In this paper, supported by the metro station of the firstly been-constructed section in Taiyuan metro, it describes how the pit enclosing structure plans were compared and selected; and based on the characteristics of the metro station pit, underground diaphragm wall was finally chosen, which is a less employed plan in Taiyuan area.

firstly been-constructed section, metro station, enclosing structure, underground diaphragm wall

1009-6825(2017)32-0052-02

2017-09-06

閆朝濤(1977- )，男，碩士，高級(jí)工程師，注冊(cè)巖土工程師，注冊(cè)一級(jí)建造師

TU753

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