地鐵車(chē)站與高鐵站房共建綜合站區(qū)深基坑監(jiān)測(cè)及分析

邱慶翌

(中鐵十四局集團(tuán)大盾構(gòu)工程有限公司，江蘇 南京 210031)

隨著高速鐵路與城市地下空間的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)，同期考慮高鐵、地鐵車(chē)站的綜合交通樞紐結(jié)合設(shè)置，同步交叉建設(shè)的情況越來(lái)越多，深基坑施工需在交錯(cuò)復(fù)雜環(huán)境下實(shí)施。在這種復(fù)雜的環(huán)境下既要保證基坑開(kāi)挖的順利進(jìn)行，又不能危及共建高架高鐵站房的安全與穩(wěn)定。為此在地鐵基坑開(kāi)挖過(guò)程中，需要對(duì)基坑本身、鄰近高架橋梁等外部建(構(gòu))筑物及環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，依據(jù)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的整理分析，及時(shí)全面地了解基坑安全性以及周邊建(構(gòu))筑物及環(huán)境受影響程度，并及時(shí)采取有效措施，全面保障地鐵基坑工程和高鐵高架站的順利進(jìn)行。

本文以南通軌道交通先期預(yù)埋站南通西站為工程背景，針對(duì)地鐵站施工垂直正穿在建國(guó)鐵滬通鐵路高架站的深基坑工程，通過(guò)對(duì)施工過(guò)程中監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析，得出了地鐵車(chē)站深基坑變形及在建高鐵高架橋墩的豎向位移變化規(guī)律，為后續(xù)類(lèi)似工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和施工過(guò)程控制等提供一定的參考。

1　工程概況

滬通鐵路南通西高架站為該鐵路線路第二座車(chē)站，后續(xù)鹽通鐵路、通蘇嘉鐵路接入共用該站。設(shè)站于南通市通州區(qū)平潮鎮(zhèn)。滬通鐵路南通西站市政配套工程為南通市軌道交通1號(hào)線一期工程下穿滬通鐵路預(yù)留土建工程，由于南通市軌道1號(hào)線一期工程當(dāng)時(shí)處于工可階段，為匹配滬通鐵路建設(shè)計(jì)劃，地鐵南通西站單獨(dú)立項(xiàng)并提前實(shí)施，實(shí)施范圍為車(chē)站土建工程。

地鐵南通西站垂直正穿在建國(guó)鐵滬通鐵路，位于滬通鐵路南通西高架站橋梁正線34、35號(hào)橋墩正中間，車(chē)站圍護(hù)結(jié)構(gòu)距離高架橋承臺(tái)最小凈距1.15 m。地鐵車(chē)站與國(guó)鐵站房候車(chē)廳共結(jié)構(gòu)柱設(shè)置，地鐵車(chē)站夾層板與下沉廣場(chǎng)底板共板設(shè)置。

車(chē)站圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用800 mm厚地下連續(xù)墻+內(nèi)支撐為主。主體結(jié)構(gòu)基坑采用明挖法施工。車(chē)站為地下二層島式車(chē)站，有效站臺(tái)寬度13 m，標(biāo)準(zhǔn)段車(chē)站寬度21.7 m，車(chē)站長(zhǎng)度213.15 m，基坑開(kāi)挖深度約為17.35 m，其中上部約5.25 m為放坡開(kāi)挖，坡率為1∶1.5，放坡水平長(zhǎng)度8.025 m，采用土釘噴錨支護(hù)(土釘長(zhǎng)度為2 m)。車(chē)站第一道支撐為C30砼支撐，間距4 m，第二、三道為?609 mm壁厚16 mm的鋼支撐，間距3 m。國(guó)鐵承臺(tái)樁基深度為基坑以下3.0 m。

車(chē)站站址周邊建(構(gòu))筑物以1～2層低矮民宅為主。

南通軌道交通1號(hào)線南通西站基坑平面位置及周邊環(huán)境如圖1所示，基坑剖面如圖2所示。

圖1南通西站基坑平面位置示意圖

圖2　南通西站基坑剖面示意圖

2　工程地質(zhì)

根據(jù)勘察報(bào)告，沿線地貌單一，均為長(zhǎng)江下游沖積平原區(qū)新三角洲平原。場(chǎng)地內(nèi)自上而下依次劃分為：①雜填土-素填土；②粉土夾粉質(zhì)粘土；③1粉砂夾粉土，③2粉砂，③2a粉砂夾粉土，③3粉砂；④1粉質(zhì)粘土，④2粉質(zhì)粘土夾粉砂；⑤粉土夾粉砂；⑥1粉砂，⑥1a粉質(zhì)粘土夾粉砂，⑥2粉砂。本站基坑坑底均位于③2a粉砂夾粉土層中。沿線水田、村莊密布，水系發(fā)達(dá)。車(chē)站所處場(chǎng)地工程地質(zhì)物理力學(xué)指標(biāo)見(jiàn)表1。

3　工程施工情況

3.1　施工方法

針對(duì)南通西站基坑開(kāi)挖特點(diǎn)及開(kāi)挖工序，綜合考慮國(guó)鐵結(jié)構(gòu)橋梁結(jié)構(gòu)和周邊環(huán)境的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)采用放坡開(kāi)挖+地下連續(xù)墻+內(nèi)支撐體系的開(kāi)挖方式，通過(guò)快速均衡施工，減少開(kāi)挖過(guò)程中基坑暴露時(shí)間，同時(shí)也降低施工成本，保證了軌道交通南通西站的順利完成。考慮距離國(guó)鐵承臺(tái)墩柱較近，采用放坡明挖法具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)放坡開(kāi)挖一層，在基坑開(kāi)挖階段，減小了側(cè)向土壓力對(duì)34、35號(hào)承臺(tái)墩柱的影響，保證了墩柱的穩(wěn)定性；(2)明挖法避免了較多的支撐立柱樁，開(kāi)挖速度加快，節(jié)省了工期；(3)明挖法基坑開(kāi)挖面暴露在外，如遇突發(fā)狀況，便于及時(shí)采取相應(yīng)措施。

表1　土層的基本物理力學(xué)參數(shù)

南通西站正下穿國(guó)鐵34、35號(hào)橋墩位置，基坑安全等級(jí)為一級(jí)，地表最大沉降≤0.1%H(10 mm)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)最大水平位移≤0.14%H(15 mm)，該位置采用三道支撐體系，第一道為鋼筋混凝土支撐；第二、三道為鋼支撐。與滬通鐵路橋梁相鄰標(biāo)準(zhǔn)段施工工序?yàn)椋旱谝徊?，?guó)鐵橋梁樁基施工完畢，地鐵路面施工攪拌樁加固，施工導(dǎo)墻、地下連續(xù)墻，地面施工基底抗拔樁及降水井，實(shí)施降水；第二步，放坡開(kāi)挖(實(shí)時(shí)施工土釘噴錨支護(hù))到坡底，施作第一道砼支撐及冠梁；第三步，依次向下開(kāi)挖至第二、三次開(kāi)挖面，架設(shè)第二、三道支撐，及時(shí)預(yù)加應(yīng)力，向下開(kāi)挖至基底；第四步，及時(shí)施工墊層、防水層，澆筑底板，待達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，拆除第三道鋼支撐，向上施工側(cè)墻；第五步，拆除第二道鋼支撐，向上施工側(cè)墻、頂板；第六步，拆除第一道支撐，澆筑站廳層側(cè)墻、中柱，回填，澆筑車(chē)站夾層頂板混凝土，國(guó)鐵施工橋梁承臺(tái)與墩身。

3.2　施工技術(shù)措施

為了確?；蛹皣?guó)鐵施工安全，34、35號(hào)承臺(tái)附近施工采取了一系列的措施。

(1)抗拔樁：車(chē)站自身抗浮不滿(mǎn)足要求，為了減小車(chē)站上浮對(duì)滬通鐵路橋梁的影響，對(duì)車(chē)站整體施工了抗拔樁。

(2)三軸攪拌樁地墻槽壁加固：為了降低地連墻成槽開(kāi)挖過(guò)程中塌槽對(duì)國(guó)鐵橋梁樁基影響，在該位置地連墻內(nèi)、外側(cè)分別采用三軸攪拌樁進(jìn)行槽壁加固。

(3)支撐體系：在整體基坑開(kāi)挖深度基本相同的情況下，在與滬通鐵路交叉段加強(qiáng)采用了三道支撐體系，第一道為鋼筋混凝土支撐，第二、三道為鋼支撐。第一道混凝土支撐略高于高架橋梁承臺(tái)標(biāo)高。另外，該位置的設(shè)計(jì)及預(yù)加軸力在基坑開(kāi)挖期間都比標(biāo)準(zhǔn)段偏大，降低了基坑的變形風(fēng)險(xiǎn)，從而降低了對(duì)高架橋梁樁基的影響。

(4)監(jiān)測(cè)措施：在該位置加密布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，同時(shí)根據(jù)施工進(jìn)度加密監(jiān)測(cè)頻率。

4　監(jiān)測(cè)方案

4.1　監(jiān)測(cè)內(nèi)容及布點(diǎn)

針對(duì)本項(xiàng)目的特殊性，在基坑施工期間對(duì)基坑及高架橋墩進(jìn)行了全過(guò)程的監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)項(xiàng)目主要有圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻體深層水平位移、支撐軸力、高架橋墩沉降、圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻頂位移。具體布點(diǎn)、測(cè)量方法如下：

(1)圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻體深層水平位移(測(cè)斜)，該區(qū)域加密布設(shè)約12 m布置一處，每邊不宜少于1個(gè)圍護(hù)墻體內(nèi)，測(cè)斜管直接綁扎固定在墻體鋼筋籠上，鋼筋籠入槽(孔)后澆筑混凝土，埋設(shè)就位的測(cè)斜管必須保證有一對(duì)凹槽與基坑邊緣垂直。采用測(cè)斜儀CX-901F進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集。

(2)支撐軸力監(jiān)測(cè)，布設(shè)位置盡量與測(cè)斜點(diǎn)同斷面。首道砼支撐每斷面埋設(shè)4只傳感器，埋設(shè)于支撐截面中間位置的主筋上。二、三道鋼支撐安裝軸力計(jì)進(jìn)行軸力測(cè)試，軸力計(jì)固定在鋼支撐固定端。采用頻率儀608A進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集。

(3)圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻頂位移監(jiān)測(cè)，在測(cè)斜孔旁用鉆機(jī)鉆孔后直接埋入強(qiáng)制對(duì)中裝置，采用全站儀進(jìn)行位移監(jiān)測(cè)。

(4)高架橋墩沉降，在34、35號(hào)每個(gè)橋墩四角位置布設(shè)沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)，由于橋墩位于坑中坑，高差較大，采用全站儀進(jìn)行高程測(cè)量。

該區(qū)域監(jiān)測(cè)布點(diǎn)如圖3所示。

4.2　監(jiān)測(cè)控制值

本項(xiàng)目監(jiān)測(cè)控制值依據(jù)《江蘇省城市軌道交通工程監(jiān)測(cè)規(guī)程》(DGJ32/J 195-2015)和設(shè)計(jì)文件相關(guān)要求，結(jié)合本工程實(shí)際情況，各監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的控制值見(jiàn)表2。

圖3　34、35號(hào)橋墩位置監(jiān)測(cè)布點(diǎn)圖

5　監(jiān)測(cè)結(jié)果及其影響分析

5.1　圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻體深層水平位移

根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，墻體測(cè)斜與基坑開(kāi)挖深度密切相關(guān)，本文挑選該位置變形最大點(diǎn)位CX11做說(shuō)明。測(cè)斜變形曲線整體呈兩頭小、中間大，符合常見(jiàn)多道內(nèi)支撐圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形規(guī)律，隨著基坑開(kāi)挖深度的增加，測(cè)斜變形最大點(diǎn)逐步下移并增大。第一道砼支撐施工完畢，墻體測(cè)斜變形較小近似直線。當(dāng)基坑開(kāi)挖至基底、以及拆除第三道鋼支撐時(shí)，基坑中部8 m位置出現(xiàn)了2 mm左右的位移量，基坑封頂后，最大變形位置在深度8.5 m(基底深度10.3 m)累計(jì)變形量4.66 mm，未超過(guò)監(jiān)測(cè)控制警戒值10 mm(參見(jiàn)圖4)。

5.2　圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻頂豎向位移監(jiān)測(cè)

坑中坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工期間，墻頂豎向位移監(jiān)測(cè)較穩(wěn)定，隨著基坑開(kāi)挖深度的增加，基坑卸載逐漸增大。同時(shí)，擬建場(chǎng)地承壓水層為承壓水，主要賦存于⑤～⑥2層粉土、粉砂中，穩(wěn)定水位為0.30～0.55 m，基坑上浮力增大。在基坑開(kāi)挖至基底位置，墻頂豎向位移ZQC11累計(jì)變化量12.0 mm，接近報(bào)警值15 mm。此后基坑底板、主體結(jié)構(gòu)施工，墻頂豎向位移監(jiān)測(cè)有變小趨勢(shì)并逐漸穩(wěn)定(參見(jiàn)圖5)。

圖4　圍護(hù)墻體深層水平位移變化曲線

5.3　橋墩沉降監(jiān)測(cè)

車(chē)站圍護(hù)結(jié)構(gòu)距離高架橋承臺(tái)最小凈距1.15 m，對(duì)基坑兩側(cè)34和35號(hào)橋墩進(jìn)行沉降監(jiān)測(cè)，圖6為高架橋墩沉降變形曲線。

橋墩沉降變化規(guī)律與圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻頂豎向位移變化基本一致，基坑開(kāi)挖前期，隨著基坑開(kāi)挖深度增大，整體下沉約0～3.5 mm。同時(shí)根據(jù)測(cè)斜監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，基坑開(kāi)挖至基底變形最大，坑外主動(dòng)土壓力增大，導(dǎo)致橋墩出現(xiàn)下沉現(xiàn)象，說(shuō)明圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形對(duì)高架橋墩的沉降影響是比較明顯的。隨著底板澆筑完成、主體結(jié)構(gòu)施工及地下承壓水影響，高架橋墩呈上升趨勢(shì)并趨于穩(wěn)定。

基坑開(kāi)挖期間，坡內(nèi)基坑周邊地表整體上升2～4mm(控制指標(biāo)15mm)，坡頂高架橋墩31及38號(hào)整體上升4～6 mm(控制指標(biāo)8 mm)，均未超設(shè)計(jì)控制標(biāo)準(zhǔn)，顯示基坑施工過(guò)程中對(duì)滬通鐵路高架橋墩影響較小，基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)深層水平位移也在控制范圍內(nèi)。基坑處于安全可控狀態(tài)，有效地保護(hù)了周邊環(huán)境，圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案切實(shí)可行。

圖5圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻頂豎向位移變化曲線

圖6　高架橋墩沉降變化曲線

6　結(jié)論

(1)基坑開(kāi)挖過(guò)程中，墻體深層水平位移隨機(jī)開(kāi)挖深度增加而逐步增加，墻體深層水平位移最大點(diǎn)位在基底附近。

(2)支撐體系采用鋼筋混凝土+鋼支撐組合，有效地保證了基坑的整體穩(wěn)定性，滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)施工和設(shè)計(jì)要求，在施工中需加強(qiáng)對(duì)其監(jiān)測(cè)。

(3)在整個(gè)施工過(guò)程中，各項(xiàng)監(jiān)測(cè)項(xiàng)累計(jì)變化量均在控制標(biāo)準(zhǔn)以?xún)?nèi)，監(jiān)測(cè)、圍護(hù)方案可行，基坑及高架橋均處于安全狀態(tài)。本工程的順利實(shí)施，為類(lèi)似工程提供了參考。