地鐵深基坑支護(hù)技術(shù)方案研究

基坑開挖既是修建基礎(chǔ)與地下工程過程中長時(shí)間存在的一個(gè)傳統(tǒng)課題，也是巖土工程中存在的一個(gè)綜合難題[1]，在基坑土方開挖和支護(hù)施工過程中要加強(qiáng)監(jiān)測并及時(shí)反饋信息[2]。目前國內(nèi)常用深基坑支護(hù)技術(shù)有土釘支護(hù)、復(fù)合土釘支護(hù)、噴錨網(wǎng)支護(hù)、排樁支護(hù)、樁錨支護(hù)，深層攪拌水泥樁、高壓旋噴樁、地下連續(xù)墻、環(huán)形支護(hù)結(jié)構(gòu)等[3～4]，

鄭州市奧體中心站是目前該市在建的最深基坑，支護(hù)難度大、施工周期長，根據(jù)土層特性和當(dāng)?shù)氐氖┕そ?jīng)驗(yàn)，采用了上部土釘墻、下部灌注樁+內(nèi)支撐的支護(hù)結(jié)構(gòu)形式。

1 工程概況

奧體中心站為地鐵14號線與6號線的換乘車站，呈T形換乘，其中14號線南北向敷設(shè)，6號線東西向敷設(shè)。

奧體中心站14號線車站總長219.9 m，站臺寬度為14 m，標(biāo)準(zhǔn)段外包總寬23.3 m，車站埋深為28.7 m。奧體中心站6號線車站總長198.2 m，標(biāo)準(zhǔn)段外包總寬24.1 m，車站埋深為37.3 m。車站頂板覆土12 m，車站共設(shè)置6個(gè)出入口通道、3組風(fēng)亭，14號線車站為兩層三跨箱型框架式結(jié)構(gòu)。

2 工程地質(zhì)

沿線地層分布穩(wěn)定，基坑開挖影響范圍內(nèi)土層的主要物理力學(xué)參數(shù)見表1。

表1 土層的主要物理力學(xué)參數(shù)

3 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)形式

上部采用土釘墻支護(hù)，基坑深13.1 m。一級坡高8.2 m、1∶0.75放坡、平臺寬3.0 m；二級坡高4.9 m、1∶0.75放坡、平臺寬6.0 m。下部采用灌注樁+內(nèi)支撐支護(hù)，基坑深25.8 m，灌注樁長44.8 m、直徑1.2 m、間距1.45 m，1道混凝土支撐+4道鋼支撐，見圖1。奧體中心站6號線車站和14號線車站的深基坑分段支護(hù)尺寸見表2。

圖1 基坑設(shè)計(jì)模型

表2 深基坑分段支護(hù)尺寸 m

3.1 上部土釘墻

主體結(jié)構(gòu)頂板以上土體采用45°角放坡開挖，邊坡采用?25、22、20 mm、長5～11.2 m錨桿進(jìn)行支護(hù)；外加?120 mm加強(qiáng)土釘。坡面掛?8 mm@150 mm×150 mm鋼筋網(wǎng)片，噴射100 mm厚C20混凝土，以保持樁間土體穩(wěn)定。

3.2 下部灌注樁+內(nèi)支撐

6號線標(biāo)準(zhǔn)段圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用?1 200 mm@1 450 mm鉆孔灌注樁，主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)第一道支撐采用800 mm×1 000 mm混凝土支撐，其余支撐采用鋼管支撐。標(biāo)準(zhǔn)段圍護(hù)樁入土深度22.0 m。

14號線標(biāo)準(zhǔn)段圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用?1 000 mm@1 200 mm鉆孔灌注樁，主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)第一道支撐采用800 mm×1 000 mm混凝土支撐，第2～4道支撐采用鋼管支撐。標(biāo)準(zhǔn)段圍護(hù)樁入土深度15.0 m。

3.3 支護(hù)結(jié)構(gòu)的數(shù)值模擬

運(yùn)用有限元對支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)值模擬，見圖2。

圖2 支護(hù)結(jié)構(gòu)位移模擬結(jié)果

從圖2可以看出，樁頂以上土釘墻段產(chǎn)生向基坑方向的位移，即圖2中X軸的負(fù)向位移，位移云圖呈圓弧狀分布，與土體的滑移線形狀接近，最大水平位移為14.98 mm，滿足相關(guān)規(guī)范的要求[1]，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)方案的合理性。

4 基坑降水

14號線車站基坑長度219.9 m，寬度23.4 m，深度33.3 m；6號線車站基坑長度207.6 m，寬度23.7 m，深度40.7 m；深管井距基坑上口以下12.4 m，降水井按潛水非完整井計(jì)算。

6號線基坑設(shè)置39個(gè)降水井，井間距為9.5 m，井深41.17 m；14號線設(shè)置25個(gè)降水井，井間距為15 m，井深33.899 m。

5 基坑監(jiān)測

共布設(shè)地表沉降點(diǎn)153個(gè)；結(jié)構(gòu)樁(坡)頂水平位移監(jiān)測點(diǎn)103個(gè)；圍護(hù)結(jié)構(gòu)樁(坡)頂豎向位移監(jiān)測點(diǎn)103個(gè)。

對奧體中心站深基坑的水平位移和基坑頂（土釘墻頂部）地表沉降進(jìn)行了實(shí)時(shí)監(jiān)測，從2017年10月15日—2018年5月13日，共計(jì)超過250 d，監(jiān)測結(jié)果見圖3和圖4。在施工期間對基坑周邊地下水位進(jìn)行了觀測，結(jié)果見圖5。

圖3 灌注樁水平位移變化曲線

圖4 基坑頂?shù)乃轿灰谱兓€

圖5 基坑周邊地下水位下降曲線

2018年5月8 日底板澆筑，監(jiān)測的變形達(dá)到穩(wěn)定值，最大變形值見表3。

表3 監(jiān)測變形最大值

整個(gè)基坑開挖期間，水平位移最大的26.2 mm是地表下6.0 m處，滿足相關(guān)規(guī)范規(guī)定的±30.0 m的控制值要求。水平位移觀測期間內(nèi)，未發(fā)現(xiàn)沉降異常，測得的最大位移速率為1.40 mm/d，為初期開挖基坑階段，隨著灌注樁的施工和鋼支撐的架設(shè)，沉降速率變得平緩穩(wěn)定，最大位移和變形速率均滿足規(guī)范要求。地下水位變化比較穩(wěn)定，在降水達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，由于土方的開挖、支護(hù)施工，對水位產(chǎn)生一定的波動，基坑施工初期20 d內(nèi)的水位最大下降為30 cm，之后的水位下降速率基本控制在0.5 mm/d之內(nèi)。

6 結(jié)論

整個(gè)基坑施工過程中，地表變形、灌注樁變形、地下水位變化均滿足相關(guān)規(guī)范要求。該支護(hù)結(jié)構(gòu)的成功實(shí)施，為本地區(qū)的地鐵深基坑建設(shè)提供了技術(shù)支撐。