地鐵深基坑支護技術方案研究

基坑開挖既是修建基礎與地下工程過程中長時間存在的一個傳統(tǒng)課題，也是巖土工程中存在的一個綜合難題[1]，在基坑土方開挖和支護施工過程中要加強監(jiān)測并及時反饋信息[2]。目前國內(nèi)常用深基坑支護技術有土釘支護、復合土釘支護、噴錨網(wǎng)支護、排樁支護、樁錨支護，深層攪拌水泥樁、高壓旋噴樁、地下連續(xù)墻、環(huán)形支護結構等[3～4]，

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

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，6號線東西向敷設。

奧體中心站14號線車站總長219.9 m，站臺寬度為14 m，標準段外包總寬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，標準段外包總寬24.1 m，車站埋深為37.3 m。車站頂板覆土12 m，車站共設置6個出入口通道、3組風亭，14號線車站為兩層三跨箱型框架式結構。

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參數(shù)見表1。

表1 土層的主要物理力學參數(shù)

3 基坑支護結構形式

上部采用土釘墻支護，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，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尺寸見表2。

圖1 基坑設計模型

表2 深基坑分段支護尺寸 m

3.1 上部土釘墻

主體結構頂板以上土體采用45°角放坡開挖，邊坡采用?25、22、20 mm、長5～11.2 m錨桿進行支護；外加?120 mm加強土釘。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號線標準段圍護結構采用?1 200 mm@1 450 mm鉆孔灌注樁，主體圍護結構第一道支撐采用800 mm×1 000 mm混凝土支撐，其余支撐采用鋼管支撐。標準段圍護樁入土深度22.0 m。

14號線標準段圍護結構采用?1 000 mm@1 200 mm鉆孔灌注樁，主體圍護結構第一道支撐采用800 mm×1 000 mm混凝土支撐，第2～4道支撐采用鋼管支撐。標準段圍護樁入土深度15.0 m。

3.3 支護結構的數(shù)值模擬

運用有限元對支護結構進行數(shù)值模擬，見圖2。

圖2 支護結構位移模擬結果

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，滿足相關規(guī)范的要求[1]，驗證了設計方案的合理性。

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算。

6號線基坑設置39個降水井，井間距為9.5 m，井深41.17 m；14號線設置25個降水井，井間距為15 m，井深33.899 m。

5 基坑監(jiān)測

共布設地表沉降點153個；結構樁(坡)頂水平位移監(jiān)測點103個；圍護結構樁(坡)頂豎向位移監(jiān)測點103個。

對奧體中心站深基坑的水平位移和基坑頂（土釘墻頂部）地表沉降進行了實時監(jiān)測，從2017年10月15日—2018年5月13日，共計超過250 d，監(jiān)測結果見圖3和圖4。在施工期間對基坑周邊地下水位進行了觀測，結果見圖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，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，在降水達到設計要求后，由于土方的開挖、支護施工，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 結論

整個基坑施工過程中，地表變形、灌注樁變形、地下水位變化均滿足相關規(guī)范要求。該支護結構的成功實施，為本地區(qū)的地鐵深基坑建設提供了技術支撐。