長沙新建西路地鐵車站施工風險勘測及控制技術

沈紅良,何浩,彭仁軍,鄔振洲,張標,張道兵,張佳華,朱遠嫘

(1.中鐵五局集團 第一工程有限責任公司,湖南 長沙 410117; 2.中鐵五局集團有限公司,湖南 長沙 410000;3.湖南科技大學 土木工程學院,湖南 湘潭 411201;4.湖南科技大學 南方煤礦瓦斯與頂板災害預防控制安全生產重點實驗室煤礦安全開采技術湖南省重點實驗室,湖南 湘潭 411201)

地鐵作為新興的交通方式,有效地緩解了交通壓力,在城市交通體系中占據著重要地位.明挖法是地鐵車站施工時最常用的方法,但隨著城市建設的加快,地鐵車站施工現場周圍的建筑物不斷增多,車流量也不斷增大,在施工過程中可能會因地質情況、動荷載及周邊建筑等的影響產生諸多風險,若無法有效控制風險則易引發(fā)安全事故和財產損失[1-3].

在運用明挖法施工時應確保施工安全和周圍建筑物的結構安全.因此,在施工前進行風險源調查具有重要意義[4-5].王曉明[6]指出了地鐵施工可能存在的地質條件風險、外部風險、管理風險、技術風險等風險源,為進行風險源調查提供了指導;唐傳政等[7]列舉了武漢地鐵3號線一期工程23座車站基坑施工可能存在的風險并提出了相應的解決措施,提高了施工的安全性;胡眾等[8]以合肥地鐵3號線為例,建立風險評價模型以此確定風險等級,并提出了基坑變形控制的相關建議;王峰等[9]以成都地鐵鳳溪站為例,探究了富水卵石層深基坑施工風險等級,并針對該地質條件下基坑開挖提出了建議措施;楊濤[10]以常州軌道交通1號線為例,分析了地鐵車站施工對周圍建筑物的影響,并根據分析結果對其采取了保護措施.

以上對于地鐵施工風險的調查研究多是從整條地鐵線路施工角度分析,少有對具體車站施工的風險源研究,且多是單一的分析某一種風險并提出建議，同時,因深基坑施工工程的特殊性,不同的地質環(huán)境及不同施工方法可能存在的風險也不一樣.基于上述內容,本文以長沙地鐵一號線新建西路車站施工為例,全面考慮以雜填土和卵石層為主要地層條件下明挖法施工的風險源,并通過風險分析提出富有針對性的解決措施,旨在提高地鐵車站施工的安全性.

1 工程簡介

1.1 車站概況

新建西路站位于芙蓉路、新建西路以及規(guī)劃路交叉口,沿芙蓉中路南北呈一字型布置.車站為地下二層、局部三層的10 m單柱島式車站,站臺寬度12 m.車站共設置4個出口,2組風亭,車站主體結構采用明挖法施工,圍護結構采用1 000 mm地下連續(xù)墻，其中地層主要為雜填土和卵石層.

1.2 車站基坑與周邊構建物位置關系

車站位于繁華的都市主干道上,施工場區(qū)周邊毗鄰多個高層建筑物,主要為新芙蓉之都、城市快線、省交通科學研究院等,各建筑與車站的位置關系如圖1所示.為確保周邊建筑物和施工安全,特對新建西路站周邊構建物進行了實地勘查,勘查結果整理如表1所示,勘查發(fā)現新建西路車站周邊管線眾多,其中包括燃氣、電力、電信、排水、供水等管線,而且車站圍護結構西側的部分排水管道距圍護結構不到1 m,地下管線和管道的分布嚴重制約著車站施工.

圖1 車站與周圍建筑位置關系

表1 新建西路周邊建筑物情況一覽表

2 地鐵車站施工的風險源分析

2.1 深基坑施工風險

新建西站基坑深度22.5～24.8 m,基坑長度175.5 m,屬深基坑,基坑深度范圍內主要以雜填土、粗砂和卵石層為主,以上地層均易壓縮且屬強透水層,地層情況較差,連續(xù)墻成槽過程中容易引起塌孔,土方開挖過程中容易引起過大的地表沉降.同時考慮到連續(xù)墻接頭處滲水風險的存在,地下水可能通過接頭滲入至基坑內,長時間的滲漏容易造成連續(xù)墻背后水土流失,造成基坑失穩(wěn),使土體往基坑方向位移,地面下沉.

2.2 車站主體基坑對周邊建筑物的影響

新建西站周邊建筑物主要為新芙蓉之都售樓部、城市快線、潭州瓦缸及省交通科學研究院,其中省交通科學研究院和潭州瓦缸年代長,且交通疏解道路外擴后,地面交通量較大,周邊動載極大,車站主體圍護結構采用地下連續(xù)墻,基坑開挖深度22.5～24.8 m,地下連續(xù)墻成槽及土方開挖過程中引起的地層損失及在較大的動載雙重作用下容易導致建筑物下沉、傾斜,甚至開裂,進而使建筑物不能正常使用.

2.3 施工過程的偏壓風險

新建西路位于芙蓉路上,周邊建筑物密集,基坑兩側交通量大,由于車流動載作用,極易使基坑偏壓,導致支護失穩(wěn).

2.4 車站基坑開挖對周邊管線的影響

管線距離基坑較近,在基坑開挖時,由于基坑土體卸荷,容易造成基坑收斂,從而引起管線開裂、燃氣管道漏氣、自來水爆裂浸泡基坑、排水滲入基坑等情況的發(fā)生.滲漏水流入基坑會造成基坑失穩(wěn)致使基坑塌方.燃氣管道漏氣會造成爆炸等危險.

3 風險控制措施

3.1 深基坑施工風險控制措施

深基坑開挖是地鐵修建過程中難度較大且事故頻發(fā)的一個階段,為避免發(fā)生安全事故,在進行開挖前應根據勘察結果編制專項安全施工方案,開挖時遵循“分層開挖,先撐后挖,隨挖隨支”的原則.同時對圍護結構等的水平、豎向位移進行動態(tài)監(jiān)測,并在現場儲備一些應急材料,如鋼支撐等.針對地下連續(xù)墻接頭處滲水問題,應根據滲漏情況采取相應的解決措施.若滲水量不多,可以采用引流的方法,將水利用導管排出,然后使用防水混凝土砂漿進行封堵.若滲流情況嚴重,則需要在基坑內回填土,將水流封堵住后在基坑外圍進行雙液注漿.總而言之,基坑圍護結構是基坑施工過程中出現不可控因素最多的地方,保障基坑圍護結構的施工質量是防止發(fā)生安全事故的有效舉措.

3.2 周邊建筑物保護措施

新建西路地鐵站周圍建筑物眾多,有的建筑具有悠久歷史,為保障施工時周邊建筑安全使用,施工時制定了相關保護措施.根據勘查結果可知,周邊建筑物與地鐵站的距離在15～40 m,在開挖時,為控制基坑自身變形,減小對周邊建筑物的影響力,應控制施工進度,同時對距建筑物較近的基坑邊緣進行鋼板樁加固處理,現場施工圖如圖2所示.鋼板樁采用10 mm厚鋼板,鋼板長度5.2 m,寬75 cm,鋼板后焊接直徑為48 mm的鋼管4根,每塊鋼板樁間距30 cm,能有效提高基坑穩(wěn)定性.為防止建筑物發(fā)生不均勻沉降,對新建西路站周邊建筑物采用注漿加固地層的保護方案.注漿后的土體被漿液固結,在與漿液中水泥共同作用下,土體強度提高,壓縮性小,建筑物變形量減小,同時漿液中的水泥對土體中的孔隙進行有效填充,使基坑與周邊地層形成整體,防止基坑變形和沉降,進而避免基坑施工對鄰近建筑物的影響.

圖2 基坑鋼板樁施工

3.3 偏壓風險應對措施

李浩等[11]運用有限元分析軟件分析偏壓作用變化對基坑穩(wěn)定性的影響規(guī)律,探究出最大剪切應力易出現在基坑圍護結構底部,本工程基于其分析結果,將第二、第三、第四道鋼支撐直接施加在地下連續(xù)墻上的施工工藝優(yōu)化為在鋼支撐與地下連續(xù)墻之間增加鋼腰梁,鋼腰梁采用兩根45c工字鋼(剖面圖如圖3所示),有效降低了兩側邊墻對底部的擠壓力,提高了地下連續(xù)墻的抗剪能力,同時對圍護結構底部進行密切監(jiān)測,保證支護結構的穩(wěn)定性.此外,為避免開挖時地表出現較大的沉降還應注意開挖順序,豎向分層開挖,水平方向分成不同的施工段進行開挖,且邊開挖邊支護.

圖3 鋼腰梁施工剖面(單位：mm)

3.4 周邊管線保護措施

為保護新建西路車站周邊的管線,根據不同種類,不同地理位置的管線采取不同的保護方式.其保護方式包括臨時改移、永久改遷、就地保護等.在選擇保護方式時應考慮最佳的路徑,減少保護成本,對侵入主體結構的管線將其臨時改移至結構外,待工程完工后恢復.對抗變形能力強的柔性材質管線采取懸吊保護措施.此外,考慮未來市政規(guī)劃需求,對可能需要二次改移的管線進行永久改遷.具體保護情況見表2,管線空間位置分布如圖4所示.

表2 管線保護情況

圖4 各管線空間位置分布

4 結論

1)以新建西路車站為例,分析列舉了地鐵車站明挖法施工中可能存在的4種風險.

2)針對施工過程中存在的深基坑施工風險、周邊建筑物影響、偏壓風險提出分層開挖、動態(tài)監(jiān)測、注漿加固等控制措施,同時給出了周邊不同管線的保護方法,為類似明挖法工程施工提供了指導.