六堡地鐵站基坑圍護結(jié)構的設計與施工要點

■ 中鐵十八局集團市政工程有限公司 付博文

目前，地鐵已成為經(jīng)濟發(fā)展較快的大城市公共交通建設的重要內(nèi)容，但地鐵在施工期間也容易暴露出許多安全性與穩(wěn)定性問題，其中，基坑圍護結(jié)構安全穩(wěn)定性問題尤為凸顯。

基坑圍護是保障地鐵站安全施工的重要措施，但是其結(jié)構的設計及施工較為復雜。目前，很多學者對地鐵車站的基坑圍護結(jié)構性能展開了研究。其中，王振峰[1]對青島車站深基坑開挖支護進行了穩(wěn)定性數(shù)值分析。王駿[2]對佛山地區(qū)軟土層深基坑圍護結(jié)構的變形控制開展了相關研究，通過研究影響圍護結(jié)構變形的設計因素，來制定出周邊環(huán)境的保護措施。楊新強、夏思林[3]-[4]分析了地鐵車站基坑圍護結(jié)構的施工方案及監(jiān)測結(jié)果，并提出建設安全地鐵車站的措施。張曉龍[5]采用Plaxis有限元軟件模擬了基坑開挖支護的全過程，其研究結(jié)果基本反應了基坑開挖中圍護結(jié)構的變化情況。

盡管眾多學者已對地鐵車站基坑圍護結(jié)構展開較多研究，但是其圍護體系還是要依據(jù)不同地質(zhì)條件作出具體分析。本文以杭州地鐵9號線六堡地鐵站為工程背景，主要對地鐵站主體基坑圍護結(jié)構的設計方案及施工注意事項進行闡述，同時也對施工監(jiān)測及應急預案進行相關介紹，并提出地鐵車站基坑圍護的設計與施工要點，以期為類似工程提供參考與借鑒。

1.工程背景及地質(zhì)

六堡站為杭州地鐵9號線連堡豐城項目第3個車站，連堡豐城整體施工項目中包含地鐵車站周邊的規(guī)劃道路（含橋梁）、規(guī)劃引水河以及相應的連堡豐城開發(fā)項目，車站上方為規(guī)劃錢江東路和規(guī)劃官西路，北側(cè)為規(guī)劃引水河，河道寬度為20m（河道南側(cè)邊線與車站負一層側(cè)墻齊平），車站中心里程處設置過河通道與后期開發(fā)相接，通道上方為規(guī)劃橋梁。車站南側(cè)為連堡豐城后期開發(fā)地塊項目，車站施工中預留后期開發(fā)接駁條件。車站在施工過程中預留區(qū)間同步施工條件，車站周邊原為六堡社區(qū)，現(xiàn)已全部拆遷，北側(cè)為規(guī)劃引水河，周邊暫無重要地下管線，其他管線遷改均能夠滿足車站施工要求。

六堡站地區(qū)地屬沖海積平原區(qū)，地勢較為平緩，場區(qū)內(nèi)沒有發(fā)生泥石流、崩塌、滑坡、巖溶、地下洞穴等不良地質(zhì)作用。但是，該場區(qū)存在有飽和粉（砂）土地震液化、地下障礙物、地下有害氣體及流砂或管涌現(xiàn)象等對基坑有影響的不良地質(zhì)作用。

2.圍護結(jié)構設計

2.1 圍護結(jié)構設計方案

六堡站主體結(jié)構基坑沿錢江東路總長約297m，標準段沿錢江東路寬約42m，基坑開挖深度約15.2m，車站覆土高度約為3m，場平標高為6.000。

綜合考慮基坑深度、周邊環(huán)境及場地特性，本站圍護結(jié)構設計方案如下。

一是場平地面至負一層。地面至負一層深度約為9m，采用3級放坡，每級坡高約為3m，坡度均為1:1.3。放坡開挖分兩次，第一次開挖范圍為場平至地連墻冠梁頂，然后施作負二層圍護及主體結(jié)構，在車站負二層主體結(jié)構施工完成后，進行二次開挖。坡頂設置三軸攪拌樁止水帷幕，沿車站縱向每間隔100m左右設置橫向止水帷幕，對基坑進行分倉降水。坡面防護統(tǒng)一采用綠色裝配式防護面層，面層抗拉強度不小于25kN/m2。而坡頂、坡中平臺與坡腳處均需做翻邊處理，其中，坡頂處翻邊寬度應大于等于0.8m，坡腳翻邊寬度應大于等于0.5m，平臺處全部鋪設復合面層，均采用1m長的φ22鋼筋錨釘固定@1.5mx1.5m，面層搭接處采用1m長的φ22鋼筋錨固釘固定@1.5m，坡頂、坡腳與坡中平臺均采用C20混凝土覆蓋0.08m厚。

六堡站地下空間綜合開發(fā)剖透視圖

二是負一層至負二層坑底。該車站負一層至負二層坑底采用地連墻+內(nèi)支撐支護體系，其中，地連墻厚度為0.8m，支撐體系為1道砼支撐 （1200x1000）+1道鋼支撐（φ800，t=16），地下連續(xù)墻接頭形式采用工字鋼接頭。地連墻的入土深度要依據(jù)場地地質(zhì)條件與基坑開挖深度等要求進行驗算，同時，應結(jié)合杭州地區(qū)軟土深基坑的工程經(jīng)驗確定。在場平整理到設計標高后即開始施作車站地連墻與相關工程樁、立柱樁，地連墻設計墻頂標高與第一次放坡線底平齊，地連墻接頭工字鋼升至地面以上，墻頂至場平標高為空挖地槽，在地連墻施作完畢后，需要與樁基空鉆部分及時進行回填（砂土回填），然后再進行基坑放坡開挖。

2.2 特殊區(qū)域加固

該工程加固方案采用坑內(nèi)降水+局部三軸水泥土攪拌樁的形式。

坑內(nèi)局部加固采用直徑850mm、間距600mm的三軸水泥土攪拌樁，其中，加固范圍為地面至坑底以下3m。為保證加固土體與地連墻密貼，地連墻與加固土體相接處增設一排高壓旋噴樁加固，高壓旋噴樁與地連墻相切不得小于200mm。

圍護結(jié)構外側(cè)基坑陽角以及坑內(nèi)三軸水泥土攪拌樁與地連墻接縫位置處，采用樁徑800mm、間距500mm的高壓旋噴樁加固處理?？油怅柦羌庸躺疃葹楣诹喉斨量拥滓韵?m；與地連墻接縫位置加固深度為坑底至坑底以下3m。

3.地下連續(xù)墻施工工藝要求

施工單位在進行地下連續(xù)墻施工前，應制定詳細的施工方案，且該施工方案需要經(jīng)過各方的認可才能實施。同時，施工單位應根據(jù)現(xiàn)場實際情況、地墻施工工藝、施工機械荷載等相關要求去復核地下連續(xù)墻導墻的平面尺寸、深度以及配筋，導墻因槽段施工需要而延伸的部分及其他有關措施，由施工單位自行確定并經(jīng)設計方認可后方可實施。

鋼筋籠在施工中應該整體施做，避免分段拼接與施工，切實需要分段拼接施工時，其鋼筋籠連接位置應該由施工單位確定，并需要避免在地連墻受力最大處。鋼筋籠分段拼接時，必須采用有效的措施來保護上下鋼筋籠的整體性。在施工中，施工單位應讓鋼筋籠垂直入孔，防止其彎曲變形，為保證地連墻保護層厚度，在地連墻兩側(cè)設置保護墊塊，墊塊按每一槽段橫向2~3排，豎向間距3m~4m布置。當鋼筋籠下放遇到阻力時不得強行下放，而是應采取措施來保證保護層厚度與籠底標高在允許誤差的范圍內(nèi)。同時，施工單位還應確保鋼筋籠在吊裝和沉放過程中的整體性，也應保證鋼筋的連接性能滿足規(guī)范要求，因施工需要的附加鋼筋由施工單位按需自定，其中，地下連續(xù)墻的主筋與水平筋焊成鋼筋籠骨架。

為防止槽段坍塌，施工中需要采用優(yōu)質(zhì)泥漿，泥漿比重宜保持在1.10左右，PH值為7.5~10，泥漿液面應高于地下水位1.5m~2.5m，且不低于自然地坪原有地面標高。挖槽前應進行現(xiàn)場泥漿試驗確定最佳配比，施工階段應及時監(jiān)測泥漿各項性能指標。

地下墻施工時，應采用鋼絲刷或?qū)Ｓ霉伟鍖ο噜徬刃蟹鶋w接頭進行清刷，刷壁清潔完后再施工下一幅地墻，以保證相鄰兩幅墻體緊密結(jié)合，且不得破壞已澆砼；上下刷壁次數(shù)不得小于20次，且不得采用人工刷壁。在地下連續(xù)墻施工完成后，施工單位需要及時對地下連續(xù)墻空挖部分進行沙土回填和壓實。

4.施工監(jiān)測與應急預案

4.1 施工監(jiān)測

基坑開挖前應制定系統(tǒng)的開挖方案，為確保開挖過程中基坑周圍建筑與地下管線的安全，在施工時，應對其進行施工監(jiān)測，及時反饋數(shù)據(jù)，做到準確預報，及時處理問題，以實現(xiàn)信息化施工，其中，施工中主要監(jiān)測墻頂位移、墻體變形、地面沉降、立柱沉降、地下管線位移、支撐軸力、建筑沉降傾斜、坑底土體位移、水位等。但是，由于基坑開挖監(jiān)測受到多種因素影響，因此，為確保數(shù)據(jù)的可靠性，其監(jiān)測任務應由專業(yè)單位承擔。

基坑施工監(jiān)測點應埋設在其圍護結(jié)構施工至基坑開挖前，監(jiān)測期應從基坑工程施工前開始，直到地下工程完工為止。對于基坑周邊建筑物的監(jiān)測，應根據(jù)需要延續(xù)至變形趨于穩(wěn)定結(jié)束后?；痈鏖_挖步應嚴格動態(tài)控制變形，報警值按承載能力的60%考慮。當監(jiān)控項目接近預警值時，應加密觀測并作日報表；當監(jiān)測數(shù)據(jù)接近報警值時，應立即報告施工、監(jiān)理，并會同設計方及有關部門分析原因，并及時提交應對措施報告。

4.2 應急預案

在基坑施工過程中應確保鄰近建筑的安全，并對開挖中可能出現(xiàn)的險情作出相應措施。在開挖過程中，圍護結(jié)構變形過大時，應立即停止開挖，在必要時需設置應急支撐或者采用回填土措施來控制基坑的變形發(fā)展。當基坑圍護結(jié)構漏水時，應采取背后注漿或深層攪拌樁等堵漏措施。如果基坑在開挖過程中坑底出現(xiàn)涌水、涌砂等現(xiàn)象時，應采取基坑回填措施，并密切觀察基坑變形情況，發(fā)現(xiàn)問題時應立即補充支撐，且再次開挖前，應依據(jù)水位情況，做好坑內(nèi)的降水工作。在放坡開挖過程中，如出現(xiàn)坡頂開裂、坡體沿坡腳剪出等跡象時，應立即停止開挖，及時對開裂、剪出破壞等部位進行加固。再次開挖前需要增加基坑邊坡監(jiān)測點，密切注意基坑變形情況。

施工單位在基坑開挖過程應留有足夠的應急支撐，防止基坑發(fā)生某種險情，導致支撐變形過大或者失效，而需要通過增加大量的應急支撐來補強基坑支護。當支撐軸力達到設計值80%時，應立即準備架設應急支撐；當支撐軸力達到設計值90%時，應馬上啟動應急預案，進行支撐補強。

5.結(jié)論

本文以杭州地鐵9號線六堡站為背景，對其地鐵站施工期間的基坑圍護結(jié)構設計與施工進行了詳細介紹，主要得出如下幾點結(jié)論：

第一，地鐵站的基坑圍護結(jié)構設計時要充分考慮基坑深度、周邊環(huán)境及場地特性對其結(jié)構安全穩(wěn)定性的影響。如該地鐵站場平地面至負一層采用3級放坡，而負一層至負二層坑底是采用地下連續(xù)墻加內(nèi)支撐的支護體系。

第二，當基坑周邊的市政管線做好改遷工作后，圍護結(jié)構才能開始施工。而當主體結(jié)構施工完成后，應采用場地開挖砂土對基坑進行回填。

第三，基坑施工中應對各開挖步進行監(jiān)測，其監(jiān)測期是從基坑施工前開始，直至地下工程完工為止，監(jiān)測過程要嚴格動態(tài)控制變形與承載力。

第四，開挖過程中出現(xiàn)圍護結(jié)構變形過大、漏水、坑底出現(xiàn)涌水與涌砂等險情時，應立即停止開挖，必要時需采取回填、堵漏或設置應急支撐等措施。