復(fù)雜周邊環(huán)境下地鐵深基坑變形控制要點(diǎn)研究

周正永，馬江偉，高威

（中建二局土木工程集團(tuán)有限公司，廣東 佛山 528000）

1 引言

隨著近幾年我國(guó)地鐵項(xiàng)目建設(shè)不斷推進(jìn)，給城市發(fā)展帶來(lái)了良好的推動(dòng)作用，但是在地鐵車(chē)站建設(shè)中，經(jīng)常面臨著周邊環(huán)境復(fù)雜，地下管線眾多、地下水位較高等不利因素，這為地鐵車(chē)站深基坑施工帶來(lái)了較大的難度，為了有效控制地鐵車(chē)站深基坑變形問(wèn)題，國(guó)外相關(guān)學(xué)者已經(jīng)做出了深入研究，并在實(shí)際控制中取得了良好的成效。我國(guó)的地鐵項(xiàng)目建設(shè)起步較晚，為此，必須積極借鑒先進(jìn)的施工方法，加強(qiáng)深基坑變形控制，提高地鐵車(chē)站的施工水平[1]。

2 項(xiàng)目概述

以廣州市芳白城際地鐵夏茅站為例，為地下3層單島四線越行車(chē)站，整體結(jié)構(gòu)全長(zhǎng)430 m，地鐵車(chē)站深基坑的寬度為36.1 m，深基坑開(kāi)挖總深度在30.2 m；圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用1 000 mm厚的地下連續(xù)墻，支撐系統(tǒng)采用3道混凝土支撐+1道φ609 mm鋼支撐。車(chē)站沿夏茅商業(yè)大道布置，呈西南—東北方向，周?chē)饕獮橄拿┐宕迕褡越ǚ?、工業(yè)廠房及臨街商鋪，部分房屋需要拆遷，拆遷總面積為35 640 m2。車(chē)站東南側(cè)為夏茅小學(xué)在，最近距離為12 m，車(chē)站的東西兩側(cè)均為商業(yè)開(kāi)發(fā)區(qū)，如圖1所示，將與車(chē)站同步進(jìn)行開(kāi)挖施工，存在“群坑空間效應(yīng)”，控制車(chē)站基坑的變形是本工程重點(diǎn)、也是難點(diǎn)。

圖1 車(chē)站地質(zhì)總坡面示意圖

從地質(zhì)環(huán)境和水文條件分析來(lái)看，項(xiàng)目位于廣從斷裂帶、古流溪河大地質(zhì)區(qū)，溶洞發(fā)育且灰?guī)r上部多上覆富水砂層。通過(guò)詳勘鉆孔，平均見(jiàn)洞率76%，巖溶發(fā)育程度為巖溶強(qiáng)發(fā)育，溶洞規(guī)模，0.1～10.8 m，平均洞高1.87 m。地層穩(wěn)定性差，極易引起地表沉降，施工風(fēng)險(xiǎn)極大。

3 復(fù)雜周邊環(huán)境下地鐵車(chē)站深基坑變形原因

由于地鐵深基坑大多位于城市地區(qū)，基坑周?chē)性S多密集的建筑物，其中包括工業(yè)廠房、村民自建房以及臨街商鋪，因此，對(duì)基坑變形的環(huán)境影響也是嚴(yán)格要求的。影響基坑變形的因素很多，包括設(shè)計(jì)因素、施工因素和自然土體因素[2]。其中，設(shè)計(jì)因素包括基坑的平面尺寸和深度、擋土墻的剛度和深度、支座的剛度和支座的數(shù)量、支座的位置、預(yù)應(yīng)力的水平和土體的加筋。據(jù)統(tǒng)計(jì)，設(shè)計(jì)因素引起的基坑事故占46%。因此，有必要從設(shè)計(jì)本身來(lái)研究設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)基坑變形的影響。由于數(shù)值模擬方法可以考慮不同工況下深基坑的變形和內(nèi)力變化，并且取得了大量的研究成果。根據(jù)某地的環(huán)境特點(diǎn)，揭示了當(dāng)?shù)氐牡罔F深基坑的損壞規(guī)律。

4 復(fù)雜周邊環(huán)境下地鐵車(chē)站深基坑變形控制要點(diǎn)

地鐵項(xiàng)目建設(shè)中經(jīng)常遇到復(fù)雜的周邊環(huán)境，而在本項(xiàng)目的地鐵車(chē)站深基坑工程建設(shè)中，需要對(duì)周邊部分房屋進(jìn)行拆遷，因此，必然會(huì)導(dǎo)致施工區(qū)域內(nèi)地基受到影響，最常見(jiàn)的就是深基坑變形，根本危害就是對(duì)周邊構(gòu)筑物或者地下管線等環(huán)境帶來(lái)結(jié)構(gòu)沉降影響，具體影響環(huán)節(jié)包括基坑降水、土方開(kāi)挖以及深基坑支護(hù)等。為了有效降低地鐵車(chē)站深基坑支護(hù)產(chǎn)生的影響，必須加強(qiáng)地鐵車(chē)站深基坑項(xiàng)目施工的有效控制，明確影響施工的各類(lèi)因素，同時(shí)采取有效解決對(duì)錯(cuò)，將地質(zhì)結(jié)構(gòu)對(duì)深基坑施工造成的影響降至最低，從而達(dá)到良好的施工效果，滿足城市地鐵項(xiàng)目順利實(shí)施的需求。以下針對(duì)地鐵車(chē)站項(xiàng)目各工序的影響因素以及變形控制要點(diǎn)進(jìn)行細(xì)致分析。

4.1 土方開(kāi)挖環(huán)節(jié)深基坑變形控制要點(diǎn)

4.1.1 開(kāi)挖施工方式

以上述地鐵車(chē)站深基坑項(xiàng)目建設(shè)為例，在實(shí)際施工中選用明挖施工方式，施工過(guò)程中先做好周?chē)木S護(hù)施工，將地下連續(xù)墻作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)，同時(shí)建設(shè)格構(gòu)柱與降水井。完成準(zhǔn)備工作后，便可進(jìn)行深基坑土方開(kāi)挖施工。本項(xiàng)目土方開(kāi)挖施工采用分段和分層開(kāi)挖方式，開(kāi)挖過(guò)程中，應(yīng)結(jié)合每一段的開(kāi)挖順序，及時(shí)開(kāi)展基坑支護(hù)，選擇混凝土結(jié)合與鋼架結(jié)構(gòu)混合支撐施工。當(dāng)基坑開(kāi)挖后，可以分單元進(jìn)行車(chē)站基坑主體結(jié)構(gòu)施工，在這個(gè)環(huán)節(jié)施工完成后，對(duì)盾構(gòu)區(qū)域與車(chē)站的其他結(jié)構(gòu)進(jìn)行施工。結(jié)合地鐵車(chē)站主體結(jié)構(gòu)，沿著主結(jié)構(gòu)進(jìn)行施工單元?jiǎng)澐?，保證每個(gè)單元的長(zhǎng)度在12.76～34.1 m。在土方開(kāi)挖施工中，主要包括兩個(gè)開(kāi)挖面，通過(guò)兩端井巷基坑中心部位同時(shí)開(kāi)展土方開(kāi)挖，并且還要在盾構(gòu)井部位設(shè)置平行的工作面，在地鐵車(chē)站的深基坑開(kāi)挖過(guò)程中，還要做好基底雜物的及時(shí)清理，從而保障底板單元施工的順利進(jìn)行[3]。

4.1.2 土方開(kāi)挖準(zhǔn)備階段變形控制

對(duì)于維護(hù)結(jié)構(gòu)，主要是利用鋼支撐和混凝土支撐結(jié)構(gòu)完成地下連續(xù)墻的支護(hù)施工。在實(shí)際施工中，將5個(gè)鋼支撐結(jié)構(gòu)與1個(gè)混凝土支撐結(jié)構(gòu)設(shè)置在端頭井位置，將4個(gè)鋼支撐結(jié)構(gòu)與1個(gè)混凝土支撐結(jié)構(gòu)設(shè)置在標(biāo)段位置，并且保證每一段的支撐結(jié)構(gòu)都與土方開(kāi)挖同步開(kāi)展，隨著地鐵車(chē)站主體結(jié)構(gòu)的建設(shè)，及時(shí)對(duì)支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行拆除。為了滿足建筑工期要求，在實(shí)際施工中也要結(jié)合實(shí)際規(guī)劃，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的條件和交通情況，遵循開(kāi)槽支護(hù)的原則，并且保證先設(shè)置支撐結(jié)構(gòu)，然后進(jìn)行開(kāi)挖，而開(kāi)挖也要逐層進(jìn)行，以免出現(xiàn)超挖現(xiàn)象。另外，施工區(qū)域內(nèi)基坑開(kāi)挖范圍要達(dá)到硬化標(biāo)準(zhǔn)，符合土方機(jī)械設(shè)備對(duì)地面強(qiáng)度的要求，并且保證施工現(xiàn)場(chǎng)具備良好的排水效果，避免出現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)深基坑積水現(xiàn)象。

在基坑開(kāi)挖前，要做好井點(diǎn)降水效果檢查，如果降水效果與深度均滿足基坑開(kāi)挖要求，便要組織控制網(wǎng)測(cè)量，并且對(duì)施工區(qū)域內(nèi)的樁點(diǎn)進(jìn)行復(fù)測(cè)，重點(diǎn)關(guān)注導(dǎo)線點(diǎn)、高程點(diǎn)以及GPS網(wǎng)點(diǎn)測(cè)量。結(jié)合設(shè)計(jì)人員提供的數(shù)據(jù)以及對(duì)周邊建筑情況的測(cè)量，進(jìn)行放樣測(cè)量，并對(duì)出現(xiàn)沉降的區(qū)域進(jìn)行及時(shí)的糾偏。

4.1.3 深基坑變形控制

在本項(xiàng)目的基坑開(kāi)挖過(guò)程中要加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，避免影響周?chē)h(huán)境，并且要做到先探后挖，避免出現(xiàn)超挖現(xiàn)象。開(kāi)挖過(guò)程中需要做好基坑降水工作，減少維護(hù)結(jié)構(gòu)暴露在外部環(huán)境下的時(shí)間。對(duì)降水井附近的土方要謹(jǐn)慎開(kāi)挖，避免對(duì)降水井造成破壞。為了避免地鐵深基坑土方開(kāi)挖產(chǎn)生的變形問(wèn)題，可以采取以下措施：（1）要重視地下支撐結(jié)構(gòu)，嚴(yán)格控制連續(xù)墻的成型質(zhì)量，并且保證連續(xù)墻無(wú)縫、無(wú)襯線等問(wèn)題，避免坑內(nèi)存在流沙或管涌；（2）要保證土方開(kāi)挖后暴露在外側(cè)的土質(zhì)情況與實(shí)際勘察無(wú)較差偏差，基坑開(kāi)挖范圍與深度與設(shè)計(jì)一致，場(chǎng)地水排放情況正常，基坑降水設(shè)施完善；（3）保證周邊管道無(wú)泄漏或破損現(xiàn)象，檢查周?chē)缆返孛骊惤ìF(xiàn)象，避免存在裂紋和不規(guī)則沉陷[4]。

4.2 深基坑支護(hù)施工變形控制

4.2.1 冠梁、混凝土支撐施工控制要點(diǎn)

在降水井以及格構(gòu)柱的施工環(huán)節(jié)中，要做好支撐部位與冠梁位置的土方開(kāi)挖，拆除超灌的底線連續(xù)墻，并且保證混凝土支撐和冠梁施工保持一致，進(jìn)行墊層夯實(shí)施工時(shí)，采用原土進(jìn)行夯實(shí)，保證混凝土墊層厚度約為10 cm，并在上層設(shè)置隔離板，以此實(shí)現(xiàn)開(kāi)挖支撐的作用，同時(shí)避免混凝土掉落對(duì)基坑內(nèi)部施工人員造成傷害。在混凝土的支撐施工環(huán)節(jié)，還要結(jié)合作業(yè)面的寬度進(jìn)行合理的挖槽，避免大面積開(kāi)挖施工。在本地鐵車(chē)站的深基坑開(kāi)挖中，需要在陰角位置設(shè)置混凝土支撐，并且在主體結(jié)構(gòu)施工達(dá)到預(yù)設(shè)強(qiáng)度后進(jìn)行支撐拆除。

4.2.2 鋼支撐施工控制要點(diǎn)

在地鐵車(chē)站標(biāo)準(zhǔn)段的施工過(guò)程中，需要采用鋼支撐結(jié)構(gòu)和混凝土支撐結(jié)構(gòu)共同完成支護(hù)，并且在盾構(gòu)施工區(qū)域設(shè)置4道鋼結(jié)構(gòu)與1道混凝土結(jié)構(gòu)，而且鋼結(jié)構(gòu)支撐還要設(shè)置鋼聯(lián)系梁，將其固定在聯(lián)系梁上，起到良好的支撐效果。在鋼結(jié)構(gòu)支撐中，對(duì)深基坑穩(wěn)定性具有一定的影響，所以，為了保障深基坑施工質(zhì)量，必須做好鋼支撐架設(shè)的準(zhǔn)確度，并且嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖進(jìn)行預(yù)應(yīng)力施加，尤其是要做好斜支撐的制作，并且提高穩(wěn)定性與輕度，滿足抗變形要求。鋼支撐架設(shè)能夠確保深基坑土方開(kāi)挖以及主體結(jié)構(gòu)建設(shè)的安全性，有效控制基坑的位移與收斂，因此，還要結(jié)合時(shí)空效應(yīng)，開(kāi)展分層分段開(kāi)挖施工，在土方完成后的8 h內(nèi)進(jìn)行支撐結(jié)構(gòu)安裝，并且設(shè)置預(yù)應(yīng)力，在鋼支撐安裝過(guò)程中，還要嚴(yán)格遵守先設(shè)置支撐結(jié)構(gòu)再進(jìn)行土方開(kāi)挖的順序，保證基坑施工進(jìn)度達(dá)到預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)。

4.3 基坑降水控制要點(diǎn)

1）在地鐵車(chē)站深基坑降水前，必須嚴(yán)格遵循專(zhuān)家設(shè)定的方案開(kāi)展施工，并且做好相關(guān)培訓(xùn)工作；

2）基坑降水環(huán)節(jié)還要做好全方位的實(shí)時(shí)監(jiān)控，基于提前設(shè)置在深基坑周?chē)谋O(jiān)測(cè)點(diǎn)對(duì)基坑內(nèi)水位和沉降變化情況進(jìn)行觀測(cè)，并且及時(shí)計(jì)算沉降量，當(dāng)沉降到達(dá)報(bào)警值后，要及時(shí)制定有效應(yīng)對(duì)措施；

3）降水環(huán)節(jié)中，還要對(duì)抽水設(shè)備和設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行仔細(xì)檢查，保證抽水設(shè)備的工作壓力和溫度均符合正常運(yùn)行要求，如果抽水泵運(yùn)行過(guò)程中存在異常，要及時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施，使抽水泵快速恢復(fù)正常運(yùn)行[5]。

在深基坑降水運(yùn)行環(huán)節(jié)中，還要結(jié)合基坑開(kāi)挖深度和開(kāi)挖范圍適當(dāng)調(diào)節(jié)抽水泵的位置，避免抽水超前，在抽水環(huán)節(jié)中也要時(shí)刻關(guān)注水位情況，合理控制水位，滿足基坑開(kāi)挖需求，避免出現(xiàn)周?chē)刭|(zhì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變形的現(xiàn)象。

4.4 承壓水處理控制措施

一般而言，深基坑抽降承壓水勢(shì)必對(duì)周邊環(huán)境影響較大，對(duì)承壓水的處理控制措施要求較高，考慮到埋深不深，增加地墻構(gòu)造配筋，隔斷的承壓水持續(xù)減弱，坑內(nèi)承壓降低就會(huì)對(duì)周邊環(huán)境造成影響，同時(shí)鄰地鐵側(cè)設(shè)置減壓觀測(cè)井及回灌井監(jiān)測(cè)坑外承壓水水位，并監(jiān)測(cè)降水引起的周邊環(huán)境變化，如出現(xiàn)明顯沉降，可及時(shí)回灌。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，地鐵項(xiàng)目建設(shè)是我國(guó)城市建設(shè)的核心工程，但是在地鐵車(chē)站建設(shè)中，經(jīng)常會(huì)對(duì)周?chē)鷱?fù)雜環(huán)境帶來(lái)嚴(yán)重的影響，導(dǎo)致深基坑變形等危害，不僅影響周邊建筑結(jié)構(gòu)，同時(shí)也會(huì)存在破壞市政管線等風(fēng)險(xiǎn)。為此，人們模擬復(fù)雜周邊環(huán)境的地鐵車(chē)站深基坑變形施工情況分析，明確有效的控制方案，提高地鐵工程的順利實(shí)施。