富水砂層下的城市地鐵車(chē)站深基坑施工方法

易路行

（佛山市地鐵建設(shè)有限公司，廣東 佛山 528041）

在設(shè)計(jì)城市地鐵工程的過(guò)程中不僅要考慮線路布局，還須設(shè)計(jì)不同的地下軌道施工方案。由于深基坑工程風(fēng)險(xiǎn)較大且深基坑的技術(shù)難度較高，因此設(shè)計(jì)深基坑工程需要考慮很多因素，而設(shè)計(jì)城市地鐵車(chē)站深基坑，更需要注重安全，該工程的主體為桂城站，地面建筑物與地下地鐵的主體結(jié)構(gòu)距離較近[1]，如果工程施工處理得不嚴(yán)謹(jǐn)，就會(huì)增加工程風(fēng)險(xiǎn)，為能夠在安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理的環(huán)境中進(jìn)行施工，需要對(duì)地鐵的地下富水砂層進(jìn)行分析[2]。我國(guó)的地下工程建設(shè)發(fā)展較晚，但隨著基建行業(yè)不斷發(fā)展，目前已經(jīng)取得巨大的進(jìn)步。地鐵車(chē)站的施工為一個(gè)全階段過(guò)程，需要從工程總體入手，對(duì)可能產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)判，并對(duì)不同的施工項(xiàng)目中的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行識(shí)別和控制[3-4]。因此該文以富水砂層的城市地鐵車(chē)站深基坑為研究對(duì)象，設(shè)計(jì)施工順序和具體操作內(nèi)容，保障工程項(xiàng)目施工的安全。

1 工程概況

佛山市城市軌道交通三號(hào)線工程3205—標(biāo)段包括一站兩區(qū)間，分別為桂城站、鎮(zhèn)安—桂城站區(qū)間和桂城—西約站區(qū)間，均沿南海大道布置。

鎮(zhèn)安—桂城站區(qū)間采用盾構(gòu)法施工，區(qū)間長(zhǎng)度為1308m，由鎮(zhèn)安站始發(fā)，沿南海大道向北，連續(xù)下穿420m河流和支渠并下穿或側(cè)穿多個(gè)建構(gòu)筑物，在桂城站接收。區(qū)間分別設(shè)置2處聯(lián)絡(luò)通道，采用冷凍法施工。

桂城—西約站區(qū)間采用盾構(gòu)法施工，區(qū)間長(zhǎng)度為781m，由西約站始發(fā)，沿南海大道向南，期間側(cè)穿多個(gè)建筑物，同時(shí)上跨溶洞區(qū)并穿越擂崗斷裂帶，在桂城站接收。區(qū)間設(shè)置1處聯(lián)絡(luò)通道，采用礦山法施工。標(biāo)段地理位置平面如圖1所示。

圖1 標(biāo)段地理位置平面圖

桂城站與在運(yùn)營(yíng)廣佛線桂城站為“T”字換乘車(chē)站，鋪蓋系統(tǒng)處采用蓋挖法施工。三號(hào)線車(chē)站設(shè)置實(shí)施A2號(hào)出土口通道、接入既有B號(hào)出入口通道、接入既有D2號(hào)出入口通道及E號(hào)出入口通道，與廣佛線出入口配合使用；其中，A2號(hào)出入口通道接入越秀地產(chǎn)地下商業(yè)通道，E號(hào)出入口沿南海大道設(shè)置于商貿(mào)大廈旁停車(chē)場(chǎng)。

三號(hào)線車(chē)站共設(shè)置二組風(fēng)亭，1號(hào)風(fēng)亭組位于越秀地產(chǎn)A地塊內(nèi)，土建工程己由越秀地產(chǎn)施工完成并在結(jié)構(gòu)側(cè)墻預(yù)留門(mén)洞，待三號(hào)線車(chē)站施工時(shí)接入，2號(hào)風(fēng)亭位于南海大道電信局旁邊停車(chē)場(chǎng)內(nèi)。

2 富水砂層下的城市地鐵車(chē)站深基坑施工方法

2.1 富水砂層地質(zhì)分析

車(chē)站從上至下土層分別為<1-1＞素填土、<2-2＞粉砂、<2-1A＞淤泥、<3-1＞粉細(xì)砂、<3-2＞中粗砂、<5N-2＞粉質(zhì)黏土、<6＞全風(fēng)化巖、<7-2＞強(qiáng)風(fēng)化巖、<8-2＞中風(fēng)化巖，基底主要位于<5N-2＞粉質(zhì)黏土層、<6＞全風(fēng)化碎屑巖層，局部位于<8-2＞中等風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖層；連續(xù)墻底主要位于<6＞全風(fēng)化碎屑巖層、局部位于<5N-2＞粉質(zhì)黏土層、<8-2＞中等風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖層。

該工程中的富水砂層地質(zhì)，主要為<2-2＞、<2-2-1＞、<3-1＞和<3-2＞層，這幾類(lèi)巖土層富水性較強(qiáng)，水徑流通暢，透水性強(qiáng)。該車(chē)站地貌屬于海陸交互相沖洪積平原地貌，地下水位普遍較淺，實(shí)測(cè)砂層靜止水位埋深為1.50～4.30m，平均埋深為2.42m，高程為-2.06～2.73m，平均高程為-0.20m；基巖靜止水位埋深為2.10～3.00m。因此該工程被劃分為富水砂層地質(zhì)施工，該工程土質(zhì)含水豐富，透水性較強(qiáng)，多屬中、強(qiáng)透水層。巖土工程地質(zhì)特征情況見(jiàn)表1。

表1 巖土工程地質(zhì)特征情況表

2.2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工措施

該站圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用1m厚地下連續(xù)墻，豎向采用兩道砼支撐+兩道鋼管支撐。第一道為700mm×900mm混凝土米字撐，支撐水平間距9m，支撐在1300mm×900mm的混凝土冠梁上；第二道和第四道為?609mm（t=16）鋼支撐，水平間距3m，鋼腰梁均為雙拼工45C組合型鋼；第三道為1000mm×1200mm混凝土米字撐，支撐水平間距9m，支撐在1200mm×1200mm的混凝土腰梁上?？缍容^大位置處設(shè)置臨時(shí)中立柱（組合型鋼）減跨，砼支撐處采用600mm×800mm的砼連系梁，鋼支撐處采用雙工63a連系梁。

在地連墻施工前，須先采用旋噴樁、袖閥管注漿和三軸攪拌樁施工。鄰近沃爾瑪?shù)叵率乙粋?cè)連墻在施工前，須對(duì)外土體進(jìn)行旋噴樁加固然后對(duì)地下室與基坑間土體進(jìn)行袖閥管注漿加固[5]。其余地連墻內(nèi)外側(cè)，采用三軸攪拌樁對(duì)其進(jìn)行槽壁加固防止成塌孔。

在地連墻施工完成后，基坑開(kāi)挖前對(duì)換乘節(jié)點(diǎn)新舊續(xù)接口角部處采用MJS旋噴樁進(jìn)行止水施工。

鋼筋混凝土支撐防護(hù)圍擋采用密目式防護(hù)圍欄，欄桿頂與鋼筋混凝土支撐頂面高度不低于1.2m。防護(hù)圍欄欄桿底座與混凝土擋墻用膨脹螺栓固定。

當(dāng)車(chē)站基坑第一層土方開(kāi)挖至第一道支撐底標(biāo)高時(shí)，停止開(kāi)挖，進(jìn)行冠梁和第一道混凝土支撐施工，對(duì)盾構(gòu)端頭井處混凝土支撐施工來(lái)說(shuō)，當(dāng)每層土方開(kāi)挖至支撐底標(biāo)高時(shí)及時(shí)做腰梁和支撐。

當(dāng)開(kāi)挖至鋼筋混凝土支撐設(shè)計(jì)底標(biāo)高時(shí)，停止開(kāi)挖，對(duì)鋼筋混凝土支撐中心線兩側(cè)各90cm內(nèi)進(jìn)行夯實(shí)處理，根據(jù)鋼筋混凝土支撐中心線做5～10cm厚的混凝土墊層。為讓鋼筋混凝土支撐與墊層在降水和土方開(kāi)挖過(guò)程中徹底分離，鋼筋綁扎前，在墊層面上鋪設(shè)兩層塑料薄膜。

2.3 布置基坑降水井

當(dāng)架設(shè)基坑施工支撐后，可以在深基坑周?chē)贾媒邓?，因工程地理特殊位置，隔斷了基坑?nèi)外水力聯(lián)系。外部為較厚的砂質(zhì)含水層，水量豐富，補(bǔ)給量大，降水后坑內(nèi)外水頭差大，在坑外高差較大影響下，容易滲漏，導(dǎo)致管涌流砂等，危害基坑安全。因此，該工程降水井選用疏干井和坑外觀測(cè)井。

該站圍護(hù)結(jié)構(gòu)為地連墻，進(jìn)入下部基巖風(fēng)化層，基本隔斷基坑內(nèi)、外水力聯(lián)系，按需布置。單井的有效面積為a井，通過(guò)開(kāi)挖降水井，可對(duì)范圍內(nèi)的土體進(jìn)行疏干處理，單井有效疏干面積a井一般為150m2～250m2，通過(guò)確認(rèn)土體的特性，該工程的有效疏干面積a井取200m2，計(jì)算坑內(nèi)疏干井的數(shù)量如公式（1）所示。

式中：n為井口數(shù)；A為基坑中所存在的面積；a井為單井中所能抽取到的有效水體面積。

關(guān)于坑外觀測(cè)井，在基坑南北兩個(gè)擴(kuò)大端頭及標(biāo)準(zhǔn)段中間西側(cè)分別布置1個(gè)水位觀測(cè)井，共計(jì)3個(gè)，考慮地連墻止水通常較難起到止水作用，因此須對(duì)降水井中的水位沉降參數(shù)等進(jìn)行測(cè)試，根據(jù)參數(shù)結(jié)果對(duì)基坑中細(xì)節(jié)處的降水問(wèn)題進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化[6]。

根據(jù)該工程巖土工程勘察報(bào)告，計(jì)算M3-Z3-SNH-02，M3-Z3-SNH-05（M3-Z3-SNH-02和M3-Z3-SNH-05為不同的巖土層分布情況位置編號(hào)）。在計(jì)算過(guò)程中，綜合考慮基坑深度內(nèi)巖土層分布的不同情況，單井出水能力如公式（2）所示。

式中：q為理論上的單井出水能力；r為過(guò)濾器半徑；l為慮水厚度；k為所取透水系數(shù)的平均值。

2.4 施工難點(diǎn)及措施

2.4.1 換乘節(jié)點(diǎn)施工

已換乘節(jié)點(diǎn)處的圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工，當(dāng)澆筑完負(fù)三層底板，鑿除第五道混凝土腰梁時(shí)，為控制工程風(fēng)險(xiǎn)，現(xiàn)場(chǎng)堆放沙袋反壓，并對(duì)負(fù)三層南北側(cè)尚未拆除的混凝土腰梁進(jìn)行施工。同時(shí)，對(duì)東西部分墻體及南北側(cè)靠西邊的四根支柱也進(jìn)行相關(guān)圍護(hù)結(jié)構(gòu)限制的建設(shè)，并對(duì)負(fù)三層進(jìn)行沙土回填。換乘區(qū)域已施工的中立柱、底板及側(cè)墻存在質(zhì)量問(wèn)題，有侵限風(fēng)險(xiǎn)。

施工包括以下4個(gè)步驟：1）在廣佛線連接處地墻施工前，使用工程地質(zhì)鉆機(jī)切除侵限結(jié)構(gòu)。2）在基坑開(kāi)挖前，對(duì)換乘節(jié)點(diǎn)新舊連續(xù)墻接口角部采用MJS旋噴樁進(jìn)行止水，并做抽水試驗(yàn)，合格后可以開(kāi)挖，注意換乘節(jié)點(diǎn)兩側(cè)基坑保持同步。3）在開(kāi)挖前應(yīng)對(duì)換乘節(jié)點(diǎn)位置1號(hào)線的連續(xù)墻進(jìn)行抽芯檢測(cè)。4）在施工過(guò)程中，對(duì)廣佛線軌道進(jìn)行連續(xù)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，一旦位移過(guò)大應(yīng)停止施工并立即通知運(yùn)營(yíng)，以保障行車(chē)安全。

2.4.2 深基坑開(kāi)挖施工

桂城站基坑深度為24.22m～26.72m，開(kāi)挖土層自穩(wěn)能力差，易坍塌導(dǎo)致潛蝕、管涌和流砂等工程液化危害。

施工包括以下3個(gè)步驟：1）嚴(yán)格控制地下連續(xù)墻等圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量，保證不滲漏。加強(qiáng)過(guò)程控制，保證止水施工質(zhì)量。2）高度重視基坑降水管理，詳細(xì)編制降水專(zhuān)項(xiàng)方案，保證基坑降水的質(zhì)量。以基坑內(nèi)疏干降水為主，根據(jù)抽水試驗(yàn)結(jié)果減壓降水為輔的方案降水，預(yù)設(shè)減壓井，做好基坑內(nèi)排水，及時(shí)施作墊層封底[7-8]。3）處理好拆支撐和結(jié)構(gòu)砼施工的關(guān)系。4）加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，認(rèn)真做回歸分析，及時(shí)反饋信息指導(dǎo)施工。

2.5 基坑開(kāi)挖保障措施

2.5.1 防涌砂水措施

當(dāng)開(kāi)挖時(shí)，對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)拐角等薄弱部位設(shè)專(zhuān)人監(jiān)視，若出現(xiàn)少量滲漏須及時(shí)處理，先堵漏后注漿再開(kāi)挖防止?jié)B點(diǎn)擴(kuò)大；通過(guò)及時(shí)反饋的監(jiān)測(cè)信息嚴(yán)格控制圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形，必要時(shí)加密支撐，避免變形過(guò)大導(dǎo)致遇薄弱環(huán)節(jié)錯(cuò)位開(kāi)裂，出現(xiàn)滲水通道須及時(shí)處理；配備堵漏經(jīng)驗(yàn)豐富的施工隊(duì)伍，成立漏水涌沙救急小組，當(dāng)出現(xiàn)險(xiǎn)情時(shí)能立即行動(dòng)，投入搶險(xiǎn)工作；配備注漿機(jī)、足沙袋及材料，當(dāng)基坑出現(xiàn)涌水砂時(shí)，立即拋填鉆孔注化學(xué)漿液（即水玻璃＋泥）形成固砂止帷幕。

2.5.2 防邊坡失穩(wěn)措施

根據(jù)場(chǎng)地實(shí)際情況和設(shè)計(jì)要求，合理規(guī)劃開(kāi)挖的順序和范圍，通常從上部開(kāi)始逐層開(kāi)挖，以保證邊坡穩(wěn)定；在基坑四周及坑內(nèi)，設(shè)置完善的排水系統(tǒng)，保障雨季施工安全；密切觀測(cè)天氣預(yù)報(bào)，當(dāng)暴雨來(lái)臨前停止開(kāi)挖，并立即對(duì)邊坡進(jìn)行覆蓋防護(hù)。同時(shí)，在基坑周?chē)O(shè)置臨時(shí)排水渠，將積水引入已有的排水系統(tǒng)中。

2.5.3 防支撐失穩(wěn)措施

支撐拼接采用扭矩扳手，保證法蘭盤(pán)螺栓連接強(qiáng)度。拼接好支撐后，質(zhì)檢工程師檢查合格后可以安裝。對(duì)千斤頂、壓力表等加力設(shè)備進(jìn)行定期校驗(yàn)，并制定嚴(yán)格的預(yù)加力操作規(guī)程，保證預(yù)加軸力準(zhǔn)確；當(dāng)支撐軸力超過(guò)警戒值時(shí)，立即停止開(kāi)挖，對(duì)其進(jìn)行研究，并將有關(guān)數(shù)據(jù)反饋給設(shè)計(jì)部門(mén)，問(wèn)題解決后再開(kāi)挖。

3 施工結(jié)果

為驗(yàn)證場(chǎng)內(nèi)水位控制，根據(jù)該工程對(duì)富水砂層的城市地鐵車(chē)站深基坑施工方法的設(shè)計(jì)要求，對(duì)施工前后的水位沉降值進(jìn)行檢測(cè)，該施工檢測(cè)的水位沉降以降水井為準(zhǔn)，其中一個(gè)以抽水井為試驗(yàn)對(duì)象，另一個(gè)以觀測(cè)井為觀測(cè)對(duì)象。關(guān)于測(cè)定施工前后水位，該試驗(yàn)以?xún)煽诰某跏妓粸闇?zhǔn)，每隔一段時(shí)間對(duì)水位進(jìn)行測(cè)定，在一定間隔過(guò)程中，每2h觀測(cè)一次水位，以12次為一個(gè)時(shí)段，該試驗(yàn)共觀測(cè)6個(gè)時(shí)段，取各時(shí)段水位的平均值作為試驗(yàn)結(jié)果，施工前和施工后各以6個(gè)時(shí)間段為試驗(yàn)基準(zhǔn)，工程前后關(guān)于施工周邊地區(qū)降水位的處理效果如圖2所示。

圖2 施工前后周邊地區(qū)降水位的處理效果

對(duì)設(shè)計(jì)富水砂層的城市地鐵車(chē)站深基坑施工方法來(lái)說(shuō)，因工程中深基坑水量過(guò)多，所以對(duì)施工后的降水位進(jìn)行了處理。由圖2的數(shù)據(jù)可知，施工前的初始水位為0.8m，隨著時(shí)段增加，水位的沉降值逐漸上升。工程施工后，初始水位為0.4m，與施工前相比，初始水位減少一倍，在一定程度上控制了水位沉降值。由于變更時(shí)段，施工后的水位沉降值為0.2m～0.5m，水位沒(méi)有呈上升趨勢(shì)，因此，該設(shè)計(jì)可以有效控制水位，在富水砂層中對(duì)深基坑水位控制有較好的輔助效果。

4 結(jié)語(yǔ)

該文對(duì)富水砂層的城市地鐵車(chē)站深基坑施工方法進(jìn)行研究，并分析了富水砂層地質(zhì)，對(duì)布置基坑降水井和澆筑深基坑混凝土等多個(gè)方面進(jìn)行設(shè)計(jì)，在符合工程規(guī)范的前提下，較少地控制了工程水位。