密集建筑老城區(qū)地鐵車站基坑開挖技術(shù)

丁 猛

(西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院，四川成都 610031)

在建筑密集的城市老城區(qū)修建地鐵車站成為地鐵建設(shè)中不可避免的問題，老城區(qū)的建筑類型復(fù)雜，安全控制標(biāo)準(zhǔn)不一，這給老城區(qū)的地鐵車站基坑開挖施工帶來了艱巨的挑戰(zhàn)。陳志華[1]提出在城市地鐵基坑工程設(shè)計施工之前，應(yīng)對周圍的環(huán)境進(jìn)行詳細(xì)的梳理，確定合理的保護(hù)等級。馮春蕾[2]經(jīng)過對北京地區(qū)大量的地鐵車站基坑變形實測數(shù)據(jù)得出在基坑設(shè)計和施工階段應(yīng)充分考慮到基坑開挖工程中空間效應(yīng)的影響，應(yīng)采取動態(tài)控制施工，從而達(dá)到經(jīng)濟(jì)有效的控制基坑變形的目的。高波[3]對地鐵車站基坑開挖對鄰近建筑的影響進(jìn)行了分析并研究不同組合的隔離樁和錨桿靜壓樁加固方法。目前對密集建筑城市老城區(qū)的基坑開挖技術(shù)的研究尚有不足，相關(guān)施工問題亟待研究，本文以某城市老城區(qū)地鐵車站基坑開挖為項目依托，對基坑的開挖技術(shù)進(jìn)行了深入研究分析，為相關(guān)的工程施工提供參考。

1 工程概況

地鐵車站為地下三層11 m島式站臺車站帶暗挖存車線。明挖段長326.2 m，標(biāo)準(zhǔn)段寬為20.3 m，車站基坑開挖深度為24.1～25.9 m，主體結(jié)構(gòu)采用明挖順做法施工。車站標(biāo)準(zhǔn)段底板埋深為24.1 m。車站結(jié)構(gòu)按設(shè)計使用年限為100 a的要求進(jìn)行耐久性設(shè)計，地下結(jié)構(gòu)安全等級為一級，結(jié)構(gòu)的耐火等級為一級。結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計地震基本加速度為0.10 g。

1.1 地形地貌和水文條件

車站原始地貌形態(tài)屬西塱臺地，地形較開闊，地面高程為12.2～13.5 m，平均12.5 m。基坑西側(cè)距附近河流300 m，地下水位的變化與地下水的賦存、補(bǔ)給及排泄關(guān)系密切，每年4～9月為雨季汛期，大氣降雨充沛，水位會明顯上升，而在冬季因降水減少，地下水位隨之下降，水位年變化幅度為2.5～3.0 m。

1.2 地質(zhì)條件

具體的地質(zhì)條件見表1。

1.3 基坑周邊環(huán)境

車站站位所在地塊絕大部分位于已拆遷的工廠區(qū)范圍內(nèi)，場地較為平整。周邊現(xiàn)狀：車站西端位于自行車飛輪廠用地內(nèi)，地勢局部比已拆遷工廠地塊低1 m左右；站位中部北側(cè)為老城區(qū)1～3層住宅距基坑最近約為11.3 m；基坑?xùn)|北側(cè)有一在建高層住宅樓，距基坑的最近距離為12.6 m；車站西端南側(cè)附近有一座110 kV變電站，變電站圍墻距離主體基坑最近約為6.5 m；變電站西側(cè)有一處高壓線塔，線塔距離主體基坑約10 m。車站基坑周圍情況如圖1所示，周邊建筑統(tǒng)計如表2所示。

表1 地質(zhì)分層

表2 車站基坑周邊建筑物統(tǒng)計

圖1 車站基坑周圍建筑情況

1.4 基坑主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)支護(hù)形式

第1道為鋼筋混凝土支撐，第2～4道為鋼管支撐(直徑609 mm，壁厚16 mm)。局部采用吊腳樁，吊腳段起點里程為DK34+900.536，終點里程為DK35+023.036，吊腳段總長122.5 m。基坑吊腳段圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用長短樁間隔布置，長樁深入基底以下1.5～4.0 m，短樁進(jìn)入微風(fēng)化層不少于1.5 m，在吊腳處掛網(wǎng)噴錨，并設(shè)置泄水孔。

2 基坑開挖施工難點及應(yīng)對措施

2.1 不良地質(zhì)引起的施工難點及應(yīng)對措施

車站范圍內(nèi)存在人工填土層、淤泥、淤泥質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)粉細(xì)砂、碎屑巖殘積土，泥巖、含礫砂巖強(qiáng)風(fēng)化層～泥巖、含礫砂巖微風(fēng)化層。

2.1.1 主要安全風(fēng)險

(1)泥質(zhì)砂巖中風(fēng)化層在本車站分布廣泛，層厚較大，具有遇水軟化變形、受擾動后強(qiáng)度及承載力驟減特點。

(2)地下水主要富存于砂層，基坑開挖時如果降排水不徹底，隨著地下水的涌出，砂土細(xì)顆粒流失，造成砂層結(jié)構(gòu)更加松散，滲透性加強(qiáng)，引起基坑坍塌、縱向滑坡等?；娱_挖后，具承壓性的強(qiáng)風(fēng)化巖中地下水會通過殘積土和全風(fēng)化巖向基坑滲透，加大基坑的出水量，給施工帶來困難。基坑開挖引起的基坑內(nèi)外水頭差加大，易引起基坑隆起等不良現(xiàn)象。

2.1.2 對應(yīng)的應(yīng)對措施

(1)基坑開挖施工前必須做好基坑降水和圍護(hù)結(jié)構(gòu)防滲措施，基坑開挖到底后及時封底，防止暴露時間過長和泡水引起軟化。

(2)基坑開挖前及時進(jìn)行坑內(nèi)降水處理，降至開挖面以下1m以下，基坑開挖到底后及時封閉。

2.2 地下水引起的施工難點及應(yīng)對措施

車站主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用φ1000 mm@1200 mm的鉆孔灌注樁，樁間止水采用φ600 mm的旋噴樁，單樁止水效果難以保證，且土石分界處止水不容易處理。

對應(yīng)措施為：繪制出旋噴樁樁底線，控制好旋噴樁樁長，確保每根樁深入不透水層；旋噴樁施工前通過試樁確定旋噴樁各項參數(shù)，確保旋噴樁成樁質(zhì)量。

2.3 周邊復(fù)雜的建筑條件引起的施工難點和應(yīng)對措施

車站周邊建(構(gòu))筑物多，且年代久遠(yuǎn)，車站周邊環(huán)境復(fù)雜。施工中需要高度重視建(構(gòu))筑物和周邊管線在安全方面的要求。不但要控制基坑的變形在允許范圍內(nèi)，而且在此基礎(chǔ)上還要提高基坑的安全儲備，確保建(構(gòu))筑物的絕對安全和正常使用。

對應(yīng)的應(yīng)對措施如下：

(1)嚴(yán)格按照設(shè)計要求施作鉆孔樁+內(nèi)支撐圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系，重點注意樁間止水效果和鋼管內(nèi)支撐軸力監(jiān)測。同時減少地表附加荷載影響，確保支護(hù)體系的穩(wěn)定和整體剛度。

(2)充分利用“時空效應(yīng)”原理，優(yōu)化基坑施工參數(shù)。對開挖分步、分段尺寸、開挖時限、支撐時限、支撐預(yù)應(yīng)力等各道工序制定定量的作業(yè)實施細(xì)則。

(3)加強(qiáng)施工降水，嚴(yán)格控制地下水水位標(biāo)高，防止側(cè)壁和基底涌水、涌泥，消除地下水對圍護(hù)結(jié)構(gòu)的側(cè)向壓力。

(4)對基坑進(jìn)行全面的監(jiān)測編，設(shè)定合理的警戒值和報警值等預(yù)控指標(biāo)，做為動態(tài)施工的依據(jù)，進(jìn)行動態(tài)信息管理；將管線變形和圍護(hù)結(jié)構(gòu)的位移控制指標(biāo)分解為各步序分控指標(biāo)，步步滿足預(yù)控數(shù)值；若有異常，則考慮增設(shè)支撐、減小分段長度、分層厚度、調(diào)整支撐軸力及對周邊建(構(gòu))筑物采取注漿保護(hù)等措施。

3 施工監(jiān)測

施工過程中建立全面、嚴(yán)密的監(jiān)測體系是完全必要的，特別是針對周邊有密集建筑的地鐵車站基坑的開挖工程，通過及時的監(jiān)測信息反饋指導(dǎo)施工，不僅可保證基坑自身的安全穩(wěn)定，還可對周邊建筑的安全進(jìn)行有效控制，減少施工對周邊建(構(gòu))筑物、路面及管線等周圍環(huán)境的影響，從而有效地確保施工安全。

3.1 監(jiān)測項目及監(jiān)測頻率

對于密集建筑老城區(qū)的地鐵車站基坑開挖施工過程的監(jiān)測應(yīng)重點加強(qiáng)，不僅要對支護(hù)樁的水平位移和豎向位移、地下水位、鋼(混凝土)支撐軸力等常規(guī)施工監(jiān)測項目進(jìn)行監(jiān)測，還要對周邊建(構(gòu))筑物的沉降、傾斜、周邊管線的沉降和地表路面的沉降進(jìn)行監(jiān)測，具體的監(jiān)測項目和監(jiān)測工具如表3所示。

3.2 監(jiān)測數(shù)據(jù)分析反饋

監(jiān)測數(shù)據(jù)反饋分析的流程如圖2所示。

4 結(jié)論

(1)在密集建筑老城區(qū)修建地鐵車站基坑，應(yīng)重點分析地質(zhì)條件和周邊的建筑環(huán)境，對于可能出現(xiàn)的施工難點，提出前瞻性的應(yīng)對措施，保證基坑開挖施工安全、有序進(jìn)行。

表3 密集建筑老城區(qū)地鐵車站施工開挖監(jiān)測項目

圖2 監(jiān)測數(shù)據(jù)反饋分析流程

(2)施工過程中不僅對基坑進(jìn)行嚴(yán)密的監(jiān)測，還要對周圍的建(構(gòu))筑物、地下管線、道路沉降進(jìn)行嚴(yán)密的監(jiān)測，通過制定監(jiān)測預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行反饋調(diào)節(jié)，采取對應(yīng)的施工措施，保證工程的安全和質(zhì)量。