鄭州軌道交通1號線一期工程基坑圍護方案探討

皮景坤 任 磊 趙運臣

0 引言

隨著經濟的發展及農村人口不斷向城市的涌進和私家汽車的增多,城市交通正變得日益擁擠,全國各地大、中城市都在發展地下軌道交通。軌道交通工程深基坑圍護結構的安全穩定是能否順利開挖的關鍵因素之一。鄭州市軌道交通工程如何本著國家發改委批復的“安全、經濟、可行”的原則進行基坑的支護設計,是各參建單位急需解決的問題之一。

1 工程概況及水文地質條件

鄭州市軌道交通1號線一期工程全長26.2 km,全線設車站20座,全部為地下線。全線跨越了2個地貌單元,大致以京廣線為分界,呈西高東低。西段自工程起點至鄭州火車站范圍屬山前沖洪積緩傾平原,地形略有起伏,地面標高100 m～122 m;東段自鄭州火車站至工程終點屬黃淮沖洪積平原,地形平坦開闊,地面標高83 m～100 m。全線的工程水文地質條件受地形地貌控制,各段的地質及水文特點如下：1)山前沖洪積緩傾平原地質及水文特點：地表分布種植土或人工填土,以下為粉土、粉細砂(中密～密實)、中砂(密實)、粉質黏土(硬塑～堅硬)等,壓縮性中等～低,承載力較高,場地土類型屬中硬土,場地類別屬于Ⅱ類。地下水埋藏較深,實測穩定水位為地面下18 m～32 m,屬上部潛水。2)黃淮沖積平原地質特點：地表分布種植土或人工填土,以下為粉土、粉細砂、中砂、粉質黏土(硬塑),上部土層具承載力低、壓縮性高的特點。場地土類型屬中軟土,場地類別屬于Ⅲ類。地下水類型主要為砂、砂礫石含水層的孔隙水,大部分地下水埋藏較淺,屬上部潛水,實測穩定水位2.0 m～8.5 m,局部范圍分布有弱承壓水。

2 基坑圍護形式比較

基坑工程是個風險相對較大的系統工程,具有工程量大、技術難度高、不可遇見因素多等特點,且地下車站主體基坑工程一般在16 m以上,在換乘站處基坑深達24 m左右,且都是在城市中進行開挖,周邊環境對基坑要求較高。從工程水文地質條件可見,鄭州市軌道交通1號線一期工程沿線地質變化較大,因此可采用的圍護方案也是多樣的,可選擇圍護方案的形式見表1。

表1 基坑圍護結構形式

3 鄭州市軌道交通1號線一期工程基坑圍護方案的選擇

鄭州市軌道交通1號線一期工程自西向東設凱旋路站、西三環站、秦嶺路站、桐柏路站、碧沙崗站、鄭州大學站、中原東路站、鄭州火車站站、二七廣場站、市體育館站、紫荊山站、東明路站、民航路站、會展中心站、黃河東路站、農業東路站、七里河站、新鄭州站站、博學路站、體育中心站共20個站,具體圍護方案見表2。

3.1 基坑圍護方案

1)凱旋路站—鄭州火車站站：線路穿越建成區,建筑物密集、交通繁忙。站位均位于道路下方,基坑周邊管線密布。秦嶺路站、桐柏路站、中原東路站位于道路十字路口需局部蓋挖,其余全部為明挖法施工。地層主要以粉土和粉質黏土為主,地下水位在15 m～25 m,除鄭州火車站站為三層島式車站外,其余均為雙層島式車站,基坑深約16 m～24 m,標準段寬 18.5 m,車站底板主要位于粉土層。基坑側壁安全等級、基坑變形控制等級均按一級考慮,為保證周圍建筑物和交通安全,采用混凝土灌注排樁作為基坑圍護結構,并需采取一定的降水或樁間止水措施。

2)二七廣場—紫荊山站、東明路站—七里河站：線路穿越建成區,建筑物密集、交通繁忙,多次穿越文物保護范圍,站位均位于道路下方或者綠地內,基坑周邊、建(構)筑物管線密布。二七廣場站位于商業鬧市區需局部蓋挖,東明路站、民航路站位于交通繁忙或邊界條件限制地段,采用蓋挖法施工,其余全部為明挖法施工。地層主要以粉土和粉質黏土為主,地下水位在15 m～25 m,除紫荊山站為三層島式車站外,其余均為雙層島式車站,基坑深約16 m～24 m,標準段寬18.5 m,車站底板主要位于粉土層。基坑側壁安全等級、基坑變形控制等級均按一級考慮,為保證周圍建筑物和交通安全,采用鉆孔灌注樁作為基坑圍護結構,為減小降水對周邊環境的不利影響,采取坑內降水、坑壁止水的措施,圍護樁外側設三軸攪拌樁止水帷幕。

3)紫荊山站：紫荊山站位于紫荊山公園內與2號線十字島島換乘,周邊有商城遺址、金水河、紫荊山立交、黃河博物館等重要文物或建(構)筑物,三層島式車站。地層主要以粉土和粉砂層為主,地下水位在4 m,基坑深約24 m,標準段寬 25.9 m,車站底板主要位于粉砂層。基坑側壁安全等級、基坑變形控制等級均按一級考慮,為保證周圍建筑物,采用地下連續墻作為基坑圍護結構。

4)新鄭州站站—體育中心站：新鄭州站站、博學路站、體育中心站位于規劃建設用地,周圍地勢開闊平坦,無房屋和管線,地層主要為粉土和砂層,地下水位較高。車站采用地下二層島式車站,基坑深16 m～18 m,基坑底位于砂層,側壁安全等級、基坑變形控制等級均按一級考慮,車站周邊條件較好,具備放坡條件。地下水位以上采用放坡開挖,采取一定的降水措施。

表2 各站點采用的圍護方案

3.2 支撐系統

由于軌道交通基坑多為長條形,周邊建筑物、管線密布,與錨桿(索)支撐相比鋼支撐具有不占用基坑外地下空間、可重復利用、造價省、對控制基坑變形有利等優點,所以1號線一期工程基坑優先采用鋼管內支撐作為支撐系統。但是在周邊環境要求較高的西三環站、鄭州大學站、鄭州火車站站、市體育館站、東明路站、民航路站第一道采用混凝土支撐,二七廣場站、紫荊山站采用三道混凝土支撐。

4 結語

基坑工程圍護結構的多樣化解決了在軌道交通施工中施工多樣性和復雜性。選用何種類型圍護結構施工,根據其場地的具體情況、地質條件、經濟合理和施工工期等因素確定。鄭州市軌道交通1號線一期工程的基坑根據鄭州市工程水文地質條件以及周邊環境的要求采用了各自相適應圍護結構形式,引進了一些新的圍護結構形式。目前基坑開挖比較順利,可為后續軌道交通、城市建筑、市政建設的基坑設計施工提供參考和借鑒。

[1] 李超志.西安地鐵明挖車站基坑工程的支護形式選擇[J].中國市政工程,2009,139(2)：56-57.

[2] 中鐵第四勘察設計院集團有限公司.鄭州市軌道交通1號線一期工程總體設計[R].2009.

[3] 李自明.長沙市某基坑支護加固案例分析[J].山西建筑,2008,34(4)：141-142.