軟土地區(qū)地鐵車站半蓋挖深基坑施工

閆 順

(中鐵第四勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司，武漢 430063)

1 工程概述

城市軌道交通往往修建于城市繁華地區(qū)，但給施工造成不便。軟土地區(qū)地鐵車站深基坑施工選用半蓋挖法既不影響市內(nèi)現(xiàn)有交通狀況，又能滿足地鐵施工的需要。

某地鐵站工程周邊建筑較多，均為多層居民樓，距離基坑較近，西北側(cè)6層和7層樓距離基坑約為7～8 m，基礎(chǔ)均為條形基礎(chǔ)，埋深約為9 m;其余位于基坑兩側(cè)的樓房，基礎(chǔ)均為條形基礎(chǔ)，埋深5 m或9 m，距離基坑約10～20 m。

道路的路面總寬度為45 m，整個車站位于道路下方，除去車站用地后，路面寬度最大處只有9 m，為保證道路交通，車站進(jìn)行半蓋挖法施工，在車站南側(cè)設(shè)置臨時路面系統(tǒng)，保證地面20 m寬的交通疏解道路。

1)工程地質(zhì)條件

本站所在場地為廣闊的沖湖積平原，水系發(fā)育，地勢平坦，系典型的水網(wǎng)化平原。車站站址處地勢較為平坦。根據(jù)地質(zhì)資料，地層層序自上而下依次為:①1雜填土、①2素填土、③1粉質(zhì)黏土層、③2粉質(zhì)黏土層、④1粉土層、④2粉砂層、⑤粉質(zhì)黏土、⑥1粉質(zhì)黏土、⑥2粉質(zhì)黏土、⑦粉土、粉砂、⑧粉質(zhì)黏土、⑨粉質(zhì)黏土、⑩粉土、粉細(xì)砂、[11]粉質(zhì)黏土。

2)水文地質(zhì)條件

場地內(nèi)主要有地表水、承壓水，地表水對基坑施工影響較小，微承壓水位于基坑深度范圍內(nèi)，是影響基坑安全的主要水層。

微承壓水由④-1層粉土、④-2層粉砂和⑤層軟 ～流塑粉質(zhì)黏土夾粉土構(gòu)成含水層。該含水層埋藏較淺，厚度較大。其中，④-2層賦水性較好，透水性較強，水量較豐富，為基坑開挖深度內(nèi)的主要出水地層，亦為對地鐵施工及運營影響較大的含水層。

承壓水由⑦層粉土、粉砂和⑧層流塑～軟塑粉質(zhì)黏土組成含水層。該含水層含水較豐富，但埋藏較深，對地下兩層的車站影響不大，對地下三層段的坑底穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響。

2 基坑半蓋挖法施工

車站一般段基坑深度在16 m左右，底板座落在⑤層粉質(zhì)黏土層上，基坑寬度從15.25 m至41.2 m不等?？紤]到本工程的周邊環(huán)境及水文地質(zhì)條件，基坑采用地下連續(xù)墻+內(nèi)支撐的圍護(hù)方案，主要采用800 mm厚地下連續(xù)墻作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)。由于基坑形狀不規(guī)則，為便于支撐設(shè)置和安排施工工序，內(nèi)支撐體系采用混凝土支撐，沿基坑豎向共設(shè)置3道。

路面板采用300 mm厚現(xiàn)澆混凝土板，板下設(shè)縱橫梁并兼做基坑的第一道混凝土支撐?？v橫梁下采用臨時格構(gòu)柱作為路面系統(tǒng)的支撐結(jié)構(gòu)，格構(gòu)柱基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁。路面系統(tǒng)計算時，按照公路-Ⅱ級荷載考慮。

1)基坑斷面如圖1所示。

2)車站的施工工序為:①將道路交通向一側(cè)改移，圍擋施工車站一邊的第一道支撐及路面板系統(tǒng)等;②將交通疏解向施工完畢的一側(cè)改移，施工場地相應(yīng)轉(zhuǎn)移至另外一邊。在該施工場地內(nèi)，完成車站其余部分的地基加固、圍護(hù)結(jié)構(gòu)、樁、臨時立柱等結(jié)構(gòu)，然后根據(jù)設(shè)計要求，向下開挖基坑，及時進(jìn)行支護(hù)，開挖至基底后，向上回筑并拆除支撐，直至完成主體結(jié)構(gòu)。

3)采用朗金主動土壓公式，施工階段水土合算④1粉土、④2粉砂層采用水土分算)。水浮力按照最高水位按地面以下1 m計算。由于車站一側(cè)為施工用地、一側(cè)為城市道路，故考慮基坑兩側(cè)的超載取值為30 kPa。計算采用sap84軟件，加載方式為增量法。結(jié)果如圖2所示。計算出基坑最大水平位移 15.4 mm，最大彎矩標(biāo)準(zhǔn)值為1 020 kN·m，第一道支撐最大軸力為736 kN，第二道支撐最大軸力為6 960 kN，第三道支撐最大軸力為5 240 kN。

圖1 地質(zhì)斷面與基坑斷面圖(單位:mm)

圖2 基坑計算結(jié)果(結(jié)構(gòu)彎矩單位:kN·mm;結(jié)構(gòu)位移單位:mm)

4)施工監(jiān)測。①路面系統(tǒng)監(jiān)測結(jié)果表明，路面板最大沉降為22.53 mm。②基坑監(jiān)測到地面沉降最大值為26.3 mm。本次對混凝土支撐軸力的監(jiān)測，由于初始值偏差較大，導(dǎo)致混凝土支撐的軸力偏差較大，第一道支撐最大軸力為6 414 kN，第二道支撐最大軸力為13 931 kN，第三道支撐最大軸力為9 851 kN。分別比理論值增大771%，100%，88%。每道支撐的最大軸力均比理論計算值要大，這主要是因為現(xiàn)場操作，混凝土的軸力不易測出，誤差較大引起。

圍護(hù)結(jié)構(gòu)的水平位移最大值為25 mm，垂直位移最大值為23 mm。均未超出設(shè)計允許的最大值30 mm。施工中每個階段的圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移如圖3～圖5所示。

3 結(jié)論

圖3 基坑開挖至第二道支撐下方

圖4 基坑開挖至第三道支撐下方

圖5 基坑開挖至基底

根據(jù)以上分析，該工程采用半蓋挖的施工方法，可以解決交通疏解問題，同時，又盡可能小地減少了對施工的影響，是比較合理的施工方法。通過現(xiàn)場跟蹤監(jiān)測，表明圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式是可行的，基坑的變形、地表的沉降，都在允許范圍內(nèi)。綜合說來，基坑監(jiān)測的數(shù)據(jù)，如圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形量等，與理論計算基本一致。

［1］賀俊，楊平，張婷.復(fù)雜條件下深基坑施工變形控制及周邊環(huán)境監(jiān)測分析［J］.鐵道建筑，2010(7):96-99.

［2］張建新，張陽，張淑朝，等.深基坑逆作開挖時地下連續(xù)墻側(cè)向變形分析［J］.鐵道建筑，2009(12):56-58.

［3］侯昭路.成都地鐵2號線牛王廟車站半蓋挖法設(shè)計［J］.現(xiàn)代隧道技術(shù)，2009(1):8-14.

［4］向群.地鐵車站深基坑開挖對周圍建筑的影響及處理［J］.鐵道建筑，2004(8):50-53.