新建站房臨近既有鐵路線基坑圍護體系選型方案探討

儲天月 上海鐵路局建設管理處

1 工程概況

1.1 工程基本情況

新建杭州東站站房工程位于杭州市江干區，周邊有滬杭甬高速、德勝快速路等城市道路。站房建筑共六層，地下一層為出站層，地下二、三層為杭州地鐵東站站，地上為站臺層和高架層。站房總建筑面積為155569m2（地下67438 m2，地上88131 m）2，站房主體建筑東西向長463.45m，南北面寬143.60m。工程等級為特級，耐久年限為100年，結構安全等級為一級。

滬昆鐵路線的存在將新建站房工程分為東西中三個施工區域。基坑工程在滬昆鐵路線（位于待建站房中部區域）東西兩側(一期和二期)，基坑基本同時支護開挖，西側基坑距離既有線約26m，東側基坑距離既有線約49m，基坑開挖深度為8.55 m，圍護體系長度為217m，基坑重要性等級為一級。

1.2 工程地質和水文條件

工程地基土有10個工程地質層及若干亞層，以砂質粉土為主。

工程淺層地下水屬孔隙性潛水，主要賦存于表層填土及2～6層粉土、粉砂中，由大氣降水和地表水徑流補給，地下水位隨季節變化。淺層地下水水位年變幅為1.0～2.0 m，多年最高地下水位約埋深0.5～1.0 m，抗浮水位取高程5.0 m。

1.3 施工現場調查

基坑周邊施工條件復雜。上部有既有線以及附屬構筑物，緊鄰基坑支護存在大小不等的承臺基坑；在東西通道基坑下部有地鐵1號線和4號線分別采用盾構穿越和蓋挖逆作通過；在基坑東側有在建的地鐵杭州東站站，其施工范圍與本工程交錯進行。

該既有線是滬昆正線，它與多條鐵路干支線相連，是我國長江以南東西向最重要的繁忙干線，在溝通華東與華南、中南、西南及華東地區內部之間起著積極作用，不能停運，必須保證東站施工全過程的暢通和運營安全。這就對基坑圍護的安全提出了更高的要求。

2 圍護方案選型依據

基坑圍護體系選型需考慮以下因素：

(1)站房外圍總體圍護體系已經確定，并進行施工。

(2)由于鐵路線的沉降要求較高，全過程需控制在20 mm以內，應避免采用坑外降水的形式。

(3)依據鐵路相關規范，基坑變形需控制在2 cm以內，絕對不能突破該警戒值，否則將視為危及鐵路運營線安全，需立即啟動鐵路搶險應急預案，后果影響較嚴重。

(4)在自然地面以下15 m左右（相對標高-20.25 m）有地鐵盾構線路穿越，所選圍護形式必須保證日后不成為地鐵盾構穿越的障礙物。

(5)該圍護為臨時支護，待鐵路線轉線以后，該范圍日后還需開挖和施工后續結構，特別是地鐵4#線區間段地連墻圍護與其垂直相交，因此圍護體系還需考慮拆除的方便性，減少對站房后續施工的影響。

(6)由于需保留站臺和雨棚，使得該段既有線圍護在西側空間受限，不能采用大放坡的形式。

3 施工方案比選

3.1 施工方案一：工法樁加錨桿對拉

采用三軸SMW工法水泥攪拌樁，攪拌樁直徑850mm，間距600mm，樁體采用P.O42.5級普通硅酸鹽水泥，內插HN750×300×13×24mm型鋼，對拉錨桿采用30mφ32錨桿(見圖1)。

圖1 工法樁加錨桿對拉圍護形式剖面圖

該方案采用對拉的形式，支護效果應較好，從設計方案自身而言，費用相對較低。但該方案的實施難度極大，其中方案設計的核心即φ32對拉錨桿施工十分難以控制：(1)直接推送錨桿或采用頂管穿越后管內再放入錨桿。由于錨桿推送和頂管均較難控制精度，無法做到穿過27.4 m的土層后恰好從另一端工法樁空隙穿出，施工不具備可操作性；(2)采用鉆機鉆孔法。鉆機鉆桿剛度相對較大，比頂進的方式定位具備一定的可靠性，但也無法保證定位精度，易造成廢孔，并且由于穿越鐵路線，列車振動可能造成塌孔，施工效果無法保證，可操作性同樣較差。

同時，若采用對拉形式，兩側基坑均需同步開挖至基坑底，而地鐵地連墻在西端頭井局部頂標高-4.75m處有一道0號支撐，作為地鐵基坑開挖過程中對既有鐵路線的保護，該區域地鐵尚未開挖，一旦臺后土方移除，將導致地鐵基坑失穩。

根據以上情況，該方案無法實施。

3.2 施工方案二：工法樁加預應力錨索

方案一對拉的支護形式無法實施，而內支撐或斜撐的方式又受到結構形式、場地條件、基坑尺寸和工期要求的影響也無法實施，綜合考慮圍護選型因素，最終本基坑工程采用了西側工法樁密插并加預應力錨索，東側高壓旋噴樁止水結合大放坡的圍護方案并現場予以實施(見圖2)。

圖2 既有鐵路線圍護平面示意圖

3.2.1 既有線東側基坑開挖圍護

既有線東側基坑開挖邊界距離既有線約49 m，自然地坪相對標高約-4.75 m（絕對標高5.50），底板墊層標高-13.00（絕對標高-2.75 m），基坑深度約8.25 m。支護方式采用上部2 m按1：1放坡，掛網噴混，預留1 m操作平臺；下部實施三軸Φ850@600 mm水泥土攪拌樁(見圖3)。

圖3 既有線東側支護剖面圖

3.2.2 既有線西側基坑圍護

既有線西側基坑開挖邊界距離既有線約26 m，自然地坪相對標高約-1.35 m(絕對標高8.90)，底板墊層標高-13.00（絕對標高-2.75 m），基坑深度約11.65 m。支護方式采用上部3 m按1：1.5放坡，掛網噴混，預留3 m操作平臺；下部實施三軸Φ850@600 mm水泥土攪拌樁，并間隔1.2 m內插HN750×300×13×24 mm 型鋼，在-4.85 m，-7.35 m，-9.85 m 處分別放置三道預應力錨索，每排錨索與水平面夾角按15°和20°交錯布置。樁頂采用C30鋼筋混凝土壓頂冠梁，第二、三道錨索處采用鋼腰梁(見圖4)。

圖4 既有線西側支護剖面圖

為了確保明挖結構基坑穩定，便于土方開挖及結構的施工，減少對周邊環境的不利影響，還須認真做好降水及施工用水的排放工作。

止水措施：將三軸水泥土攪拌樁深入淤泥粉質粘土層至少3.0 m作為止水帷幕。

降水措施：本基坑外側緊鄰既有運營鐵路，為防止沉降，不單獨作降水處理，基坑內的降水與出租車通道基坑施工時一并考慮。

排水措施：基坑坡頂、坡腳設置深300 mm排水溝，采用C20混凝土砌筑，及時排出地表及坑內集水，并要求對基坑坡頂的地面進行硬化處理，以防止地表水滲入到加固土體中。

3.2.3 工法樁加預應力錨索施工方案的補充完善與加強

該方案在經過上海鐵路局組織的施工方案審查會等相關論證后又做了進一步完善與加強：

(1)基坑圍護采用的SMW工法樁H型鋼加長，插入比不得小于 1：1。

(2)圍護樁與既有4號站臺主動加固區加強形式采用高壓旋噴樁格構形式進一步加強，高壓旋噴樁直徑為600 mm，搭接100 mm，格構樁的基底標高與SMW工法樁的基底標高一致。橫線方向格構間距為7.5 m，順線路方向為5～6排的樁距。

(3)預應力錨索要安排應力檢測，確保達到設計預定的效果。

綜上所述，SMW工法樁插入基坑底以下15 m，主動區采用Φ600@500高壓旋噴樁搭接形成格構加強體，高壓旋噴樁采用水泥標號為P.O42.5，水灰比1：1，每米水泥用量200 kg，預應力錨索進行應力檢測試驗得到的錨索極限抗拔力不得低于設計值。

高壓旋噴樁加固平面圖如圖5。

圖5 高壓旋噴樁主動區加固平面圖

4 基坑監測與分析

4.1 基坑各監測項目的報警值

(1)沉降：鐵路路基垂直沉降量不大于20 mm，沉降變形速率達到3.0 mm/d；基坑邊坡坡頂垂直沉降量不大于50 mm，沉降變形速率達到3.0 mm/d。

(2)水位：基坑開挖引起坑外水位下降不得超過1 000 mm，每天發展不得超過100 mm，基坑開挖引起坑內水位下降要保證地下水位低于基槽500 mm；監測數據繪制成曲線形式，綜合分析地下水位的變化，在必要的位置增設監測點。

(3)水平位移：基坑坡頂水平位移量不大于0.006H（H為基坑開挖深度），累計位移不超過4 cm，水平位移變形速率達到3.0 mm/d。

(4)土體深部位移量：土體深部位移變化曲線出現明顯的拐點變化。

(5)錨索內力檢測：錨索內力不得超過設計值的80%（允許最大內力325.5 kN）。

4.2 監測結果分析

(1)鐵路沉降經鐵路專業單位每日巡查滿足要求，基坑邊坡沉降36.3 mm。

(2)水位變化最大累計量910 mm。

(3)水平位移8.98 mm。

(4)土體深部位移曲線無明顯拐點變化。

(5)錨索內力61.44 kN。

從土體位移、水位變化、預應力錨索內力檢測成果來看，基坑處于安全受控狀態。

5 結束語

既有鐵路線邊基坑圍護的安全風險巨大，一旦出現問題，將導致極為嚴重的后果。尤其是涉及轉線安排中的圍護設計，還受制于站房總體圍護形式的選擇及后續結構施工。杭州東站站房工程中最終選擇的SMW工法樁加預應力錨索的支護形式應用效果良好，安全可靠，施工效率較高，費用較低，并且對后續結構施工影響較小，特別是工法樁拔除后不影響日后地鐵盾構穿越，是符合各方施工要求的合理選擇。