談珠江新城站深基坑開挖及監測技術

何振華

(中鐵十五局集團有限公司，河南洛陽 471000)

廣州市軌道交通五號線珠江新城站位于華廈路與花城大道交叉路口處。珠江新城站是三號線與五號線的換乘站，三號線呈南北走向，五號線呈東西走向，站臺呈十字形疊交。珠江新城站為地下3層結構，－1層為3號線和五號線的站廳層，呈十字形，－2層為三號線站臺和五號線兩端客流夾層，－3層為五號線站臺層，共設有6個出入口。車站主體結構總長145.3 m，車站標準段寬29.0 m，頂板埋深為 3.0 m，底板埋深為 22.89 m。采用φ1 200 mm(間距為1 500 mm)密排人工挖孔樁相連成墻體作圍護結構，樁頂設冠梁，采用四道鋼管支撐以保證圍護結構的穩定及安全。主體結構明挖法施工，采用三層四跨箱形框架結構，柱距為9.0 m。各層板、梁、墻均采用C30混凝土，結構中柱采用C50混凝土。底板厚1 000 mm，中板厚500 mm，頂板厚800 mm，邊墻厚800 mm(站臺層為900 mm)。

1 地質條件

1.1 工程地質條件

本工程處于珠江三角洲沖積平原，地貌形態為平緩的三角洲沖積平原。車站地層主要包括白堊系紅層和第四系土層。

根據鉆孔揭露巖土由上往下分別為:人工填土層①、沖(淤)積土層④-2、沖～洪積土層④-1、殘積可塑層⑤-1、殘積硬塑層⑤-2和泥質粉砂巖全風化巖層⑥、強風化⑦、中風化⑧、微風化⑨。

車站主體結構底板大部分位于微風化巖層⑨中，且基坑范圍內未發現有淤泥質土、砂層等軟弱地層存在。礦山法暗挖隧道洞身范圍內主要為泥質粉砂巖全風化巖層⑥、強風化⑦、中風化⑧、微風化⑨。根據圍巖分類，隧道圍巖為Ⅲ類或Ⅳ類。

1.2 工程水文條件

本站區范圍內地下水主要為孔隙水和基巖裂隙水兩類。地下水補給主要為大氣降水，受季節影響明顯。地層中除填土層上層滯水外，其他地層均為透水或不透水層，基巖裂隙水具有連通性。地下水對混凝土有弱腐性。

2 施工方案

2.1 基坑開挖

根據場地條件、土質條件和工程條件，擬建車站基坑屬超深基坑，基坑側壁安全等級為一級。考慮到基坑開挖深度較大，場地周圍紅線內空地僅有3.0 m～4.0 m左右，施工場地狹小，不具備放坡條件，所以無法進行放坡開挖，需進行基坑支護。基坑支護和土方開挖是整個基坑工程能否順利完成的前提。

基坑開挖階段是工程對周圍環境影響最為直接的時段，必須嚴格按設計要求及有關規范、規程的要求進行作業，應特別注意:

1)基坑西南角10 m處為已停工的廣州中國名牌大廈基坑，深約20 m，西北角為正在施工的海關大樓，東南角為三號線車站的施工場地，離中國檢驗檢疫中心較近。本工程開挖比較深，且面積大，開挖大面積的土方卸載勢必引起周邊土體的位移場變化，因此應嚴格按設計要求進行開挖。嚴格遵守設計要求;2)開挖時，臨廣州中國名牌大廈基坑一側不得堆載，其他基坑邊堆載必須小于25 kPa;3)基坑開挖時分塊之間土坡坡度不應過大，以免土坡失穩。防止機械碰撞臨時立柱，確保立柱安全。

施工方案的選擇重點要考慮以下內容:

1)如何有效解決臨廣州中國名牌大廈深基坑安全問題;2)土石方開挖與支護工程施工的穿插關系;3)石方爆破施工中對基坑邊坡和已建成的三號線珠江新城站的結構安全保護。

2.2 基坑支護

基坑的支護方案很多，各有其優點和局限性，選擇合理的方案是保證基坑支護工程的關鍵。基坑開挖面積大，深度深，周邊環境保護要求較高，且建筑物開挖邊線距離建筑紅線距離僅有3 m～5 m，無法進行放坡。本次方案結合了主體結構及場地特點，在保證安全的前提下，根據實際情況，重點突出快、省、易。

該基坑支護工程重點為控制廣州中國名牌大廈基坑一側變形。

根據地質情況、周圍環境、基坑規模、廣州市及全國地鐵施工經驗，經過多方面論證，本基坑的設計為:車站采用φ1 200 mm(間距為1 500 mm)密排人工挖孔樁相連成墻體作圍護結構，樁頂設冠梁，采用四道用φ609，壁厚t=16鋼管支撐以保證圍護結構的穩定及安全。主體結構明挖法施工，采用三層四跨箱形框架結構，柱距為9.0 m。各層板、梁、墻均采用C30混凝土，結構中柱采用C50混凝土。底板厚1 000 mm，中板厚500 mm，頂板厚800 mm，邊墻厚800 mm(站臺層為900 mm)。采用人工挖孔方法，結合管線資料，完全可以避開地下管線。該方法在全國應用廣泛，質量容易控制。

考慮支撐要在廣州中國名牌大廈基坑底以下。A，B基坑的開挖深度22.89 m，采用上部2 m開挖作擋土墻，下部φ1 200人工挖孔樁+四道鋼內支撐。

3 基坑降水

本基坑范圍內存在人工填土層和強風化巖層，具有一定的含水量，在土石方開挖前宜先進行降水。根據計算，基坑內在中部沿縱向設一排降水井，間距為20 m～25 m，采用φ800井點，并在基坑之外增加設降水井，井深以進入不透水層或巖層3 m以上控制。基坑開挖前先做好基坑面四周的排水溝，開挖至設計標高立即做基坑底面兩側排水溝，每隔30 m設置集水坑，并在基坑四角設置集水坑，坑外均設置排水溝與市政管網接駁，并設計三級沉淀池排放措施。

4 變形監測

為確保鄰近建筑物及管線的安全，同時為了掌握不同施工狀況對圍護結構的影響，確保施工安全，對基坑進行了嚴密的監控量測。

1)為了解基坑圍護墻體在開挖過程中的傾斜和位移情況，分別在A，B基坑四角、轉角、中部的鋼筋混凝土人工挖孔灌注樁內布置測斜管，均采用PVC塑料管，將其綁扎在挖孔灌注樁鋼筋籠上一同澆筑。

2)周圍建(構)筑物、地下管線變形。四周建筑:在鄰近的正在施工的海關大樓，中國檢驗檢疫中心的四角、中部，分別布置沉降觀測點;周邊基坑:如中國名牌大廈基坑一側的擋土墻上設置沉降觀測點;地下管線:站位范圍內地下管線較多，主要有軍用電纜光纖、給水管和排水管等。在鄰近基坑的地下管線的轉角和線長中部布設沉降觀測點。

3)圍護結構內力。選取有代表性的圍護樁，在圍護樁基坑內側面和迎土側面的鋼筋上埋設鋼筋應力計，使用振弦頻率測定儀測定樁身受拉區和受壓區鋼筋應力的變化。

4)支撐軸力。支撐體系軸力監測:軸力計數量按鋼支撐的30%設置，選取角撐、對撐、有代表性的部位布設觀測點。采用支撐軸力計，掌握在開挖過程中隨著深度的變化，支撐體系受力的情況。支撐軸力監測對支撐體系受力狀況、保障支撐體系安全有著重要意義。深基坑開挖過程中1次/d，受力穩定1次/周。

5)基坑周圍地表沉降。在基坑深度的1.5倍～2.0倍距離為半徑的范圍內，從基坑向外由密到疏布設。在基坑影響范圍外，每測區設置穩固可靠的水準基點3個，每次測量應符合有關規范。

地下水位:基坑開挖前測取初讀數，基坑開挖至底板以下施工期間2 d～3 d一測，之后根據沉降的變化情況可視具體情況2 d～5 d測一次。

6)圍護結構樁體土壓力。在圍護結構人工挖孔樁外側布設觀測孔，豎向每間隔3 m設置一個土壓力盒，直至基坑底，在坑外土體沿垂直方向向下鉆孔，將土壓力盒間隔3 m固定于型鋼上放入鉆孔中，土壓力計的受壓面應面對欲測量的土體，用砂回填密實，使用振弦式頻率測定儀測定土壓力。在基坑開挖期間，每天測定一次。

7)爆破震動效應。在石方開挖前距爆源較近的3號線主體結構及臨近構筑物上埋設傳感器，針對硬質巖體采用小藥量淺眼弱震控制爆破，爆破前先在靠近圍護結構處，人工輔以液壓錘先開挖一道“V”形槽，對既有圍護結構形成保護的同時為后續爆破增加臨空面，“V”形槽深始終超深于炮眼深度。利用已開挖形成和沿圍護結構先開挖“V”形隔離槽形成的臨空面，沿基坑縱向推進，炮孔為平行于臨界面的斜孔，平面呈梅花形布置，小藥量，淺孔臺階弱震控制爆破，靠近圍護結構預留臺階采用人工鑿除。淺孔爆破允許最大段起爆藥量和爆破振速現場選爆破點進行測試，根據測得數據通過回歸分析確定系數，從而按規范的規定設計值控制單段最大裝藥量。石方爆破方法示意圖見圖1。

圖1 石方爆破方法示意圖

5 監測與數據分析、管理

監控量測資料均由計算機進行處理與管理，當取得各種監測資料后，及時進行處理分析，繪制相應圖表，對監測數據進行回歸分析，預測最終位移值，預測結構物的安全性，確定工程技術措施。每一測點的監測結果要根據其位移變化速率和管理基準等綜合判斷結構和建筑物的安全狀況，并編寫周、月匯總報表，及時反饋指導施工，調整施工參數，達到安全、快速、高效施工之目的。

監測數據的整理分析及反饋的方法和內容通常包括監測資料的采集、整理、分析、反饋及評判決策等。

5.1 數據采集

1)通過現場監測取得的數據和與之相關的其他資料的搜集、記錄等。本監測項目采用的儀器設備種類繁多，有的儀器(如水準儀、測斜儀等)需人工讀數、記錄，然后將實測數據輸入計算機，有的儀器(如全站儀)則自動數據采集，并將量測值自動傳輸到數據庫管理系統。

2)數據分析。采用比較法、作圖法和數學、物理模型，分析各監測物理量值大小、變化規律、發展趨勢，以便對工程的安全狀態和應采取的措施進行評估決策。在取得足夠的數據后，還應根據散點圖的數據分布狀況，選擇合適的函數，對監測結果進行回歸分析，以預測該測點可能出現的最大位移值，預測結構和建筑物的安全狀況。

5.2 數據整理

每次觀測后應立即對原始觀測數據進行校核和整理，包括原始觀測值的檢驗、物理量的計算、填表制圖、異常值的剔除、初步分析和整編等，并將檢驗過的數據輸入計算機的數據庫管理系統。

6 結語

珠江新城站深基坑工程開挖范圍廣、深度深、施工難度大。經過兩年多的各項監測表明，基坑邊坡及周圍建筑物穩定，保證了基坑工程順利施工。本工程針對該工程及周邊不同環境，因地制宜地采用多種樁基形式和基坑支撐體系，其技術先進，使用安全，經濟可靠，以后針對廣州市地鐵深基坑作業施工技術有一定的參考性。

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