復雜換乘地鐵車站基坑支護技術分析

陳 進

(深圳市地鐵集團有限公司，廣東深圳 518026)

0 引言

我國城市地鐵建設如火如荼，但美好的事物往往來之不易，地鐵尤其如此，主要原因是地鐵建造復雜、技術難度大。另外，地鐵建設的工程事故較多，其中以地鐵基坑支護的事故最多發，有時甚至是慘痛事故。這就表明了地鐵基坑支護技術難度較大。國內較復雜的地鐵站之一——深圳地鐵老街站換乘綜合體是成功進行復雜地鐵站基坑支護的典型。

1 工程概況

深圳地鐵老街站換乘綜合體地鐵站，換乘綜合體長約100 m，寬約70 m，地下分為4層，最底層埋深25.5 m。地鐵線羅寶線(1號線)和龍崗線(3號線)在此相會、平行同臺換乘，它們上下行的兩條地鐵線在此同時變成上下重疊，南北相對排列。地下第四層，羅寶線為駛往羅湖火車站，龍崗線為駛往龍崗，順方向者可在本層實現換乘;地下第三層，羅寶線為駛往機場，龍崗線為駛往益田，順方向者可在本層實現換乘。不順方向者可在本樓的第三層和第四層之間就實現了換乘。這是所有地鐵換乘方式中最便捷的。節假日期間出入老街站的最大客流量近40萬人次，異常繁忙。老街站換乘綜合體設計功能取得了成功，在基坑支護施工技術方面同樣取得了成功。

老街站換乘綜合體的基坑支護復雜，基坑的平面形狀是不規則的四邊形，南邊長92 m，北邊長91 m，東邊長69 m，西邊長39 m;南北邊線的夾角為19.4°，東西邊線的夾角為8°?；又苓叚h境條件:南邊是正在運營的地鐵羅寶線，將開挖出露的是其地下連續墻;北邊是解放西路，其地下是當時待建的地鐵龍崗線老街站;東邊是永新商業城，是一座20世紀80年代末建成的地面8層、地下1層的混凝土框架結構建筑，基坑邊距其外墻的距離為4.5 m(地鐵一期工程施工時，已出現擾動變形);西邊是建設路，建設路外側是走向與其平行的廣深高架鐵路，建設路的路面下有一條寬2 m的雨水箱涵，走向也與建設路平行，廣深鐵路外側的不遠處是布吉河。具體情況見圖1。

2 基坑支護的設計過程和施工過程

2.1 支護方案選擇

基坑所處的地層主要為軟弱的深厚粉質粘土，夾有粉砂，下臥片麻花崗巖，原布吉河從此處經過，特區建設時將其改移;地下水埋深2.5 m?；娱_挖深度:27.5 m?；拥奶攸c歸納為:平面形狀不規則，緊鄰80年代末建筑物，既有地鐵羅寶線地鐵老街站必須加以保護，開挖深度大。支護方案比較選擇論證如下:

根據JGJ 120-2012建筑基坑支護技術規程，安全等級為一級，可供選擇的支護結構為支擋式結構。支擋式結構還可細分為:錨拉式、支撐式、懸臂式、雙排樁、支護結構與主體結構結合的逆作法。若選錨拉式，正在運營的羅寶線地鐵老街站得不到保護，基坑開挖后，其南側的巨大主動土壓力將使地鐵站向基坑變形，甚至破壞，錨拉式受周邊建筑物及地下管線限制不可行。對于支撐式，因基坑平面不規則，且對撐點間距過大，不可行。對于懸臂式，因基坑開挖深度大、不能保護正在運營的羅寶線地鐵老街站，不可行。對于雙排樁，因東側永新商業城的凈距離限制，不能保護正在運營的羅寶線地鐵老街站，且基坑開挖深度超出其適用范圍，不可行。排除以上方案后，本工程選擇了支護結構與主體結構結合的逆作法。接下來選擇支護結構的擋土結構，可供選擇的方式有兩種:排樁結構和地下連續墻結構。

圖1 基坑支護與地面建筑及道路關系圖

排樁結構的優點是:造價低于地下連續墻結構，施工機械沒有地下連續墻復雜，易于組織施工;缺點是基坑止水效果不好，需在排樁背面配旋噴樁止水。地下連續墻在這些方面正好與排樁相反?？紤]到節約工程投資，本工程采用的是排樁結構。初步布置方式是:基坑西側和北側采用直徑1 m的混凝土樁，樁間距1.6 m;為保護永新商業城，東側采用直徑1.2 m的混凝土樁，間距2 m;所有樁與樁之間的空隙在基坑外側用直徑0.8 m的旋噴樁堵塞止水。采用鋼筋混凝土樁和不含鋼筋的素混凝土樁間隔布置，樁與樁之間有0.6 m或0.8 m的孔隙，稱為疏排布樁，進一步節省了投資。方案定案時，取消樁間空隙，樁與樁相切緊密布置，稱為密排布樁，同時旋噴樁直徑減小為0.6 m。

為了充分發揮支護樁的懸臂擋土能力，在支護樁和旋噴樁都施工完成后，將基坑土方挖至－1層，從－1層開始逆作施工，因此，稱為半逆作法施工。為確保永新商業城的安全，在基坑東側－1層處增設一排預應力錨索。逆作法可加快施工進度，完成主體結構樁柱施工和－1層梁板施工后，向下施工地鐵換乘綜合體和向上施工66 m高的商務公寓可同時進行。

2.2 施工過程對支護方案的檢驗

先按施工圖施工支護樁，再施工三重管旋噴樁。旋噴樁的成樁效果不理想，跟隨的鉆孔抽芯結果是:淺層0 m～5 m水泥與土的混摻膠結情況好，中層5 m～10 m的膠結情況一般，深層10 m以下的膠結情況差、很差。隨深度增加旋噴成樁直徑減小，原因是深度增加地層應力增加，旋噴切割、攪動的難度增大，直徑與深度成反相關關系。

支護樁完成后，將坑內土棄挖至－1層，下挖深度5 m，按設計圖紙要求在基坑東側施作一層預應力錨桿，單根錨桿鎖定力為450 kN?；娱_挖后支護樁的質量情況是:支護樁墻面平整，墻面無滲水?；禹斆嫖灰魄闆r:南面的羅寶線地下連續墻為零，北側中部的最大位移19 cm，東側為零，西側中部最大位移1.5 cm?？觾葍H少量積水，積水處位于基坑西端。基坑支護樁在－1層的質量較好，有效地滿足了支護設計要求。

挖樁前實施了坑內人工降水。根據JGJ 120-2012建筑基坑支護技術規程來進行降水設計計算，管井數量n≈3.7，取n=4。在基坑內布置4個管井降水。東西側各布設一口井，北側布置兩口井。

逆作法是先施工人工挖孔樁，澆筑－4層底板以下的樁基，從－4層安裝鋼管柱至－1層，在鋼管柱周邊焊接剪力鍵或鋼環梁用以支撐梁板，再澆筑－1層板梁，以－1層板梁支撐基坑周邊的支護樁和地鐵羅寶線老街站，下挖－2層。依次類推施作－3層和－4層。

基坑在人工挖孔樁施工階段基坑內的地下水位降深最大，周邊的建筑、道路和地鐵羅寶線未受影響，東邊的永新商業城最大沉降為50 mm。整體狀況較好，僅出現一次險情。險情發生在西側中部緊貼支護排樁的第54號人工挖孔樁。當下挖至地面下約15 m時出現突涌，基坑外側建設路下流塑狀粉質粘土在基坑外側與樁孔內的壓力差作用下透過旋噴止水層和支護樁間的空隙涌向了樁孔，在建設路形成約4 m3的塌陷坑。原因為該處路面下有雨水箱涵，因其滲漏不斷向地下補充水量，使該處坑外地下水位不隨坑內下降。另外，建設路車輛震動和緊鄰的廣深鐵路的高速動車震動的激發誘導突涌。險情出現后，在支護樁外側采取了袖閥管注漿增強原旋噴樁止水帷幕。

逆作－2層和－3層的施工很順利，因實施了基坑降水，基坑土質含水少，便于作業，逆作出土很快，用于逆作梁板的地模施工順利。在最深－4層施工過程中，基坑的支護結構出現了兩次險情。第一次是在－4層出土時，基坑西端上次出現突涌的第54號樁柱處又突發透過支護樁間空隙的粉質土涌流，建設路又出現約3 m3的塌陷坑。涌流出的粉質土攤在第54號樁柱周圍的－3層混凝土樓板上。同一位置發生兩次突涌，說明這樣一個事實:旋噴樁和袖閥管注漿對老街站粉質土的處理效果甚微。事后用網噴法將該處的支護樁間空隙填實。第二次險情出現在－4層土方即將挖完，－4層的土方從西向東挖，剩余的東端土方有保護支護樁，進而保護基坑頂部永新商業城的作用。施工時，采用了跳槽開挖法。挖完第一槽后，檢查發現支護樁中的直徑1 200 mm素混凝土樁在中偏下部位出現了裂縫，最寬的裂縫有4 mm。險情發現后立即組織全部力量對裂縫樁進行鋼管斜支撐加固。為什么薄弱的素混凝土樁只開裂而未像前兩次險情發生突然垮塌。原因是該部位坑外地下水位跟隨坑內地下水位同時降落，坑外的粉質土因地下水降低由總應力狀態變成了有效應力狀態，強度增大很多，失去了流動性。在素混凝土受主動土壓力作用向基坑內凸出變形開裂后，通過素樁后面土的水平拱效應將土壓力傳給了鋼筋混凝土樁，素樁后的土壓力不再增加。從這一角度看，此次險情未擴大為事故得益于旋噴樁止水效果不佳，這點與上兩次險情是相反的。同時說明了永新商業城的地下給排水管網未滲漏?？油獾叵滤浑S坑內降水而下降的情況，從開挖完成的第一槽支護樁之間的縫隙的干濕狀況得到了證實，若坑外水位高，縫隙必然很濕或泌水，實際觀察的結果是縫隙是干的。

從地面到－4層施工結束，逆作基坑支護體系充分發揮了穩固支撐、保護作用，地鐵羅寶線未產生位移、緊鄰的永新商業城得到了保護等，達到了設計要求?；又ёo剖面圖見圖2。

圖2 基坑支護剖面圖

3 結語

通過施工過程的實踐檢驗，復雜的老街地鐵站的基坑支護設計是成功的?？偨Y經驗和教訓，可作下列優化:

1)支護樁不能間隔采用素混凝土樁，應全部采用鋼筋混凝土樁。前者的基坑支護結構重要性系數γ0僅能達到0.9，后者才能達到1.1，JGJ 120-2012建筑基坑支護技術規程要求為1.1。

2)旋噴樁和袖閥管注漿對本工程土質條件的止水處理效果差，可改為深層攪拌。

3)排樁的成孔方法應改進，目前的鉆孔機和沖孔機的成孔垂直度不理想，能勉強達到JGJ 120-2012建筑基坑支護技術規程要求0.5%。若偏差方向相反，在20 m深度處，就可能形成20 cm的間隙，此間隙足以引起基坑外粉質土涌入坑內。

［1］JGJ 120-2012，建筑基坑支護技術規程［S］.

［2］陳忠漢，黃書秩，程麗萍.深基坑工程［M］.北京：機械工業出版社，2003：3.