流沙層中跨既有線旅客地道深基坑快速施工技術

（中鐵十局建筑工程有限公司，濟南250061）

摘 要：隨著近年來鐵路的迅速發展，沿線火車站陸續改建，舊火車站的旅客進站平交道嚴重制約著線路提速。在既有運營線上進行深基坑快速施工，需要綜合考慮既有帶電接觸網、基坑臨近運營線路等對基坑施工影響。本文研究了基坑開挖底層流塑性地質力學特性，并綜合分析既有帶電接觸網、基坑臨近運營線路等對基坑施工影響，提出了鉆孔灌注樁和高壓旋噴樁止水帷幕聯合支護的技術方案，并開展基坑穩定性驗算，形成了一種流沙地層中跨既有線地道基坑施工速度快、成本低、確保工程質量和工期的基坑施工技術。

關鍵詞：旅客地道;施工技術;流沙地層

1 工程概況

菏澤站位于新菏兗日線與京九線交匯處，新菏兗日線外包京九線，是魯西南地區較大的集客、貨運業務的綜合站。新建1-12m旅客地道位于京九線K583+449.5處，二、三、四站臺上設置雙向地道出入口。新建1-6m行包地道位于京九線K583+184.5處，一、二、三、四站臺上設置單向地道出入口。地道橫穿站內11條正線、到發線，基坑最大挖深8.45米，箱體結構寬度13.8米，需要在雨季施工，菏澤地質屬于黃河流沙地質，基坑支護較為困難。

2 水文地質條件

受場地條件限制，本工程勘察設計時未進入施工現場勘探，只在施工區域附近選取勘探點，并參考施工專項方案里給出的地質資料里土的分類及狀態，查閱工程地質手冊，得到相關土體的經驗參數如表1。

地處黃河淤泥流沙地質，容易發生流沙。

3 施工方案的確定

（1）既有線路接觸網高度限制，鋼板樁無法施工，鉆孔灌注樁機可以改為4m高，滿足接觸網安全要求，止水帷幕采用高壓旋噴樁，樁基0.6米，樁長12米，在每兩個支護樁之間施工，高壓旋噴樁機高度2米，不影響接觸網。

（2）地處黃河淤泥流沙地質，采用鉆孔灌注樁與高壓旋噴樁聯合支護，既利用了鉆孔灌注樁的剛性支護性能，確保了鄰近基坑線路運行安全，又充分發揮了高壓旋噴樁作為止水帷幕的顯著特性，起到止水和封堵流沙的作用。

（3）因旋噴樁屬于水泥土的范疇，其強度增長較為緩慢，凝固強度必須達到設計強度70%以上方可清除浮漿、制模，待旋噴樁裝身達到設計強度后方可澆注地道箱體。為節省工期，采用在施工支護樁同時施工高壓旋噴樁地基（基礎以上部分空鉆），這樣等基坑開挖完成后高壓旋噴樁地基已達到齡期要求，每步過渡能節省工期45天。

4 基坑穩定性驗算

（1）荷載選取。考慮到既有線運輸線路（12、13、14股）安全，將12股，13股鐵路荷載作為超載施加于旅客地道和行包通道基坑旁。根據《鐵路路基支擋結構設計規范》，本次計算將其鐵路等級考慮為一級，軌道類型為特重型，則列車和軌道荷載的等效作用強度為59.2kPa，作用寬度范圍為3.6m。計算時僅考慮12股和13股荷載，其荷載距坑邊距分別為3.05m和7.93m。

（2）基坑傾覆穩定性分析。旅客地道與行包通道處的支擋結構均采用鉆孔灌注樁（未加鋼支撐）作為圍護墻，根據《建筑地基基礎設計規范》（GB50007-2011），可將其簡化為懸臂樁進行抗傾覆驗算。驗算的基本原則應滿足下式規定：

（4-1）

式中：

—MEp為主動力對樁底傾覆作用力矩總和（kN.m）

—MEa為被動力對樁底抗傾覆作用力矩總和（kN.m）

—抗傾覆穩定安全系數，取Ktgt;=1.3

其中，主動土壓力與被動土壓力的計算方法采用《建筑基坑支護技術規程》（JGJ120-2012）中的規定：

Pak=ak·Ka-2C " " " " " " " " " " " （4-2）

Ppk=pk·Kp-2C " " " " " " " " " " " " " " " " "（4-3）

式中：

—Pak為主動土壓力強度標準值（kPa）

—ak為支護結構外側土中豎向應力標準值（kPa）

—Ppk為被動土壓力強度標準值（kPa）

—pk為支護結構內側土中豎向應力標準值（kPa）

值得注意的是，主動土壓力系數和被動土壓力系數均采用朗肯土壓力系數。

根據式（4-2）， （4-3）可以得到行包通道處主（被）動土壓力隨基坑深度變化的曲線，具體數值如圖1所示。

將各土層主（被）動土壓力向樁底取矩（十字叉處），可得：

Kt=1.68gt;1.3

可見，旅客地道基坑計算截面滿足規范抗傾覆穩定性驗算要求。

（3）行包通道最危險側壁。根據式（3-2）， （3-3）以及表2.1和表2.2可以得到行包通道處主（被）動土壓力隨基坑深度變化的曲線，具體數值如圖2所示。

將各土層主（被）動土壓力向樁底取矩（十字叉處），可得：

可見，行包通道基坑計算截面滿足規范抗傾覆穩定性驗算要求。

對基坑的兩個危險側壁進行了整體抗傾覆分析驗算，計算出的旅客地道和行包地道處的安全系數分別為1.68和1.738，都大于規范規定數值。

4.1 基坑整體穩定性驗算

由于本工程場地土層中沒有軟土夾層和傾斜巖面，可以按照建筑地基基礎設計規范推薦的方法，按平面問題考慮，宜采用圓弧滑動面計算。

對不同情況的土坡及基坑整體穩定性驗算，最危險滑動面上諸力對滑動中心所產生的滑動力矩與抗滑力矩應符合下式要求：

（4.4）

式中：Ms、MR——分別為對于危險滑弧面上滑動力矩和抗滑力矩（kN·m）;

Ks——整體穩定抗滑安全系數。

穩定性驗算采用單一系數法，建筑地基基礎設計規范規定安全系數為1.3，建筑基坑工程技術規范中要求為1.1-1.2。本文分別對各危險基坑側壁進行整體穩定性驗算，均滿足要求。

4.2 基坑底部隆起穩定性驗算

基坑抗隆起穩定性分析是基坑工程中一項十分關鍵的內容，它不僅關系到基坑的穩定安全問題，也與基坑的變形密切相關。

按照普朗德爾公式（Ks gt;= 1.1～1.2），注：安全系數取自《建筑基坑工程技術規范》YB 9258-97（冶金部）：

4.3 基坑抗滲穩定性驗算

旅客地道與行包通道處均存在地下水位差，且存在粉土地層，根據《建筑地基基礎設計規范》（GB50007-2011），基底滲流的水力梯度不應超過臨界水力梯度。由于缺少基底土層的相關物理信息，以下計算根據經驗取基底的土體顆粒比重為2.5，常見中密粉土的孔隙比范圍為0.75～0.9，稍密粉土的孔隙比范圍為0.9～1.2。

4.4 基坑支護樁穩定性驗算

樁的直徑及間距都已明確規定，前面的分析都是基于支護樁是穩定的前提下。支護樁自身強度是關系到基坑穩定的重要影響因素，根據建筑基坑支護技術規程，給出支護樁的相關參數。

5 工程應用

菏澤車站改造，旅客通道和行包通道基坑開挖采用在施工支護樁同時施工高壓旋噴樁地基（基礎以上部分空鉆），這樣等基坑開挖完成后高壓旋噴樁地基已達到齡期要求，每步過渡能節省工期45天。所帶來間接經濟效益和社會效益巨大。

6 結論

經過對旅客地道和行包地道兩個深基坑的驗算，在采用基坑支護專項方案的情況下，兩個地道基坑可以滿足基坑抗傾覆穩定性、整體穩定性、抗隆起穩定性和抗滲流穩定性的要求，各項安全系數都能滿足相關規范的規定。

綜合分析了基坑開挖底層流塑性地質力學特性、既有帶電接觸網、基坑臨近運營線路等對基坑施工影響，確定了鉆孔灌注樁和高壓旋噴樁止水帷幕聯合支護的基坑支護方案，并進行了基坑穩定性驗算，驗證了該支護方案的科學性和合理性，在工期方面每步過渡節省了工期45天。形成了一種流沙地層中跨既有線地道基坑施工速度快、成本低、確保工程質量和工期的基坑施工技術。

參考文獻：

[1]代春泉，秦哲，蘇建光.黃河沖積平原深基坑施工變形黏彈塑性分析[J].巖土力學，2013，34（z1）.

[2]朱彥鵬，魏升華.深基坑支護樁與土相互作用的研究[J].巖土力學，2010，31（09）.

[3]唐長東，楊小平，劉庭金.緊貼地鐵車站單側深基坑的施工方案對比研究[A].第十三屆全國巖石動力學學術會議論文集[C].2013.

[4]李淑.基于變形控制的北京地鐵車站深基坑設計方法研究[D].2013.

[5]黃昀恒.市區鄰近地鐵的深基坑施工[A].第四屆全國建筑結構技術交流會暨汶川地震五周年工程抗震設計與新技術應用研討會論文集[C].2013.

[6]吳剛，白冰，聶慶科.深基坑雙排樁支護結構設計計算方法研究[J].巖土力學，2008，29（10）.