地鐵車站風道蓋挖支撐失效原因及修復技術

□文 /秦銀剛

1 工程概況

某地鐵車站1號風道基坑長約57.8 m、寬約23.4 m、開挖深度約10.5 m?；訓|側距某大學宿舍樓約7.06 m。該宿舍樓共5層，16.3 m高，筏板基礎。因需解決管線遷改路由問題，風道采用明挖+蓋挖結合的施工方法。

根據管線遷改需要，橫向蓋板寬度為11.7 m，在蓋挖范圍內設置3排格構柱，每排5根，作為蓋挖區域頂板的豎向支撐；蓋挖區域利用結構永久頂板作為支撐結構，頂板厚度為700 mm，明挖-蓋挖區域分界點的擋土墻高度為3.5 m，寬度600 mm，擋土墻鋼筋按構造要求錨入頂板內。明挖區域豎向設置2道φ609 mm t16鋼支撐，腰梁為［40c槽鋼，平面支撐間距約3.5～4.0 m；整個基坑采用φ800 mm@1 000 mm鉆孔灌注樁+φ800 mm@500 mm三重管雙高壓旋噴樁止水帷幕作為圍護體系，鉆孔灌注樁嵌入深度為8.5 m。見圖1。

圖1 基坑設計平面

2 事故經過

明挖區域開挖至8 m時，20：00左右在3-6軸范圍內采用2臺小挖機向蓋挖區域內掏土，頂板上采用2臺長臂挖機配合出土，掏土最大寬度約4 m(向車站方向)、長度約 30 m、深度約 3.8 m。轉天 8：00，巡檢時發現2根格構柱變形較大，遂將頂板上機械移走，清理板頂存土及其他物料；11：00，格構柱變形明顯增大，和明挖交界處的格構柱全部變形，見圖2；12：00經專家現場研究決定，對明挖區域已開挖土方進行回填，回填至第二道支撐下方；次日2:00土方已回填至第二道支撐底部，12：00蓋板下土方無法回填部位采用M1.0砂漿回填。

圖2 格構柱損壞

3 事故原因

3.1 土方開挖問題

為便于蓋挖土方開挖，施工單位先將明挖區域土方一次性開挖到設計標高，一次性開挖高度約7.5 m，然后從明挖區域向車站主體方向進行蓋挖掏土施工，未遵循時空原理進行分層、分段開挖。從地面到基坑底的土質情況依次為雜填土、素填土、粉質粘土，其中6-1、6-4粘土呈軟塑狀態且厚度約為4.4～7.5 m，剛好位于基坑開挖范圍之內。軟塑土結構一經擾動破壞，強度就會急劇下降甚至呈流動狀態，蓋挖區土在擾動情況下有向明挖基坑滑動的傾向，側向推壓格構柱，導致格構柱變形。格構柱柱頂開裂形態和土滑動趨勢方向相吻合。

3.2 格構柱質量問題

現場暴露出的格構柱截面尺寸＜530 mm×530 mm，綴板焊縫不密實，降低了格構柱整體剛度，給支撐系統的穩定帶來不利影響。格構柱樁孔周邊也未按圖紙要求進行密實性回填，增加了格構柱在開挖前的不穩定因素。

3.3 超載現象

由于種種原因，現場掏挖出的土沒有及時運送到棄土場，而是堆在現場蓋挖頂板上，局部地方堆土高度超過設計允許值。長臂挖掘機直接坐落于頂板施工作業，導致局部頂板承受荷載超過設計允許值。

3.4 監測失效

事故發生后，專家團隊到現場，施工單位未能提供相應監測數據。現場查勘發現部分監測點已被損壞，部分監測點被建筑器材占壓。因為監測失效，致使基坑開挖過程中不能及時發現隱患，無法判斷施工工藝和施工參數是否符合設計計算需求，支撐系統受力是否均衡性無從得知，在基坑發生事故事前也發現不了征兆。

4 處理措施

4.1 應急處理措施

將蓋板上機械移走，清理板頂存土及其他物料；恢復監測點并進行第一次監測取值，監測頻率確定為每隔4 h監測一次；對明挖區域及已掏挖的蓋挖區域進行土方回填，明挖區域回填至第二道支撐下方，蓋挖區域回填至頂板位置，蓋板下土方無法回填部位采用M1.0砂漿回填，確?；靥蠲軐?。

4.2 永久處理措施

4.2.1 方案比選

監測數據表明，采取應急處理措施后，周邊環境、基坑圍護結構變形等趨于穩定。經研究有兩種方案可以修復事故基坑：

1）維持原設計方案，對蓋挖區域失效的格構柱進行脫換；

2）補強圍護結構，拆除原蓋挖頂板，整個基坑進行明挖施工。

方案一具有利用原來圍護結構、不再另外增加圍護結構，原來頂板和縱梁也利用，不遷改管線等優點。其缺點為：托換格構柱鉆孔灌注樁需穿透既有梁板，鉆孔范圍切斷縱梁鋼筋，鋼筋接頭位于同一截面內，結構永久受力有待進一步驗算且縱梁箍筋破除較多，構造要求也難以滿足?？紤]到土方開挖后回填土的密實性，對原狀土以上部分的灌注樁澆筑需采用鋼護筒保護；同時考慮結構永久受力及施工鉆孔灌注樁的難易程度，該方案最終被放棄。

方案二雖然增加了圍護結構并且需遷改管線，但結構簡單、受力明確，永久結構整體性及耐久性有保障，施工操作方便，最終選用方案二。

4.2.2 方案實施

在蓋挖區域兩端緊貼原止水帷幕增加φ800 mm@1 000 mm鉆孔灌注樁，樁長同原設計明挖段樁長，由車站主體向明挖區域方向延伸，與原明挖區域打結3根樁位置，再緊貼新施工鉆孔灌注樁增加一排φ800 mm@500 mm三重管雙高壓旋噴樁止水帷幕，新老止水帷幕之間采用旋噴樁重合搭接；樁頂設置冠梁，第一道設計為1 000 mm×1 000 mm鋼筋混凝土支撐，第二道為φ800 mm t16鋼支撐；見圖3。為避免蓋板破除導致圍護結構松動，兩邊距離原圍護結構1.5 m、斜向45°范圍內的蓋板采用靜力切割技術拆除，其他范圍內采用機械破除方式進行。為避免開挖二次擾動東側大學宿舍樓，事先在圍護結構外進行土體注漿固結。

圖3 最終修復方案平面

5 結語

該工程修復施工現已完成。從事故原因分析來看，監測作為地下工程建設“眼睛”的作用不能忽視，施工中應加強監測與巡視，在出現事故征兆時及時采取措施予以預防；施工前應詳細研究地質情況，針對不同地質采取與之相適應的開挖技術方能保證施工順利進行；施工應加強過程管控，現場實施情況應與設計工況相符。