京滬高鐵泰安站改造工程既有站房內深基坑圍護施工技術研究

摘要：泰安站改造工程為京滬高鐵首例高鐵站改造工程，在高鐵營業線施工中沒有類似經驗，通過該工程的改造總結了鄰近高鐵營業線及站房內深基坑施工經驗，為后期類似改造施工提供技術資料及參考。

關鍵詞：高鐵；既有站房；深基坑；圍護結構

隨著我國高速發展人們工作出差外出旅游的需求不斷增加，高速鐵路站房改造的工程和鄰近高鐵施工逐漸增多。既有站房和既有高鐵線沉降允許量小、必須實時監測及分析、施工現場局促等問題必定會相繼出現。泰安站改造工程為京滬高鐵首例既有站房改造工程此項研究為類似工程提供了新的經驗。

一、工程概況

接長出站地道自原接口向東下穿泰安站站房，與原西外環路連接，距離高鐵線路22m，穿出站房范圍后，與中轉汽車站方向設置出站換乘通道一處直通室外地面，設樓梯、上行扶梯各一部。接長出站地道長48m，凈寬10m，高3.73m～4.55m；出站換乘通道長28m，寬5m，高2.7m。基坑最大開挖深度9.5m。

二、既有站房內深基坑圍護施工技術研究簡介

（一）研究內容

①基坑圍護及邊坡防護形式。

②沉降監測技術。

（二）站房內深基坑圍護結構

新建接長出站地道工程在既有站房內，基坑兩側距離既有站房基礎較近，周邊環境復雜，施工場地局促，既有站房基礎埋深變化較大，基坑開挖方式為明挖順作法，最大開挖深度為9.5m，為確保站房和高鐵線路的安全，必須采取有效的基坑支護方案。根據基坑兩側不同的施工工況，形成了“單排鋼管樁+雙排鋼管樁+人工挖孔樁”組合防護體系，確保泰安站站房基礎穩定，保證泰安站的正常運營。

三、施工方案

（一）鋼管樁+內支撐形式

1、單排鋼管樁防護施工

在出站地道既有U型框架處采用Φ219單排鋼管樁防護，樁長5.23～8.40m，伸入新建框架橋底板下2m，利用既有U型槽側墻作為上部擋墻，配合一道600×600砼支撐、一道Φ609鋼支撐。

2、雙排鋼管樁防護施工

在既有站房基礎位置，因與新建結構側墻之間凈距僅有0.8m，采用雙排Φ219鋼管樁防護，樁長9.01m，橫向支撐采用一道砼支撐+一道鋼支撐，施工時先打設雙排鋼管樁，澆筑第一道砼支撐，向下開挖土體，架設第二道鋼支撐，繼續向下挖至坑底，施做通道框架。

（二）挖孔樁+內支撐形式

1、人工挖孔樁（圓樁）

在站房基礎之間處，采用φ1m人工挖孔樁，支撐采用一道砼支撐+一道鋼支撐，施工時先挖孔樁施工，澆筑樁頂冠梁，澆筑第一道砼支撐，向下開挖土體，架設第二道鋼支撐，繼續向下挖至坑底，施做通道框架。

附圖5：人工挖孔樁防護（圓樁）防護立面圖

2、人工挖孔樁（矩形樁）

在既有出站地道擋墻位置采用人工挖方樁的方式，在既有擋墻下部植筋與方樁鋼筋相連，使下部方樁與擋墻成為一體，再設置兩道鋼管樁橫撐進行支護。

（三）沉降監測

由于京滬高鐵已開通運營，開展施工條件下的沉降監測受到一定的制約條件，采用傳統人工測量方法很難進行連續監測。要保證結構的安全性，除了嚴格控制施工措施外，應對其進行遠程、實時、在線、自動地監測，所以本次，采用以壓差式靜力水準儀為核心的自動化在線監測系統對高鐵路基和站房進行沉降監測。

整個監測系統由傳感器、數據采集裝置、數據通訊系統、中心信號接收及處理裝置、服務器及計算機軟件系統組成。系統建立開放的數據接口，通過 GPRS 及寬帶走公用互聯網接入來實現遠程實時查看。

軟件基于 Python 語言平臺開發，分為 web 版和電腦版，并針對高鐵監測工程進行了優化。在 web 版上對監測數據可實現分級別分權限管理，讓擁有權限的相關人員可以遠程實時查看監測數據，實現信息共享。軟件上可設置沉降上限報警命令。并實現與手機短消息平臺結合，當發生沉降異常時，及時自動發送短消息到監測管理人員的手機上，以便盡快啟動相應的預案。

軟件主要功能包括在線監測、數據分析、曲線展示、曲線模擬、監測管理、預報預警等強大功能。

1、監測范圍

根據泰安站出站口接長地道、新建西外環地下通道、兩側引道開挖的長度和深度及設計文件要求，確定監測范圍主要包括高鐵路基（對應里程 K465+429-K466+109）、既有出站口地道、泰安站站房、出站口接長地道兩側雨棚柱四個區域。

2.監測頻率及預警值

（1）京滬高鐵路基、雨棚柱及既有地下通道監測頻率及預警值

根據自動化監測的特點，擬定在不同施工階段期間采用不同的采集頻率。施工前（即施工單位開工之前），需要采集 10 次有效數據作為自動化監測的初始值；施工關鍵期，監測頻次為 3 分鐘一次；施工完成后延長監測 6個月的時段，監測頻次為 10 分鐘一次。

為了鐵路運行的安全，本工程的規范限值按照《高速鐵路無砟軌道線路維修規則》（TG/GW115-2012）來確定，將線路差異沉降量限值及累計沉降量偏安全的取為 1mm，并分為三級預警，并按照容許偏差值的 60%、75%、90%分別作為黃色、橙色、紅色預警限值。

（2）泰安站站房監測頻率及預警值

對于采用靜力水準儀進行垂直位移監測的監測點、進行 24 小時實時監測，采樣頻率 3 分鐘一次，同時采用人工監測點定期進行水準復核。另外對改造地道兩側的站房柱進行水平位移監測，采樣頻率不低于 3 小時一次。

根據設計文件說明，基坑支護結構允許最大水平位移 10mm，地表最大允許沉降為 10mm。建立三級預警機制，按照最大允許值的 60%，75%，90%取值分別作為黃色、橙色、紅色預警限值。

本項目為京滬高鐵既有線第一個改造項目，采用“單排鋼管+雙排鋼管+人工挖孔樁”基坑防護組合體系有效地保證了泰安站站房的基礎穩定，保證了泰安站的正常運營；采用壓差式靜力水準儀為核心的自動化在線監測系統技術，解決了基坑臨近建筑物沉降數據實時檢測、實時分析、異常實時通知的問題，提高了基坑安全措施防護實施的有效反應時間，保證了既有建筑物的牢固穩定。在泰安站改造項目中取得了良好的經濟和社會效益，安全、順利地完成了泰安站出站地道改造及相關工程，確保了高鐵泰安站的正常運營。

參考文獻

[1]劉建航，侯學淵.深基坑工程手冊 [M].北京 ：中國建筑工業出版社，1997.

[2]高大釗，曹銘葆.數值計算方法在土力學中的應用 [J].巖土力學，1989，（6）.

[3]廖少明，侯學淵.基坑支護設計參數的優選與匹配 [J].巖土工程學報 ，1998，20（3）：109-113.

[4]周逢源.針對我國高層建筑施工沉降觀測技術問題探討[J].中國高新技術企業，2011（30）.

[5]李杰.沉降觀測技術在高層建筑施工中的應用研究[J].中國科技博覽，2011（21）.

作者簡介：趙自學（1965年1月），男，漢族，山東德州人，高級工程師。

（作者單位：中鐵十局集團第八工程有限公司）