臨近土山大型深基坑安全技術方案研究

李進

（中鐵建設集團有限公司基礎設施事業(yè)部，北京 100040）

1 工程概述

北京朝陽站站房工程總建筑面積18.3 萬m2，其中中央站房11.5 萬m2、西站房6.8 萬m2；站臺總面積4.6 萬m2；站臺雨棚6.2 萬m2。站房檐口高度37.2 m，屋面最高處46.3 m，雨棚屋面標高9.7 m。

站房地上2層，地下1層，局部設有夾層，站場設7臺15線，西側為普速車場、東側為高速車場，高、普速車場通過南北兩側咽喉區(qū)連通，普速車場為3臺5線，高速車場為5臺10線，其中第3站臺為普速、高速車場共用。

根據(jù)北京朝陽站站房工程初步設計批復和施工圖設計文件，原定總體施工部署為站房工程與西側公聯(lián)綜合交通樞紐（簡稱公聯(lián)）、地鐵同步施工。站房施工單位進場后，受公聯(lián)及地鐵建設單位征地拆遷進度滯后、開工手續(xù)尚未辦理等因素影響，導致站房工程施工無法與公聯(lián)、地鐵同步開展。

經(jīng)現(xiàn)場踏勘，站房西側及公聯(lián)、地鐵建設范圍內存在連體土山1 座（見圖1），土山總方量112.75 萬m3（其中站房紅線范圍內28.55萬m3），土山最高點與地面高差為17.6 m，站房深基坑與地面高差最大18.0 m，站房基坑與西側土山高差35.6 m（見圖2），后續(xù)基坑施工將形成重大安全隱患。

圖1 站房與土山位置關系

圖2 土山與基坑高差剖面示意圖

2 方案比選

方案1：結合綜合樞紐工程一體化施工，聯(lián)合公聯(lián)及地鐵建設單位，提前對土山進行整體清運。

優(yōu)點：（1）有利于后期公聯(lián)及地鐵開展施工；（2）可有效降低深基坑施工安全風險；（3）現(xiàn)有基坑支護設計滿足要求，無需深化設計；（4）土山清運后公聯(lián)及地鐵后續(xù)進場施工可臨時滿足站房施工場地及交通通行需求。

缺點：（1）站房、公聯(lián)及地鐵建設單位分屬三方責任主體，整體清運意見目前暫不統(tǒng)一，協(xié)調難度大；（2）土山上既有樹木權屬責任主體不明，伐移手續(xù)辦理難度大；（3）清運鐵路紅線外土山及后續(xù)場地占用需要辦理臨時用地許可證，耗費時間長。

方案2：土山清運至基坑邊線，靠基坑側土山放坡噴錨支護［1］（見圖3）。

圖3 開挖至基坑邊線剖面示意圖

優(yōu)點：土方清運量及樹木伐移量較小。

缺點：（1）站房基坑圍護體系基坑邊堆載過大，與原設計卸載方案不符，安全風險增大［2］，需重新深化設計并組織專家進行論證；（2）增加土山噴錨支護工程量，后期結算難度大；（3）基坑西側施工道路無法貫通，站房西側平行運輸效率降低。

方案3：既有土山倒運至公聯(lián)、地鐵建設用地等站房基坑施工影響范圍外（見圖4）。

圖4 土山內倒外運示意圖

優(yōu)點：站房范圍內土方清運和公聯(lián)、地鐵建設范圍內土方倒運可24 h 不間斷同步實施，可有效提高土山清運效率。

缺點：（1）土山上既有樹木需全部移除，伐移手續(xù)辦理難度大；（2）土方倒運過程中安全文明施工壓力大；（3）站房、公聯(lián)及地鐵建設單位分屬三方責任主體，整體清運意見目前暫不統(tǒng)一，協(xié)調難度大。

方案4：西站房受土山影響區(qū)域結構推后施工。

從土山最高點按照1∶1放坡至西站房基坑坑底。受影響區(qū)域結構推后施工，后期與公聯(lián)、地鐵基坑同步開挖（見圖5）。

優(yōu)點：（1）基坑施工安全風險降低；（2）后續(xù)土方由公聯(lián)、地鐵建設負責清運，可有效降低成本。

缺點：（1）公聯(lián)、地鐵施工單位進場時間無法確定，站房施工工期無法保證；（2）因結構甩槎，對站房整體施工組織產(chǎn)生較大影響，無法在合同工期內完成既定施工任務。

方案5：土方清運至鐵路紅線西側25 m外（見圖6）。

優(yōu)點：（1）站房基坑堆載滿足設計要求，無需重新調整設計方案；（2）安全風險可控；（3）站房周邊可形成環(huán)形道路，平行運輸效率提高（見圖7）。

缺點：（1）增加土山支護及土山坡腳擋土墻，后期結算牽扯單位多，難度增大；（2）土山上既有樹木需全部移除，伐移手續(xù)辦理難度大；（3）需要辦理臨時用地許可證，耗費時間長。

方案6：土方清運至鐵路紅線西側16.5 m 外（見圖8）。

優(yōu)點：與方案5 相比，土方清運量及樹木伐移量減小。

缺點：（1）站房范圍內無法形成環(huán)形施工道路，平行運輸效率降低；（2）增加土山支護及土山坡腳擋土墻，后期結算牽扯單位多，難度增大；（3）基坑邊緣土方堆載大于設計方案，安全風險高，基坑支護方案需重新調整并需組織專家論證；（4）需要辦理臨時用地許可證，耗費時間長。

圖5 影響區(qū)域推后施工剖面示意圖

圖6 清運至紅線外25 m示意圖

圖7 環(huán)形道路示意圖

3 比選結果

經(jīng)方案綜合比選（見表1），考慮站房基坑安全、道路通行、協(xié)調難度等因素，最終選定方案5。

圖8 清運至紅線外16.5 m示意圖

表1 方案綜合比選

4 變形監(jiān)測

4.1 監(jiān)測目的

在深基坑施工過程中，有必要采用科學的方法對基坑支護結構及周圍環(huán)境進行綜合、系統(tǒng)監(jiān)控［3］。通過對北京朝陽站基坑的沉降、位移、支撐軸力、地下水位、周邊管線變形等進行實時監(jiān)測［4］，需達到以下目的：

（1）實時監(jiān)測基坑位移、傾斜、支撐軸力及周邊管線變形，并通過積累大量有效數(shù)據(jù)為了解該基坑狀態(tài)提供數(shù)據(jù)基礎。

（2）實時在線監(jiān)測系統(tǒng)對基坑進行安全預警，包括通過對位移、軸力等監(jiān)測指標的數(shù)值提前設置報警閾值，在該區(qū)域實際狀態(tài)達到設定閾值時進行實時報警，方便相關單位及時發(fā)現(xiàn)隱患并采取措施。

（3）為判定當前狀態(tài)的基坑穩(wěn)定性與安全性提供數(shù)據(jù)支持與事實依據(jù)，通過監(jiān)測的大數(shù)據(jù)為基坑修補、加固提供可靠的數(shù)據(jù)信息。

4.2 監(jiān)測實施

監(jiān)測系統(tǒng)由傳感器子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理與控制子系統(tǒng)、安全評價預警子系統(tǒng)六大模塊構成（見圖9），傳感器子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)完成各監(jiān)測項目（參數(shù)）的測量、轉換和數(shù)據(jù)采集［5］。

圖9 監(jiān)測系統(tǒng)組成

數(shù)據(jù)傳輸模式擬采用無線傳輸方式，將傳感器與采集儀相連，然后通過網(wǎng)絡傳至云平臺，借助GPRS網(wǎng)絡實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，只要手機信號可達之處，即可進行傳輸，傳輸范圍較廣，不需要大面積連線，施工方便，安全可靠（見圖10）。

圖10 無線GPRS數(shù)據(jù)傳輸服務器系統(tǒng)示意圖

4.3 監(jiān)測內容

根據(jù)項目監(jiān)測平面布置圖，主要監(jiān)測邊坡水平位移和豎向位移、深層水平位移、錨桿內力［6］、支撐軸力、地面沉降，具體監(jiān)測方法如下：

（1）邊坡水平位移和豎向位移。通過拉線位移傳感器監(jiān)測邊坡的水平和豎向位移。項目邊坡為二級坡，設1 個監(jiān)測斷面，每級坡頂、坡底各安裝1 個拉線位移傳感器，共計2個監(jiān)測點。

（2）深層水平位移（維護樁）。對邊坡維護結構處的深部水平位移可通過傾角傳感器反映結構深層水平位移。每個監(jiān)測點垂直安裝3個傾角傳感器，該項監(jiān)測內容在基坑開挖完成露出維護結構后安裝。共計6個傾角傳感器，部分監(jiān)測數(shù)據(jù)及波形見圖11、圖12。

圖11 部分監(jiān)測數(shù)據(jù)匯總

圖12 監(jiān)測數(shù)據(jù)波形

5 結束語

目前，我國鐵路站房及綜合交通樞紐工程基坑開挖深度逐步增大，坑邊堆載引發(fā)安全事故呈明顯增多趨勢。結合深基坑堆載處理方式，通過多方面綜合分析，確定最優(yōu)施工方案，可為受多方參建、施工手續(xù)繁雜、施工工期緊張等因素制約的工程提供借鑒。