密集建筑老城區地鐵車站基坑開挖技術

丁 猛

(西南交通大學土木工程學院，四川成都 610031)

在建筑密集的城市老城區修建地鐵車站成為地鐵建設中不可避免的問題，老城區的建筑類型復雜，安全控制標準不一，這給老城區的地鐵車站基坑開挖施工帶來了艱巨的挑戰。陳志華[1]提出在城市地鐵基坑工程設計施工之前，應對周圍的環境進行詳細的梳理，確定合理的保護等級。馮春蕾[2]經過對北京地區大量的地鐵車站基坑變形實測數據得出在基坑設計和施工階段應充分考慮到基坑開挖工程中空間效應的影響，應采取動態控制施工，從而達到經濟有效的控制基坑變形的目的。高波[3]對地鐵車站基坑開挖對鄰近建筑的影響進行了分析并研究不同組合的隔離樁和錨桿靜壓樁加固方法。目前對密集建筑城市老城區的基坑開挖技術的研究尚有不足，相關施工問題亟待研究，本文以某城市老城區地鐵車站基坑開挖為項目依托，對基坑的開挖技術進行了深入研究分析，為相關的工程施工提供參考。

1 工程概況

地鐵車站為地下三層11 m島式站臺車站帶暗挖存車線。明挖段長326.2 m，標準段寬為20.3 m，車站基坑開挖深度為24.1～25.9 m，主體結構采用明挖順做法施工。車站標準段底板埋深為24.1 m。車站結構按設計使用年限為100 a的要求進行耐久性設計，地下結構安全等級為一級，結構的耐火等級為一級。結構抗震設防烈度為7度，設計地震基本加速度為0.10 g。

1.1 地形地貌和水文條件

車站原始地貌形態屬西塱臺地，地形較開闊，地面高程為12.2～13.5 m，平均12.5 m?；游鱾染喔浇恿?00 m，地下水位的變化與地下水的賦存、補給及排泄關系密切，每年4～9月為雨季汛期，大氣降雨充沛，水位會明顯上升，而在冬季因降水減少，地下水位隨之下降，水位年變化幅度為2.5～3.0 m。

1.2 地質條件

具體的地質條件見表1。

1.3 基坑周邊環境

車站站位所在地塊絕大部分位于已拆遷的工廠區范圍內，場地較為平整。周邊現狀：車站西端位于自行車飛輪廠用地內，地勢局部比已拆遷工廠地塊低1 m左右；站位中部北側為老城區1～3層住宅距基坑最近約為11.3 m；基坑東北側有一在建高層住宅樓，距基坑的最近距離為12.6 m；車站西端南側附近有一座110 kV變電站，變電站圍墻距離主體基坑最近約為6.5 m；變電站西側有一處高壓線塔，線塔距離主體基坑約10 m。車站基坑周圍情況如圖1所示，周邊建筑統計如表2所示。

表1 地質分層

表2 車站基坑周邊建筑物統計

圖1 車站基坑周圍建筑情況

1.4 基坑主體圍護結構支護形式

第1道為鋼筋混凝土支撐，第2～4道為鋼管支撐(直徑609 mm，壁厚16 mm)。局部采用吊腳樁，吊腳段起點里程為DK34+900.536，終點里程為DK35+023.036，吊腳段總長122.5 m?；拥跄_段圍護結構采用長短樁間隔布置，長樁深入基底以下1.5～4.0 m，短樁進入微風化層不少于1.5 m，在吊腳處掛網噴錨，并設置泄水孔。

2 基坑開挖施工難點及應對措施

2.1 不良地質引起的施工難點及應對措施

車站范圍內存在人工填土層、淤泥、淤泥質黏土、淤泥質粉細砂、碎屑巖殘積土，泥巖、含礫砂巖強風化層～泥巖、含礫砂巖微風化層。

2.1.1 主要安全風險

(1)泥質砂巖中風化層在本車站分布廣泛，層厚較大，具有遇水軟化變形、受擾動后強度及承載力驟減特點。

(2)地下水主要富存于砂層，基坑開挖時如果降排水不徹底，隨著地下水的涌出，砂土細顆粒流失，造成砂層結構更加松散，滲透性加強，引起基坑坍塌、縱向滑坡等。基坑開挖后，具承壓性的強風化巖中地下水會通過殘積土和全風化巖向基坑滲透，加大基坑的出水量，給施工帶來困難。基坑開挖引起的基坑內外水頭差加大，易引起基坑隆起等不良現象。

2.1.2 對應的應對措施

(1)基坑開挖施工前必須做好基坑降水和圍護結構防滲措施，基坑開挖到底后及時封底，防止暴露時間過長和泡水引起軟化。

(2)基坑開挖前及時進行坑內降水處理，降至開挖面以下1m以下，基坑開挖到底后及時封閉。

2.2 地下水引起的施工難點及應對措施

車站主體圍護結構采用φ1000 mm@1200 mm的鉆孔灌注樁，樁間止水采用φ600 mm的旋噴樁，單樁止水效果難以保證，且土石分界處止水不容易處理。

對應措施為：繪制出旋噴樁樁底線，控制好旋噴樁樁長，確保每根樁深入不透水層；旋噴樁施工前通過試樁確定旋噴樁各項參數，確保旋噴樁成樁質量。

2.3 周邊復雜的建筑條件引起的施工難點和應對措施

車站周邊建(構)筑物多，且年代久遠，車站周邊環境復雜。施工中需要高度重視建(構)筑物和周邊管線在安全方面的要求。不但要控制基坑的變形在允許范圍內，而且在此基礎上還要提高基坑的安全儲備，確保建(構)筑物的絕對安全和正常使用。

對應的應對措施如下：

(1)嚴格按照設計要求施作鉆孔樁+內支撐圍護結構體系，重點注意樁間止水效果和鋼管內支撐軸力監測。同時減少地表附加荷載影響，確保支護體系的穩定和整體剛度。

(2)充分利用“時空效應”原理，優化基坑施工參數。對開挖分步、分段尺寸、開挖時限、支撐時限、支撐預應力等各道工序制定定量的作業實施細則。

(3)加強施工降水，嚴格控制地下水水位標高，防止側壁和基底涌水、涌泥，消除地下水對圍護結構的側向壓力。

(4)對基坑進行全面的監測編，設定合理的警戒值和報警值等預控指標，做為動態施工的依據，進行動態信息管理；將管線變形和圍護結構的位移控制指標分解為各步序分控指標，步步滿足預控數值；若有異常，則考慮增設支撐、減小分段長度、分層厚度、調整支撐軸力及對周邊建(構)筑物采取注漿保護等措施。

3 施工監測

施工過程中建立全面、嚴密的監測體系是完全必要的，特別是針對周邊有密集建筑的地鐵車站基坑的開挖工程，通過及時的監測信息反饋指導施工，不僅可保證基坑自身的安全穩定，還可對周邊建筑的安全進行有效控制，減少施工對周邊建(構)筑物、路面及管線等周圍環境的影響，從而有效地確保施工安全。

3.1 監測項目及監測頻率

對于密集建筑老城區的地鐵車站基坑開挖施工過程的監測應重點加強，不僅要對支護樁的水平位移和豎向位移、地下水位、鋼(混凝土)支撐軸力等常規施工監測項目進行監測，還要對周邊建(構)筑物的沉降、傾斜、周邊管線的沉降和地表路面的沉降進行監測，具體的監測項目和監測工具如表3所示。

3.2 監測數據分析反饋

監測數據反饋分析的流程如圖2所示。

4 結論

(1)在密集建筑老城區修建地鐵車站基坑，應重點分析地質條件和周邊的建筑環境，對于可能出現的施工難點，提出前瞻性的應對措施，保證基坑開挖施工安全、有序進行。

表3 密集建筑老城區地鐵車站施工開挖監測項目

圖2 監測數據反饋分析流程

(2)施工過程中不僅對基坑進行嚴密的監測，還要對周圍的建(構)筑物、地下管線、道路沉降進行嚴密的監測，通過制定監測預警標準，進行反饋調節，采取對應的施工措施，保證工程的安全和質量。