復(fù)雜換乘地鐵車站基坑支護(hù)技術(shù)研究

摘要：較之一般的地上交通工程，地鐵車站基坑支護(hù)本就條件惡劣、環(huán)境復(fù)雜、施工難度大，如果涉及復(fù)雜的換乘情況，對基坑支護(hù)的要求再度提高。對此，筆者闡述了地鐵車站基坑支護(hù)的重要性，分析了常見的基坑支護(hù)技術(shù)，并結(jié)合復(fù)雜換乘地鐵車站實例探討了基坑支護(hù)的要點，以供相關(guān)人士參考。

關(guān)鍵詞：復(fù)雜換乘;地鐵車站;基坑支護(hù)技術(shù)

Research on Foundation Pit Support Technology of Complex Transfer Subway Station

Dong-Li Guo*

China Construction Eighth Engineering Division Rail Transit Construction Co.， Ltd.， Nanjing 210046， Jiangsu， China

Abstract： Compared with the general ground transportation projects， the foundation pit support of subway stations is already in harsh conditions， complex environment， and difficult to construct. If complex transfer conditions are involved， the requirements for foundation pit support are higher. In this regard， the author elaborates the importance of foundation pit support at subway stations， analyzes the common foundation pit support technology， and discusses the main points of foundation pit support in combination with the example of a complex transfer subway station for reference by relevant people.

Keywords： Complex transfer; subway station; foundation pit support technology

一、前言

由于地鐵換乘車站基本位于建筑密集區(qū)域，而且車流大、管線多，只有保證基坑支護(hù)安全穩(wěn)定，不會威脅周圍環(huán)境，才可能滿足復(fù)雜換乘的基本要求。這就要求我們正確認(rèn)識復(fù)雜換乘地鐵車站基坑支護(hù)的重要意義，立足實際優(yōu)化施工方案，借助先進(jìn)可靠的技術(shù)工藝提高施工質(zhì)量，為地鐵平穩(wěn)運行奠定堅實的基礎(chǔ)。

二、地鐵車站基坑支護(hù)的重要意義

因地鐵占用的是地下空間，兼具清潔、快速的特點，可以通過分流客流量達(dá)到緩解地面交通壓力的目的，所以近年來得以廣泛興建。但是城市規(guī)劃發(fā)展在先，軌道交通建設(shè)在后，使得地鐵車站大多位于城市的中心位置，不僅周圍建筑物多，而且地下管線縱橫交錯、車流量相對較大，這無疑大大增加了地鐵車站建設(shè)的難度，其中基坑支護(hù)作為施工重點，稍有不慎便可能破壞周邊建筑物或地下設(shè)施，甚至釀成重大事故造成巨大損失，顯然地鐵車站基坑支護(hù)不只是施工難，還充滿了危險性[1]。若面對的是復(fù)雜換乘地鐵車站，還應(yīng)考慮到基坑易因不平衡的土層壓力發(fā)生沉降或隆起的問題，故可發(fā)揮先進(jìn)技術(shù)的優(yōu)勢，保證支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、基坑施工安全、方案經(jīng)濟(jì)合理，還要對地層移動加以控制以免影響周圍環(huán)境。唯有如此，地鐵車站才能安全順利的建設(shè)，進(jìn)而滿足交通需求。

三、地鐵車站常見的基坑支護(hù)技術(shù)

經(jīng)過不斷發(fā)展，地鐵車站基坑支護(hù)技術(shù)越來越多，且各有特點和適用條件，下面就常見的幾種支護(hù)技術(shù)加以分析：

1. 地下連續(xù)墻

即基于泥漿護(hù)壁在挖槽機(jī)械的作用下沿著設(shè)定軸線開挖一條深槽，待清槽后將鋼筋籠下放，再用導(dǎo)管法灌注混凝土使其形成一個單元槽段，如此重復(fù)，直至在地下構(gòu)成一道連續(xù)的鋼筋混凝土墻壁，用于承重、擋水、防滲，而且剛度大、整體性好，振動小、施工快速，相對來說支護(hù)效果最強(qiáng)[2]。

2. 鉆孔灌注樁

鉆孔灌注樁主要是經(jīng)機(jī)械鉆孔、人力挖掘或鋼管擠土等方式形成樁孔，在此基礎(chǔ)上吊放鋼筋籠、灌注混凝土形成樁。該技術(shù)不僅剛度大、強(qiáng)度高，而且變形小、環(huán)境公害少，一般適用于7-15m的基坑以及沙土地區(qū)或軟粘土質(zhì)，但若軟粘土質(zhì)水位較高，還應(yīng)結(jié)合具體情況借助旋噴樁、水泥攪拌樁、注漿等方式妥善處理擋水問題。

3. 鋼支撐技術(shù)

該技術(shù)在地鐵基坑支護(hù)中應(yīng)用十分廣泛，主要是通過鋼管、角鋼、H型鋼等提升結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，以此抵擋基坑側(cè)壁，防止基坑倒塌，具有噪音小、易安裝、強(qiáng)度可靠的特點，且對周圍環(huán)境影響較小，材料可回收再利用，其中人字形與交叉形等傾斜連接構(gòu)件最為常用，但從長遠(yuǎn)發(fā)展來看，需要基于標(biāo)準(zhǔn)化、工具化的鋼支撐桿件強(qiáng)化支護(hù)效果[3]。

4. 深層攪拌水泥土圍墻

簡單的說，就是借助深層攪拌機(jī)強(qiáng)行攪拌土質(zhì)和輸入水泥，使其形成搭接連續(xù)的水泥土狀加固體以發(fā)揮擋墻的作用，雖然該技術(shù)經(jīng)濟(jì)、污染少、無振動，具有止水、擋土的雙重功能，適用于鬧市區(qū)，但需采取起拱、中間加墩等形式控制位移[4]。

四、復(fù)雜換乘地鐵車站基坑支護(hù)實例

由于不同的地鐵車站所處區(qū)域不同、水文地質(zhì)條件不同、工程質(zhì)量要求不同，所以選用的基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)也會隨之改變。為更為直觀的了解基坑支護(hù)效果，在此以某復(fù)雜換成地鐵車站為例，就其基坑支護(hù)方案與施工作了探討，希望對類似工程基坑支護(hù)有所啟示。

1. 工程概況

已知該地鐵為二期工程，位于天津市，車站在衛(wèi)國道與靖江路交口附近，其西南、西北、東北方向分別為市送變電公司、小區(qū)住房與汽車修配廠，全長505.329m，為地下二層、局部三層的結(jié)構(gòu)形式[5]。其中衛(wèi)國道與靖江路交口處的換乘段為地鐵2號線，通過在北側(cè)下三層連通5號線的站廳與站臺層，實現(xiàn)與5號線的換乘，無論方向順與不順，都在最大限度上節(jié)約了換乘時間，使得乘客通往濱海國際機(jī)場方向和北辰科技園方向時省去了麻煩，節(jié)約了時間，可以說是諸多換乘方案中最為便捷的方式。但該換乘站點主體為地下三層，基坑開挖深度約25.8m，面臨著復(fù)雜的交通條件、車站結(jié)構(gòu)和水文地質(zhì)條件，加之工期緊、規(guī)模大，致使基坑支護(hù)難度大幅上升，故需要因地制宜，綜合權(quán)衡多方因素對比分析施工方案，滿足經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)先進(jìn)、邊坡穩(wěn)定、支護(hù)可靠以及地下設(shè)施、周圍道路、建筑安全的設(shè)計要求[6]。

2. 施工方案

經(jīng)實地勘測發(fā)現(xiàn)，該換乘段范圍土性多達(dá)十余種，如雜填土、素填土、粉質(zhì)黏土、粉土、粉砂、黏土等，受地層巖性、基底構(gòu)造、氣象、海進(jìn)退等因素的影響，導(dǎo)致水文地質(zhì)條件非常復(fù)雜，各含水層分布不穩(wěn)定，地下水位在2.0-2.6m之間。同時，南北方向有通訊電纜與高壓電纜橫跨基坑，距離基坑南側(cè)位置2m處有污水、自來水、煤氣管道，西側(cè)埋有自來水與熱力管道且坐落于主體結(jié)構(gòu)上方，與換乘段距離在3m以上，可見周圍管線繁雜需要重視和保護(hù)。

因此在綜合分析各方因素后，針對基坑支護(hù)設(shè)計了如下方案，為方便換乘段基坑施工，先于特定位置設(shè)了兩排水泥攪拌樁止水帷幕，在端頭井、標(biāo)準(zhǔn)段、渡線段、折返線設(shè)計了厚度800mm的地下連續(xù)墻作為圍護(hù)，用明挖順作法施工，開挖時沿著基坑深度方向設(shè)置多道支撐，除第1道為φ600鋼管外其他均為φ609鋼管，其中換乘段基坑地下連續(xù)墻厚度設(shè)為1000mm，至于基坑支護(hù)施工則包括基坑降水處理、地下連續(xù)墻、土方開挖、支護(hù)、基坑監(jiān)測等環(huán)節(jié)。

3. 關(guān)鍵技術(shù)

首先，為使開挖期間的基坑保持干燥，需要認(rèn)真核對鋼支撐，確定無沖突的前提下布置降水井，配以坑外觀測井用于參數(shù)監(jiān)測。即用QJ150-1型工程鉆機(jī)等設(shè)備，經(jīng)正循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)泥漿護(hù)壁成孔后依次進(jìn)行下井壁管、濾水管、圍填礫料以及封閉等工序成井[7]。然后提前降水控制地下水位低于基坑開挖面，待開挖至基底后，始終控制基底高于地下水位0.5m以上。值得一提的是，在基坑開挖過程中必須保護(hù)好降水井，并通過水位監(jiān)測確保施工安全。

其次，根據(jù)換乘段地鐵車站地下連續(xù)墻設(shè)計墻深與墻厚分別為45m和1m的要求，需先用十字鋼板接頭連接幅間，后將注漿管預(yù)埋至墻內(nèi)，再經(jīng)液壓槽壁機(jī)進(jìn)行成槽進(jìn)而形成泥漿護(hù)壁（關(guān)鍵工序示意圖見圖1）。其中導(dǎo)墻作為地下連續(xù)墻挖槽標(biāo)高、精度與垂直度的基準(zhǔn)，具有防止地表土塌陷的重要作用，還可以承受動靜荷載、穩(wěn)定泥漿液面[8]。因此該工程采用的是以現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)（C20）為基礎(chǔ)的倒L型與內(nèi)配Ф12鋼筋的結(jié)合，并在施工時保持導(dǎo)墻溝內(nèi)無積水，附近的廢棄管道封堵密實，自然養(yǎng)護(hù)導(dǎo)墻混凝土超過50%設(shè)計強(qiáng)度后再開始成槽。在泥漿施工環(huán)節(jié)，先合理配制護(hù)壁泥漿，使其質(zhì)量指標(biāo)符合設(shè)計要求（見表1），然后經(jīng)儲存、循環(huán)、分離凈化、再生處理后等操作控制其性能指標(biāo)在允許范圍內(nèi)，以及泥漿液面始終低于外溢的臨界值，即使暫停施工也要使?jié){面與導(dǎo)墻頂面保持30cm以上的距離[9]。而在槽段開挖環(huán)節(jié)按照圖2順序進(jìn)行施工，認(rèn)真檢查槽段平面位置、深度、垂直度等參數(shù)，確認(rèn)無誤后進(jìn)行清底換漿以及鋼筋籠制作和吊裝。需要注意的是，針對地下墻墻趾加固，可為每幅槽壁設(shè)置2根注漿管，并在制作鋼筋籠時用電焊將其與鋼籠連接，分節(jié)處與兩端分別用夾布膠管連接和鐵絲綁扎，底部yoga橡膠密封，以此切實提高地下連續(xù)墻施工質(zhì)量。

再者，完成基坑內(nèi)部管線切改、冠梁澆筑、基坑降水、地下墻墻趾加固后方可進(jìn)行土方開挖。因換乘段基坑開挖深度為25.7m，危險性高且縱向作業(yè)面短，經(jīng)綜合考量后決定由西向東開挖，具體為用挖掘機(jī)開挖換乘段配以長臂挖掘機(jī)開挖剩余土方，以此在安全的條件下提高開挖效率。在實際開挖過程中，遵循了“分層開挖、先撐先挖、快挖快撐”的原則，控制無支撐的地下連續(xù)墻暴露時間小于20h，每開挖一層需在橫向方向劃分地段，數(shù)量和長度可分別設(shè)為5塊和4-5m，先開挖中間1塊隨后由近及遠(yuǎn)對稱開挖兩側(cè)小塊，斜坡中間坡度需控制在1：1.5，且最后一層土方必須按照設(shè)計要求控制標(biāo)高，并預(yù)留200mm供人工清理[10]。

最后，在鋼支撐環(huán)節(jié)，選用了壁厚為12mm的Ф600mm鋼管（第1道支撐）和壁厚為16mm的Ф609mm鋼管（其余支撐），換乘段增設(shè)了第7道支撐，其中在南北方向上設(shè)置的是1-4道支撐作為直撐，位于地下三層的第5和7道支撐作為斜撐，第6道支撐采用的是混凝土支撐。鋼支撐的兩端分別采用的是固定段和活絡(luò)段，每根支撐總長小于圍護(hù)結(jié)構(gòu)凈距100-250mm，且需進(jìn)行嚴(yán)格質(zhì)檢保證支撐材料質(zhì)量合格，以免在根本上為基坑支護(hù)埋下隱患。

在安裝過程中應(yīng)密切結(jié)合土方施工，基于先支撐后開挖的原則及時安裝支撐，以便盡快發(fā)揮支護(hù)效果，但應(yīng)合理把握一些細(xì)節(jié)：一是結(jié)合基坑寬度組裝配管，保證支撐長度合適，螺栓連接緊固;二是利用兩點吊裝安裝鋼支撐，吊點之間以及與端部距離可分別控制在0.6L和0.2L[11];三是鋼支撐就位后配以人工緩慢調(diào)整位置以使支撐中心重合設(shè)計中心，隨后直接將固定端頂至墻上，活絡(luò)端與支撐件搭接，并在不松鉤時快速安裝千斤頂，依次完成1-4道鋼橫梁安裝和支撐安裝，當(dāng)然安裝質(zhì)量應(yīng)達(dá)到相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)要求。四，因本工程基坑變形控制為一級，所以需分級施加預(yù)應(yīng)力，并在首次預(yù)應(yīng)力施加12h后觀測記錄其損失和墻體水平位移，必要時可增設(shè)支撐進(jìn)一步控制基坑變形，并在結(jié)束測試后用細(xì)石混凝土或水泥砂漿填實端板空隙。

針對換乘段支撐安裝，應(yīng)在第5道支撐位置，根據(jù)要求規(guī)范澆筑西側(cè)地下三層內(nèi)襯墻以及東側(cè)800mm的高冠梁，使之連接地下連續(xù)墻形成一個整體。再者安裝第5道支撐施加預(yù)應(yīng)力后繼續(xù)開挖先后安裝第6和7道支撐，達(dá)到基底后澆筑混凝土作為墊層，然后鋪設(shè)防水卷材澆筑底板，當(dāng)混凝土強(qiáng)度高于75%的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)后將第7道支撐拆除，并安裝此流程繼續(xù)向上澆筑換撐，支撐安拆順序圖見圖3。此外，對于可能出現(xiàn)的基坑坍塌問題還采取了一系統(tǒng)的應(yīng)急預(yù)案，以期將不良影響和損失降至最低。

圖3 支撐安拆順序圖

4. 結(jié)果分析

為保證該復(fù)雜換乘地鐵車站基坑支護(hù)安全施工，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，重點對換乘段作了監(jiān)測，具體包括圍護(hù)結(jié)構(gòu)定向水平位移、支撐軸力、地表沉降、地下水位、孔隙水壓力、基坑回彈、地下管線、墻頂位移、鋼筋內(nèi)力變化、土體壓力、土體分層沉降等內(nèi)容[12]。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，基坑地表、地下管線等部分沉降值接近警戒值，所以通過注漿、堵漏以及雙拼鋼管支撐等一系列措施加以改善，以此保證基坑穩(wěn)定、周邊建設(shè)設(shè)施安全?？偟膩碚f，上述基坑支護(hù)方案設(shè)計合理、相對成功，為天津市地鐵2號線與5號線的順利換乘提供了良好的保障。

五、結(jié)束語

綜上所述，復(fù)雜換乘地鐵車站基坑支護(hù)難度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于一般建筑的基坑支護(hù)，所以為安全起見，必須結(jié)合地鐵車站實際情況，綜合權(quán)衡相關(guān)因素，選擇最優(yōu)的基坑支護(hù)技術(shù)，唯有如此，才能提升支護(hù)效果，更好的為施工安全、基坑穩(wěn)定、地鐵運營保駕護(hù)航。

參考文獻(xiàn)：

[1]唐成.T型換乘地鐵車站基坑支護(hù)方案及土體變形研究[J].建材與裝飾，2019（10）：227-229.

[2]馬騰飛.新建地鐵車站及隧道對臨近既有地鐵車站穩(wěn)定性的影響研究[D].云南大學(xué)，2018.

[3]劉漢凱.換乘地鐵車站續(xù)建基坑施工對已運營結(jié)構(gòu)的影響分析[J].北方建筑，2018，3（02）：17-21.

[4]丁杭春.復(fù)雜工況下地鐵車站深基坑支護(hù)關(guān)鍵技術(shù)[J].施工技術(shù)，2017，46（20）：92-95.

[5]張文超.地鐵換乘車站深基坑開挖對既有車站的影響研究[D].長安大學(xué)，2017.

[6]許斌.杭州軟土地區(qū)地鐵車站深基坑開挖引起的變形效應(yīng)分析研究[D].浙江工業(yè)大學(xué)，2016.

[7]連雙偉.大型地鐵換乘車站深基坑施工BIM應(yīng)用[J].科技展望，2016，26（02）：40.

[8]李勝強(qiáng).地鐵車站換乘節(jié)點處深淺基坑支護(hù)方案研究[J].建材與裝飾，2016（02）：54-55.

[9]楊瞻夢.流變地層大型地鐵換乘車站綜合施工技術(shù)[D].西南交通大學(xué)，2014.

[10]陳進(jìn).復(fù)雜換乘地鐵車站基坑支護(hù)技術(shù)分析[J].山西建筑，2014，40（14）：87-88.

[11]黃勝平，韓明華.地鐵換乘車站深基坑支護(hù)體系測試研究[J].鐵道工程學(xué)報，2012，29（05）：58-62.

[12]卿凇.上海地鐵“十”形換乘地鐵車站施工技術(shù)[J].城市道橋與防洪，2011（10）：124-127+139+209.

通訊作者：郭東立，1990年3月，男，漢族，山西運城人，就職于中建八局軌道交通建設(shè)有限公司，現(xiàn)為南京地鐵1號線北延工程土建施工D1N-TA03標(biāo)項目質(zhì)量負(fù)責(zé)人，工程師，本科。研究方向：土木工程。