高靈敏度地層深基坑地連墻變形及控制技術

駱鐵林

（中鐵一局集團第四工程有限公司，咸陽712000）

1 工程概況

1.1 車站設計情況

太原地鐵2 號線一期礦機站由鐵道部第三勘察設計集團有限公司設計。車站為地下兩層島式站臺雙柱三跨箱型框架結構，總長221.0m，標準段寬度22.3m（圍護結構內空，含外放20cm），端頭井寬度27.3m，底板埋深18.3～21.4m，基坑安全等級為一級，圍護結構重要性系數為1.1，基坑支護結構最大水平位移≤0.2%H 且≤30mm，地面最大沉降量≤0.15%H，標準段地面超載按20kPa 等效均布荷載控制，盾構井基坑邊的地面超載按30kPa 等效均布荷載控制，基坑周邊2m 外超載不得大于20kPa，基坑周邊10m 范圍內嚴禁堆載。主體結構抗浮安全系數不應小于1.15 倍。地下水位埋深 3.1～4.5m，變幅 0.8～1.4m。主體圍護結構采用地連墻+3（4）道內支撐的形式，主體結構部分為厚度800mm 的地連墻，標準段嵌固深度約為9m，端頭井嵌固深度約為10m，盾構段受層撐為800×800mm 的鋼筋混凝土撐，其余均采用φ800×16mm 的鋼管支撐，盾構井處設有鋼圍檁，其他部分直接撐在連續墻上。地膜承載力不小于100kPa。支撐水平軸線偏差不大于30mm，兩端中心標高偏差不大于20mm，同層支撐中心標高偏差不大于30mm，支撐撓度不大于1/1000。首層撐中對中間距6m，其他間距為3m，首層撐至2 道撐得距離為7.2m，2 道撐至3道撐得距離為5.5m，3 道撐至坑底距離為3.75m，端頭井坑底標高775.513～775.872m，側墻厚度700mm。

1.2 地質水文

M2CZ5-53 孔，雜填土3.2m，粉質粘土2.6m（液限33.6%，塑限21.8%），粘質粉土7.2m（液限26%，塑限17.6%），粉質粘土1.7m，粉質粘土15.4m。M2XZ5-KX-21孔，雜填土1.8m，素填土0.6m，圓礫土10.3m，砂質粉土7.1m，粘質粉土3.1m，粉質粘土4.1m，粘質粉土3.1m。標貫擊數 N=3～18；粘聚力 c=17～22kPa；內摩擦角 φ=17～21°車站底板主要位于粘質粉土中，連續墻底部位于砂質粉土或粘質粉土中。

地下水位第四系松散層孔隙潛水，含水層為第四系全新統人工填土、沖積粉土及砂、礫石層，詳細勘察期間水位埋深2.7～3.6m，主要靠大氣降水及側向徑流和城市供水、排水滲漏補給。

1.3 周邊環境情況

車站基坑東側距離車道2.5m，基坑西側距離車道5.5m，車站西側管線有雨污合流管（DN1000）和天然氣（DN400），車站東側有自來水（DN600）。周邊房屋情況見表1。

2 施工進展及變形情況

車站于2016 年6 月22 日開始圍護結構施工，2016年9 月21 日開始土方挖，2016 年10 月13 日，首次發生紅色報警，2016 年11 月7 日首段基坑見底（共設計9段），截止 2017 年 6 月 27 日，完成土方開挖 5 段，底板澆筑5 段，共出現紅色預警10 次，橙色預警11 次，黃色預警2 次，主要為地表、建筑物沉降及墻體測斜（累計變形30mm、3mm/d）；管線（累計變形 20mm、2mm/d）；樁頂水平位移（累計變形25mm、3mm/d）；樁頂沉降（累計變形25mm、3mm/d）。共14 個監測段面全部出現過報警。其中ZQT1 測斜管位于第5 段，底板混凝土澆筑前（2017 年6月10 日）18.5m 位置測斜累計變形57.5mm，澆筑混凝土后（2017 年 6 月 11 日澆筑底板混凝土），2017 年 6 月 23 日，該部位測斜累計變形72.5mm。顯示底板混凝土澆筑后，底板以下部分測斜位移并不能因此而約束。

表1 周邊環境

圖1 地連墻墻體水平位移

3 基坑變形原因分析

基坑開挖首發生報警后，從施工行為、周邊環境、地質條件等對原因進行分析，根據現場實際施工情況與監測數據相對比，結合專家研判意見，歸納總結出了影響基坑開挖變形的原因。

3.1 高靈敏度地層

根據中鐵第五勘察設計院集團有限公司提供的太原市軌道交通2 號線一期工程《礦機站巖土工程勘察報告》，基坑粉土分布范圍廣，基坑粉土均達到飽和狀態。表2 為地層分布一覽表。

表2 地層分布一覽表

大量實驗表明，土體液化的兩個必要條件：①土體必須處于飽和狀態；②一定條件的動荷載作用。礦機站所處粉質黏土和黏質粉土的滲透系數約1.09m/d，降水后含水率高，自穩性差，經挖機擾動易液化。

挖機難以正常行走，需鋪設輔助鋼板，導致挖土效率低下，且出現未開挖的斷面也出現變形。

圖2 施工現場

3.2 地下水位高

車站處于汾河漫灘平原區，地勢相對低平，地下水埋深淺，設計地下水位為地面以下2.7～3.6m，水量豐富，受汾河開閘放水影響，坑外觀測井測的地下水位上升明顯（最大上升2.08m，位于地面以下0.62m），造成坑外土體側壓力增大，產生連續墻水平位移，支撐壓應力增大。

3.3 基坑周邊動載過大

車站基坑東側距離車道2.5m，基坑西側距離車道5.5m，如圖3 所示。大車通行時，引起超載且存在偏壓。

圖3 基坑周邊交通狀況

基坑周邊2m 外超載不得大于20kPa，基坑周邊10m范圍內嚴禁堆載。《建筑深基坑工程施工安全技術規范》（JGJ311-2013）11.3.2 條規定對基坑影響范圍內可能出現的交通荷載或大于35kPa 的振動荷載，應評估其對基坑工程安全影響。（表3）

3.4 連續墻插入比相對較小

根據目前連續墻測斜監測數據反映出的情況，基坑基底以下連續墻測斜變形數據單次或累計值都有超限（基坑底以下0.5m，連續墻測斜變形值達72.5mm，最低端變形5.2mm），結合專家在國內其他城市軟土地層施工數據與經驗，連續墻插入比不小于0.8。

表3 基坑周邊動載

3.5 連續墻接縫處滲漏水

本車站連續墻設計采用柔性接口（鎖口管），接縫處抗滲漏能力相對較差。接縫漏水導致水土流失加速了周邊地表及建筑物沉降，同時軟化基坑內土體，影響開挖速度。

3.6 設計給定的變形控制值偏小

根據《城市軌道交通工程監測技術規范》GB50911-2013，表9.2.1-1 水平位移在中軟～軟弱土時，累計絕對值為30～50mm，相對值為0.2～0.3%H。根據山西省工程建設地方標準《建筑地基基礎勘察設計規范》DBJ04/T258-2016，表12.4.3 累計水平位移0.4%H。相對于現場地質情況設計給定的變形控制值顯小，而出現報警頻繁。

表4 礦機站基坑工程監測項目

3.7 支撐架設存在不及時的現象

基坑開挖的前期采用的臺階法（分層分段）上層拉馬道兩側預留反壓土的方式進行土方開挖，因車下基坑及機械占位和第三道支撐距離基坑底過近（3.2～2.6m）等客觀存在的事實，導致2～3 層鋼支撐各存在一根架設滯后。

根據主體圍護結構設計總說明9.3 支撐體系的安裝（5）分層分段土方開挖和相應安裝支撐并施加預應力應控制在24h 內完成。

4 基坑變形控制

4.1 接縫背后垂直注雙液漿

車站連續墻接縫設計采用柔性接口，前期接縫漏水采用接縫背后注漿與坑內接縫堵漏相結合的方法進行漏水處理。根據處理結果顯示，開挖檢縫后如發現接縫漏水再進行注漿處理，及時性達不到，因帶壓注漿，根據檢測數據顯示，對墻體變形也有一定影響。

因此，對未開挖土方斷面內的接縫提前采用背后垂直打孔注雙液漿處理，確保土方開挖后接縫無漏水，減少因漏水導致坑內土體應力釋放過快和坑外因漏水產生水土流失而導致墻體變形及地表、管線沉降現象出現，降低挖機土方開挖難度。

4.2 采用伸縮臂挖機進行土方開挖

為有效控制基坑變形，避免鋼支撐架設不及時現象出現，剩余土方計劃采用伸縮臂挖機進行土方開挖作業，目前基坑土方剩余 26505m3，位于 19～28 軸，19～25 軸設計為四道鋼支撐，25～28 軸第一道支撐為砼支撐，其余三道為鋼支撐。

4.3 加密第一道鋼支撐

根據監測數據顯示，樁頂水平位移東側最大變化值88.2mm，西側最大變化值58.1mm，支撐間距6m，預加軸力70～100kN/m，為有效控制樁頂水平位移，將支撐間距由6m調整至3m，具體施加預加軸力參數與原預加軸力相同。

4.4 重載車輛限行

自2017 年07 月01 日已開始40T 以上重型車輛禁行全面禁行，限高高度2.5m。公交車輛繞行礦機站施工區域，自2017 年07 月04 日全天24 小時重型車輛禁行。

4.5 調整施工工序

根據監測數據顯示，礦機站主體結構中板澆筑完成后各項監測數據趨于穩定，變形速率較小，故我部加快底板與中板施工。具體工序安排如下：①每個施工段土方開挖需保證上一施工段底板施工完畢，中板施工緊跟底板施工，在上一段中板澆筑完成時保證下一段底板土方開挖完畢。②每一施工段每日土方開挖量V=每施工段剩余土方量/（上一施工段底板施工結束時間+上上一段中板施工完成時間點）。③考慮到施工段劃分長度不一，防止個別施工段因長度較長導致開挖時間較長，而引起施工現場窩工，故在施工主體結構中板完成后與施工段土方開挖未結束之間穿插施工礦機站主體結構頂板。

4.6 其他安全技術保證措施

①為時時掌握基坑變形情況，在原設計要求的基礎上，對鋼支撐軸力計進行加密，對軸力損失的，及時進行補力處理，確保鋼支撐安全。②周邊管線定期檢測，與自來水公司、燃氣公司建立了聯動機制，確定每周三次，對自來水、燃氣等管線進行檢測，掌握東側自來水（DN600）管線與西側中壓燃氣管（DN400）閥門位置，并加工了開關閥門的工具，進行了試開關動作，同時制定了應急措施。③貫徹好“時空效應”理念，加強鋼支撐的管理，切實做到隨挖隨撐，盡量做到主體結構緊跟開挖面，第A-1 段中板澆筑完成且第A 段底板澆筑完畢，第A+1 段開挖才能見底。④加強日常對降水井的保護，在抽水過程中，及時排查降水井情況，對降水效果不達標的及時進行洗井處理，提高降水效果。

5 結論

以太原地鐵2 號線礦機站深基坑開挖為工程背景，對該高靈敏度地層基坑開挖引起的地連墻大變形及其原因進行分析，并提出相應的變形控制措施。結果表明：①高靈敏度地層、地下水位和基坑周邊動載是地連墻大變形的主要影響因素。②優化基坑開挖施工工藝、基坑周邊車輛限行、合理的堵水方案等措施可有效控制地連墻的變形。所提太原地鐵2 號線一期礦機站深基坑地連墻變形控制技術可為太原地鐵1 號線的順利建設提供技術支撐。