武漢地鐵11號線涉鐵深基坑支護設計及監測分析

梁天福

(武漢地鐵集團有限公司 武漢 430000)

隨著城市地鐵建設的加快，越來越多的地鐵線路需要與城際鐵路交叉，臨近城際鐵路的深基坑開挖越來越多，施工過程容易導致鐵路變形、沉降，影響鐵路運行安全[1]。特別是盾構風井以及地下車站深基坑，開挖深度一般超過20 m，如果不進行有效地支護和高精度地監測，會給城際鐵路的運營帶來很大的安全隱患[2]。本文以武漢軌道交通11號線緊鄰武黃城際鐵路的葛店段工程為例，通過提出深支護設計方案以及智能化監測技術，實現及時預警，以確保基坑開挖安全，消除安全隱患，減小對武黃城際鐵路的影響。

1 工程概況

新建武漢地鐵11 號線三期葛店段工程左嶺站-葛店南站區間風井緊鄰武黃城際鐵路橋(153號～155號橋墩，約K23+050處)，基坑開挖尺寸為28.2 m×26.3 m，開挖深度為25.16 m，采用明挖法施工，基坑距武黃城際鐵路橋橋樁約26 m。葛店南站車外包總長度600 m，標準段寬度21.1 m，基坑開挖深度約為15.8～22.7 m，距離武黃城際葛店南站鐵路橋(196號墩～209號橋臺，約K024+444-875處)橋臺邊最小距離約為20.9 m。地鐵葛店南站北側出入口設于武黃城際葛店南站高架橋跨正下方，出入口基坑寬度為7.9 m，開挖深度約為11.0 m，距橋樁承臺邊(198號～199號橋墩處)最近距離為6.5 m。

本次臨近基坑支護及監測的范圍為：區間風井及臨近武黃城際鐵路橋、地鐵葛店南站深基坑、北側出入口深基坑及臨近武黃城際鐵路橋。

武黃城際鐵路橋技術標準：客運專線，無砟軌道，設計時速200 km/h。

2 工程地質及水文條件

2.1 工程地質條件

擬建葛店段地面高程約16.5～33.5 m。地貌單元屬于剝蝕堆積平原區，相當于長江III級階地。基坑開挖影響深度范圍內的地基土特征及分布如下。

(1-1) 雜填土。由黏性土與碎石、塊石等混合而成，層厚 0.40～4.40 m。

(1-2) 素填土。主要成份為黏性土，局部含少量植物根系及碎石。該層土均勻性差，層厚 0.60～10.00 m。

(1-3) 淤泥(Ql)。流塑狀態，富含有機質，局部混生活垃圾，其厚度 0.50～4.40 m。

(6-1)黏土(Q4al+pl)。可塑，厚度 1.30～7.90 m。

(10-1)粉質黏土(Q3al+pl)。可塑，局部硬塑，厚度 1.10～9.100 m。

(10-2)黏土(Q3al+pl)。硬塑狀態，局部堅硬，厚度 0.90～15.80 m。

2.2 水文地質條件

擬建場地地下水主要為上層滯水、基巖裂隙水。上層滯水主要賦存于場地上部人工填土中，基巖裂隙孔隙水多賦存于砂巖裂隙中，對擬建工程基坑開挖施工影響較小。

2.3 地震動參數

擬建場地為II類場，抗震設防烈度為6度，地基本地震動峰值加速度為0.05g，反映譜特征周期為0.35 s。根據GB 50909-2014 《城市軌道交通結構抗震設防規范》，擬建工程屬重點設防類。應按6度設防提高1度采取抗震措施。

3 基坑圍護方案

3.1 區間風井

左嶺站-葛店南站區間風井設置于區間中部，圍護結構采用直徑1 200 mm、間距1 400 mm鉆孔灌注樁，對基坑淺層填土層進行高壓旋噴樁止水[3]。基坑設置4道支撐，其中第一、三道為混凝土支撐，第二、四道為鋼支撐。風井與鐵路橋梁的立面關系見圖1。

圖1 區間風井與武黃城際鐵路橋立面關系圖(單位高程，m；尺寸，mm)

3.2 葛店南站

葛店南站與鐵路橋梁的立面關系見圖2。

圖2 葛店南站與城際鐵路橋相互關系剖面示意圖(高程，m；尺寸，mm)

地鐵葛店南站為地下兩層島式站，主體圍護結構基坑采用直徑1 200 mm、間距1 500 mm 鉆孔灌注樁，對基坑淺層填土層進行高壓旋噴樁止水。基坑設置3道支撐，第一道為800 mm×1 000 mm混凝土支撐，第二、三道支撐主要采用直徑609 mm鋼支撐(t=16 mm)，大里程盾構端頭井處距鐵路較近處，第二、三道均采用混凝土支撐，基坑圍護采用直徑1 200 mm、間距1 400 mm鉆孔灌注樁[4]。

3.3 葛店南站北側出入口

地鐵葛店南站北側出入口設于城際鐵路葛店南站高架橋跨正下方，出入口基坑圍護結構采用直徑1 200 mm、間距1 500 mm鉆孔灌注樁，對基坑淺層填土層進行高壓旋噴樁止水。基坑設置2道支撐，第一道為混凝土支撐，第二道為直徑609 mm鋼支撐。為確保城際鐵路高架橋安全，在坑外2 m處增設直徑1 000 mm、間距1 200 mm隔離樁，以控制出入口基坑變形及鐵路橋墩頂水平位移及沉降。

地鐵基坑設計時，采用大直徑鉆孔灌注樁，樁間進行旋噴止水；設置鋼筋混凝土支撐，并在坑外設置隔離樁。以上措施增大了基坑支護自身剛度及基坑整體穩定性[5-6]，阻隔地基附加應力和地層變形傳遞，減小基坑開挖對武黃城際鐵路影響。葛店南站北側出入口與鐵路橋梁的相互關系見圖3。

圖3 葛店南站北側出入口圍護結構與城際鐵路橋相互關系圖(單位高程，m；尺寸，mm)

4 監測技術、監測點布置及監測標準

4.1 監測技術

本工程采用全自動智能監測方法，利用精度±0.5″的全自動全站儀，全天候實時采集數據。全自動全站儀采集到監測數據后，通過通訊模塊進行無線傳輸，在室內完成整個數據的采集和輸出。自動化變形監測系統組成見圖4。

圖4 自動化變形監測系統組成部分示意圖

4.2 監測點布置

對于鐵路橋梁道床的監測：臨近區間風井及葛店南站基坑的一股軌道在沿鐵軌方向的道床上每5 m設1個監測斷面(豎向和水平位移共用)。監測點采用L型小棱鏡(軌道外側)和反射片(軌道內側)相結合的方式布設，道床監測點布點見圖5。

圖5 道床監測點布設示意圖

對于接觸網柱的監測：在影響范圍內，在每根接觸網柱上布設2個豎向位移監測點(兼做傾斜監測點)和1組傾斜監測點，并統一編號。接觸網立柱監測布點示意見圖6。

圖6 接觸網立柱監測布點示意圖

4.3 監測標準

綜合相關規范關于墩臺頂位移限值、線路軌道靜態幾何尺寸容許偏差管理值的規定，并結合武漢軌道交通下穿國鐵經驗，本工程涉及的武黃城際鐵路為無砟軌道，為后期沉降預留，控制軌道及墩臺頂位移限值在水平、豎向均為2 mm。接觸網立柱兩相鄰懸掛點等高相對差不得大于10mm，立柱順、橫線路方向傾斜允許偏差不超過0.5%。

5 監測成果分析

監測自2020年4月開始，至2020年9月，由于葛店南站深基坑范圍較大，且出入口基坑下穿鐵路橋也會產生較大影響，故選取葛店南站左側道床斷面(每隔10個)進行監測點數據分析，其中道床共2排監測點，76個截面，分別對水平位移和豎向位移進行分析，分析結果見圖7和圖8。

圖7 道床監測點水平位移示意圖

圖8 道床監測點沉降示意圖

由圖7、8可見，道床水平位移和沉降位移隨時間基本呈增大的趨勢。在初始開挖及支撐間土體開挖之后，下一道支撐支護前位移和沉降先加快，然后慢慢趨于穩定。水平總位移不超過0.5 mm，累計沉降不超過0.5 mm，滿足2 mm的限值要求。另外，靠近基坑中部的測點水平位移和沉降值較大[7]。地基開挖后，土體的沉降時間較長[8]，需持續不斷地精密監測。

葛店南站深基坑影響范圍中城際鐵路橋梁接觸網監測點布置于12根立柱上，并隔根作出接觸網立柱傾斜度-日期關系曲線，傾斜度變化見圖9。

圖9 接觸網立柱監測點傾斜度示意圖

由圖9可見，接觸網立柱的傾斜度曲線變化規律與道床變形規律基本一致：開挖初期或加作支撐前變化較大，后期慢慢趨于穩定。總傾斜度不超過0.06%，遠小于0.5%，滿足要求。

本工程位于鐵路站房及附近區域，城際列車整體行車速度較慢，各類變形限值理論上可以適當提高。

6 結論

1) 本項目基坑設計圍護結構采用直徑較大的鉆孔樁及3～4層鋼/混凝土支撐，配合高壓旋噴樁止水，能夠很好地控制鐵路橋梁變形和沉降。

2) 本項目采用的智能化監測技術，能夠有效地對深基坑開挖進行檢測，保證基坑開挖安全和城際鐵路的正常運營，且監測過程對鐵路運營幾乎無影響。

3) 基坑開挖后，土體沉降變形時間較長。在土體開挖加支撐之前，變形速度較快， 加支撐后變形速度趨于緩慢。距離基坑中部較近位置鐵路變形量相對較大，反之較小。

4) 根據監測結果，本工程采用的基坑圍護方案滿足城際鐵路變形限值要求。