試論地鐵車站基坑主體與附屬結構一體化施工

楊青山

（中鐵十六局集團有限公司，北京 100018）

0 前言

隨著城市化進程的不斷推進，超大深基坑工程在我國各地大量涌現，很多軌道交通工程便涉及超大深基坑施工。圍繞傳統的地鐵車站基坑主體與附屬結構施工方法進行分析可以發現，這種方法在基坑施工穩定性控制方面較為出色，但需要二次破除車站主體結構，車站主體結構的防水性能和綜合強度會受到損傷，同時較為狹小的施工空間也會影響模塊化施工和機械化設備應用，在附屬結構工程和基坑主體工程的雙重制約下，施工組織管理也會受到負面影響。

1 工程概況

1.1 站位布置

作為6 號線工程的中間站，大路村站位于黃金大道和人民東路交叉路口正下方，其附屬結構1 號出入口暗挖段主要負責連接出入口（1A、1B）、安全口（2 號），具體站位布置如圖1 所示。

圖1 站位布置示意圖

箱型混凝土框架結構的1 號出入口暗挖段通道凈寬、凈高、覆土厚度分別為6.5m、4.3/5.5m、5.8～7.5m，側墻、頂板厚度均為600mm，暗挖初支、底板厚度分別為350mm、700mm。1 號出入口暗挖段存在兩種斷面，包括平頂直墻和弧形頂，平頂直墻斷面形式為D 型，弧形頂斷面形式為A、A’、B、C、E。1 號出入口暗挖段周邊存在大量管線及建構筑物。大路村站主體結構南側為1 號出入口暗挖段，整平改造后工程擁有較為開闊的場地，1 號出入口暗挖段側穿接線橋S207 墩樁基，樁基與暗挖初支存在6.5～12.4m 的凈距。隧道下穿黃金大道及人民東路輔道，存在約5.8～7.5m 的埋深，同時施工期間存在較大的地面車流量，圖2 為基坑主體與附屬結構關系圖[1]。

圖2 基坑主體與附屬結構關系圖

1.2 工程與水文地質

工程周邊以行政辦公及商業用地為主，市政道路存在于車站東西兩端，工程整體地勢具備西高東低特點，擁有條件較好的施工場地，市政管線屬于周邊管線的主要構成。工程范圍內存在中風化泥質粉砂巖、強風化泥質粉砂巖、素填土等主要地層，中風化泥質粉砂巖層為1 號出入口暗挖段的基底，存在200kPa 的持力層地基承載力特征值；工程場地包含基巖裂隙水和松散土層孔隙水類型，前者存在富水性貧乏、總體透水性差特點，多為承壓水，部分為潛水。后者直接受季節變化影響，以地下管線滲漏、大氣降水為主要補充，排泄方式以向下滲透到潛水或蒸發為主，土質不均勻的人工填土層可能導致局部隔水，平均地下水水位為2.97m[2]。

2 地鐵車站基坑主體與附屬結構一體化施工方法

2.1 施工工藝

案例地鐵車站主站采用蓋挖逆作法進行施工，車站基坑采用明挖順作法進行開挖施工，采用旋噴樁與鉆孔灌注樁咬合施工的基坑圍護結構。基于旋挖機成孔進行鉆孔樁施工，直徑控制為1200mm，基于三管旋噴方式進行旋噴樁施工，直徑、間距分別控制為900mm、1400mm，由C20 混凝土負責樁間填充，圖3 為一體化施工基坑圍護結構[3]。

圖3 一體化施工基坑圍護結構

2.2 一體化施工方法

地鐵車站基坑主體與附屬結構一體化施工中，以1 號出入口暗挖段為例，案例工程采用了CD 法與CRD 法進行施工，CD 法施工流程可細分為四個步驟：第一，在拱部兩側打設管棚，規格為φ108，基于超前預注漿加固開展地層處理，選用φ42 規格的超前小導管進行臺階法施工，同時通過用鎖腳錨管加固墻腳；第二，對1 號出入口暗挖段左洞室進行開挖，開挖順序為中部、下部、上部，用鎖腳錨管加固墻腳；第三，分級開挖暗挖段右洞室，初期支護施工需同時開展，鎖腳錨管加固墻腳；第四，初期支護背后注漿，分段拆除臨時支撐，具體施工需要以監測數據為依據，每次最大拆除長度需嚴格控制，具體需控制在8m 內。二次襯砌施工圍繞底部防水層、邊墻（底部、下部）依次開展，嚴格預留防水板及鋼筋接頭；開展防水層施工，涉及拱部、邊墻，二次襯砌施工需隨之開展，完成背后注漿后的施工需要保證該結構達到設計強度要求。

1 號出入口暗挖段的CRD 法施工流程可細分為四個步驟：第一，完成出入口主體結構后，在拱部兩側打設管棚，規格為φ108，基于超前預注漿加固開展地層處理，選用φ42 規格的超前小導管進行CRD 法施工，開挖左上洞室的過程中需做好初期支護，加固墻腳；第二，開挖暗挖段洞室并初期支護，順序為左下、右上、右下，加固墻腳；第三，初期支護背后注漿，底部防水層施工需要在臨時支撐不拆穿的前提下開展，隨之開展邊墻二次襯砌，包括底部、下部邊墻，應預留防水板及鋼筋接頭；第四，在拆除水平臨時仰拱的過程中，需采用分小段拆除方法，同時需要以監測結果作為依據，跳格法用于邊墻、拱部防水層施工，二次襯砌施工也采用相同方法。結構的豎向支撐需要在其封閉成環后拆除，二次襯砌背后注漿屬于最終環節，圖5 為CRD法施工示意圖。

圖4 CRD 法施工示意圖

基于上述CD 法與CRD 法的施工流程進行分析可以發現，在地鐵車站基坑主體施工的過程中，可依托CD 法與CRD 法開展地鐵車站基坑主體與附屬結構一體化施工。在地鐵車站基坑明挖區封頂后，1 號出入口暗挖段即可開始施工。

2.3 施工質量控制點

為保證地鐵車站基坑主體與附屬結構一體化施工質量，施工單位基于工程實際鎖定了主要質量控制點，包括侵入襯砌界線的侵入襯砌界線、回填不實的隧道拱背、隧道滲漏水、仰拱基底處理不當、二次襯砌表觀效果不佳等，其中二次襯砌表觀效果不佳可細分為空洞、裂縫、錯臺、缺棱掉角、露筋、孔洞、麻面、蜂窩等。以地鐵車站基坑主體與附屬結構一體化施工不當引起的隧道滲漏水為例，該施工質量問題的出現源于防水層破壞、混凝土沉降縫與施工縫處理不當、施工未嚴格遵循工藝要求、存在振搗不密實的混凝土。為規避隧道滲漏水問題，施工過程中需保證防排水設施按照設計要求嚴格建設，原材料質量和規格也需要得到控制，防排水設施的幾何尺寸穩定同樣極為關鍵，防排水設施在混凝土灌注時需保證位置正確，不得出現破損等問題；在洞身防水層施工前，需修整處理支護表面，避免戳破防水層的問題出現。需基于一定松尺度預留掛設防水板，并做好對防水板的防護，矮邊墻基礎上的防水板在拱部鋼筋頭割除施工中需開展防燒保護處理，同時防水板不得在襯砌鋼筋綁扎環節被破壞，防水板在襯砌混凝土內鋼筋焊接時應由背板遮擋，避免燒壞問題出現。二次襯砌混凝土灌注過程中，防水板不得與振搗棒出現接觸，以此更好規避損失問題。此外，還需要遵循因地制宜原則開展防滲漏施工，搗固密實襯砌混凝土，止水帶、止水條需做到規范安裝，排水盲管應按設計要求埋設，防水劑的摻量同樣需要嚴格控制，襯砌混凝土在洞口100 范圍內需要開展至少14d 的灑水養護。

3 有限差分數值模擬

3.1 模擬路徑

基于以往工程經驗和相關計算可以發現，基坑開挖影響寬度一般為3～4倍深度，影響深度約為2～4 倍開挖深度，因此研究選擇固定邊界作為位移邊界。由于施工前已開展降水處理，因此可不考慮地下水影響，結合地鐵車站基坑外側的止水帷幕，不考慮地下水滲流影響。選擇庫倫－摩爾模型，結合巖土體模型物理力學參數與支護結構參數，即可開展施工工序模擬。首先基于傳統施工方法進行模擬，在此基礎上開展一體化施工優化，需調整開挖工序。

3.2 結果分析

對比模擬與監測數據可以發現，樁頂變形及地表位移隨開挖深度增大而出現波動性變化，模擬數據與現場監測存在基本一致的變化趨勢。具體開挖中，模擬與監測存在約1mm 的最大地表位移差值，同時存在約4mm 的樁頂變形最大差值，差值總體上不大。基于數值差異和變化趨勢分析，可確定模擬分析能夠對實際圍護樁和地表位移變形特性進行反映。開展地表沉降分析可以發現，基坑開挖面附近分布屬于主要沉降區，坑底開挖面為主要的地層隆起區，開展穩定性分析能夠確定，完成開挖后存在小于警戒值的地表沉降值和地層隆起，處于穩定狀態。進一步分析原方案施工和一體化施工能夠發現，在不斷增加的開挖深度影響下，二者對應的地表沉降差距不斷拉大，由于一體化施工具備更為顯著的土方開挖卸載效應，因此其最大沉降增量為2mm 左右，優勢明顯；進一步開展圍護樁變形分析，可以發現開挖完成時一體化施工過程中各位置圍護樁存在基本相同的變形模式，樁體中部位置出現最大位移，底部及頂部存在較小變形。圍繞變形數值進行分析可發現。為明確傳統開挖方案與一體化施工方法對圍護樁變形影響的差異，開展進一步對比分析，能夠發現開挖完成時存在基本相同的圍護樁變形模式，一體化施工存在一定處于可控范圍內的圍護樁水平變形增量。總的來說，地鐵車站基坑主體與附屬結構一體化施工具備一定可行性，但對施工安全、質量、進度控制提出了更高要求，高水平的一體化施工能夠帶來更好的社會經濟效益。

總的來說，本文研究的地鐵車站基坑主體與附屬結構一體化施工屬于一種新型施工方法，該方法需開展基坑主體與附屬結構出站口圍護結構的同步施工，且施工主體與附屬結構需要在基坑局部范圍內同時進行，可保證基坑主體與附屬結構同步成型，擁有同步施工部署、施工工藝先進、施工組織高效等優點。但值得注意的是，地鐵車站基坑主體與附屬結構一體化施工很可能出現基坑隆起問題，這源于一次性開挖和土體卸載帶來的較大環境影響，相較于一般開挖基坑，這種施工方法的影響范圍更大，周邊地層、基坑主體及附屬結構均可能出現較大變形，因此具體應用前必須開展針對性的現行研究和模擬。

4 結論

綜上所述，地鐵車站基坑主體與附屬結構一體化施工具備較高推廣前景。在此基礎上，本文涉及的施工質量控制點等內容，則直觀展示了一體化施工要點。為更好滿足地鐵工程建設需要，一體化施工模擬的科學開展、新型材料與設備的積極應用同樣需要得到重視。