復雜條件下地鐵地下車站施工技術探討

張賀鵬 陸 瑋

（1.蘇州工業職業技術學院，江蘇 蘇州 215104；2.蘇州市軌道交通集團有限公司，江蘇 蘇州 215004）

0 引言

自1863年倫敦開通世界上第一條地鐵，到1971年我國第一條地鐵通車，再到2012年，蘇州作為第一個地級城市開通地鐵[1]，地鐵建設的步伐越來越快，它不僅緩解了交通壓力，還帶給了人們一種新的綠色交通出行方式。但是相比其他工程，地鐵工程規模大、風險高、專業復雜，與工程周邊環境相互影響大，因此施工難度也更大。某地鐵地下車站處于高地下水位、承壓水層、古城核心區、臨近文保建筑等復雜環境下，本文對該復雜條件下的車站施工的關鍵技術進行分析。

1 地鐵施工環境影響因素

1.1 土壓力

地鐵地下車站施工時先要將地表土體開挖，由于土體被挖去，地應力平衡逐漸被打破，周圍土體會出現坍塌。為防止坍塌，需要在基坑周圍預先施工圍護結構，進行基坑支護，圍護結構也會受到周圍土體對其的側壓力。地鐵地下車站一般為2～3層站，基坑開挖深度比較深，可達到15m以上，甚至20～30m[2]，屬于深基坑工程，這就意味著地鐵基坑圍護結構承受的土壓力會比較大，因此地鐵地下車站施工對圍護結構的選擇和施工質量的要求也會更高。

1.2 地下水

城市地表以下一般含有豐富的地下水，主要分為潛水和承壓水。潛水指埋藏于地表以下，并且是第一個穩定隔水層上的地下水，一般不存在水壓力或者局部有較小水壓力，而承壓水則比潛水埋藏深，它是存在于兩個隔水層之間的地下水，由于上層隔水層的限制，會承受靜水壓力。當基坑開挖至頂板上方覆土不足以抵抗承壓水水頭壓力時，承壓水層的水體就會沖破頂板，發生突涌，地下水的滲流也會導致發生流砂、流土等，這都會使得基坑變形、失穩、破壞，引起周圍地表沉降等[3]。因此，基坑施工時控制好地下水非常重要。

1.3 交通壓力

地鐵車站一般處于城市核心地帶，本身交通壓力就很大。然而由于地鐵建設規模的影響，地鐵施工占道周期往往較長，占用場地面積也較大，這就不可避免地減少了原有道路的通行能力，增加了施工路段的交通壓力。這也會加劇周邊居民的交通心理負擔，因此在選擇施工方法時，既要滿足施工需求，還要考慮社會效應，盡可能地減少施工對交通造成的負面影響。

1.4 鄰近建筑

由于地鐵地下車站施工時基坑內土體被挖去，基坑外土體在水平方向會失去原有平衡，雖然圍護結構能使基坑外土體有一定的水平抗力，但是由于基坑外土壓力較大，圍護結構剛度有限，這些土體在自重及上部荷載作用下不可避免地會發生壓縮，從而導致周圍地表沉降[4]。當周圍地表沉降過大，基坑周圍的建筑物就會出現沉降、變形、傾斜，甚至倒塌。因此，地鐵地下車站施工一定要有效控制周圍地表沉降，盡量減小開挖對周圍建筑物的影響。

2 工程概況

某地鐵地下車站總長246.90m，寬20.70m，采用地下二層單柱雙跨框架結構，基坑開挖深度16.95～17.336m。車站位于古城區核心地帶，道路通行寬度僅約20m，東側為兩處重要文保建筑，西側為沿街商鋪，車站主體東側距第一處文保建筑圍墻最小距離約10.6m，距建筑內房屋最小距離約43.4m，距第二處文保建筑地下室最小距離約4.22m。車站所處場地水文條件復雜，地下水位較高，基坑施工范圍內存在潛水含水層、淺部微承壓水含水層、深部承壓水含水層，其中潛水穩定埋深一般為0.90～3.70m，微承壓水穩定埋深為2.72m，承壓水穩定埋深為4.46m和5.47m。

3 施工方案選擇

根據該站地質條件、車站埋深、地下水位情況，基坑圍護結構采用地連墻+內支撐支護方式，地連墻墻深36.5m，插入承壓水層6m隔斷承壓水層。為保證周邊交通出行和施工場地需求，同時考慮施工難度、效率及造價影響，車站主體結構采用半蓋挖順作法施工，基坑東側南北通長設置寬6.3m的鋪蓋，南端頭井設置寬6.8m的鋪蓋（鋪蓋設置見圖1），同時設置格構柱。

圖1 鋪蓋布置圖

為控制基坑周圍文保建筑及其它建筑變形，主體東側基坑地墻接縫采用MJS工法樁止水，全基坑范圍采用鋼支撐軸力伺服系統，對支撐軸力實時自動檢測及自動補償，并且加強對周圍建筑物的監測，監測出現異常時應加強監測頻率，同時預留應急措施。

4 施工技術要點

4.1 地下連續墻施工技術

地下連續墻是用挖槽設備在地下形成很深的基槽，通過泥漿護壁防止基槽坍塌，然后在基槽內放置鋼筋，澆筑混凝土，從而形成堅固的墻體。由于其具備良好的截水、防滲、擋土能力及安全可靠性[5]，因此，對于高地下水位、有承壓水地層的復雜水文條件地區，地下連續墻是地鐵深基坑圍護結構的最佳選擇。

該車站地下連續墻共98幅，其中標準幅86幅，厚800或者1000mm，異形幅12幅。總體施工順序：東北側先期開始，從北向南施工至東南角，基坑東半側施工完成后施工西側地連墻。具體施工要點如下：

（1）導墻施工。導墻底部深入原狀土大于30cm，確保導墻穩定性；導墻拐角處應延伸出一段距離，以免后期成槽斷面不足，妨礙鋼筋籠下槽。

（2）泥漿。泥漿選用一級膨潤土泥漿，以提升泥漿護壁性能、攜渣能力、穩定性；施工時槽內泥漿面要比地下水位至少高0.5m，比導墻面至少低0.3m。

（3）成槽。合理劃分成槽順序，為保護周圍文保建筑，采用隔三跳一的方法控制成槽順序，減小連續成槽對周邊土體的影響；槽壁垂直允許偏差不大于1/300，成槽過程中如果發現有偏斜，應及時調整。

（4）清槽和換漿。清槽后槽底沉渣厚度要小于10cm；當槽底沉渣厚度滿足要求時，即可開始換漿，置換后泥漿是否合格，以取樣試驗為準；換漿時應及時向槽內補充新配優質泥漿以保持泥漿液面平衡。

（5）接頭。該工程地下連續墻采用H型鋼接頭，遠期盾構下穿影響范圍內的地連墻接縫采用鎖口管封口，鋼筋采用玻璃纖維筋以預留盾構條件。

（6）鋼筋籠。為保證地下連續墻鋼筋籠整體穩定性和剛度，按設計要求在連續墻外側面兩側設置X形剪力筋，并設置縱向橫向桁架及可靠吊點，焊接牢固；為確保地下連續墻接頭質量，鋼筋籠水平筋均焊接在H型鋼翼緣板上，以使H型鋼和鋼筋籠形成牢固整體。

（7）混凝土澆筑。鋼筋籠沉放就位后4h內及時灌注混凝土，并應均勻連續灌注，因故中斷時間不得超過30min；導管埋深應在2～4m，相鄰兩導管內混凝土高差小于0.5m，并且混凝土不得溢出導管落入槽內污染泥漿；混凝土灌注宜高出設計標高30～50cm，以保證墻頂混凝土強度滿足設計要求。

4.2 MJS工法樁施工技術

MJS工法相比傳統工藝對施工條件適應性強，能在5～360°任意角度扇形截面內進行旋噴樁施工；對周邊環境影響小，可通過調整排泥量，控制地內壓力，有效控制噴射注漿引起的地基隆起和下沉，減小施工對相鄰建構筑物的影響[6]。

該工程共用56根MJS工法樁，主體基坑東側地墻接縫、厚度不同的地墻接縫及采用鎖口管的地墻接縫均采用MJS工法樁止水，采用P·O42.5級普通硅酸鹽水泥，直徑2000mm，水泥摻量不小于40%，樁體28d無側限抗壓強度不小于1.0MPa，取芯檢測數量不應少于總數的2%，并不得少于3根。每根樁的芯樣數量不宜少于5組，每組不宜少于3件試塊。具體施工技術要點如下：

（1）下注漿管。下注漿管前先在地表進行射水試驗，待氣、漿壓力正常后，才能下管施工。

（2）試樁。施工前還要進行試樁試驗確定施工參數，保證成樁質量。

（3）樁位施工。鉆孔時應及時調整樁機水平，防止因機械振動或地面濕陷造成鉆孔垂直度偏差過大，對鄰近建筑結構造成破壞；嚴格控制噴漿提升速度，噴漿過程應連續均勻，若出現壓力驟變，大量冒漿、串漿等異常情況，應及時提鉆出地表排除故障；當提升至設計樁頂下1.0m深度時，放慢提升速度至設計高程；噴射作業結束后，用冒出漿液回灌到孔內，直至不下沉為止。

4.3 半蓋挖施工技術

該工程主體結構采用半蓋挖順作法施工，既有效緩解古城核心區施工占道面積大、時間久對交通的負面影響，又相比全蓋挖施工減少了施工難度，便于控制施工質量，降低施工風險[7]，具體工序如圖2所示。

圖2 半蓋挖順作法施工工序

半蓋挖順作法施工要點如下：

（1）立柱樁和格構柱。該工程采用鉆孔灌注樁和格構柱分別作為鋪蓋結構的立柱樁和臨時立柱；立柱施工要嚴格控制平面位置和垂直度，否則容易引發蓋板不均勻沉降，甚至坍塌等事故；格構柱應隨立柱樁鋼筋籠安裝就位，并插入立柱樁3m，插入深度誤差不超過5cm，格構柱垂直誤差1/300，平面誤差不超過2cm。

（2）基坑開挖。基坑開挖按照縱向分段、豎向分層、層與層之間放坡設平臺的方式進行（見圖3）。每層開挖厚度根據兩層支撐間距確定，各層土體層間平臺寬度約6m，總體縱坡控制在1∶3以內，每層開挖深度為每道支撐下0.5m；縱向每段長度15～25m，每小段長度10m。鋪蓋范圍土方利用小型挖機倒至基坑無鋪蓋部位，通過支撐中間空隙運出基坑；開挖過程中嚴格控制施工荷載，保證鋪蓋荷載安全。

圖3 開挖步序圖

（3）鋪蓋和支撐。該工程鋪蓋采用300mm厚現澆混凝土板，標準段豎向依次設置一道鋼筋混凝土支撐，四道鋼支撐，鋼支撐全部采用自動伺服系統；現澆鋪蓋與鋼筋混凝土支撐同時施工，每段鋪蓋與其接頭部分的冠梁整體施作，鋪蓋橫向鋼筋錨入冠梁不小于35d；鋼支撐施工嚴格做到隨挖隨撐，控制無支撐暴露時間，其中鋪蓋下鋼支撐安裝采用分節吊裝法將鋼支撐運至基坑開挖面，然后安裝拼接，最后吊裝到位，必要時小挖機配合作業。

（4）支撐拆除。支撐拆除應等到底板、中板、頂板混凝土強度達到設計強度；拆除前先對上一層鋼支撐預加軸力至設計值以保證基坑安全；拆除時需逐級釋放軸力，避免軸力瞬間釋放過大而導致結構局部變形、開裂。

5 結束語

面對地下水位較高，基坑范圍內存在承壓水，處于城市核心地區的地鐵地下車站施工，可以采用地下連續墻作為圍護結構嵌入承壓水層下部弱透水巖層的方法來隔斷承壓水層；主體結構施工可以采用半蓋挖法施工來減小施工對周圍環境的影響，并且還能減小全蓋挖法施工的難度，有效控制質量；此外當施工場地臨近重要文保建筑時，可以考慮采取MJS工法樁止水以及鋼支撐軸力伺服系統自動檢測及補償軸力，并且加強對周圍建筑物的監測。實踐表明，該工程多種施工技術協同應用能夠一定程度上保證復雜條件下地鐵地下車站的施工安全及周圍建筑物的安全。