淤泥質土層明挖地鐵車站深基坑施工技術

馬洪超

(中鐵十二局集團第四工程有限公司，西安 710021)

1 工程概況

1.1 車站概況

杭州地鐵機場快線西溪濕站為X形換乘車站，采用分坑施工法，基坑劃分為5個獨立區域A、B、C、D、E。其中，A、B區組成機場快線車站，為地下2層14 m島式車站，結構長272 m，標準段寬23.1 m，基坑開挖深度約17.65~19.4 m，采用1 m厚地連墻+2道混凝土支撐+3道鋼支撐的支護體系；由A、C、D、E區組成14號線車站，為地下3層8 m側式車站，結構長511.2 m，標準段寬26.6 m，基坑開挖深度約25.95~29.7 m，采用1 m（局部1.2m）厚地連墻+3道混凝土支撐+4道鋼支撐的支護體系。

1.2 工程地質

1）基坑開挖范圍土層主要為：①1雜填土、④1淤泥質黏土、④2淤泥質粉質黏土、⑥1淤泥質黏土；其中，2層車站基底位于④2淤泥質粉質黏土，3層車站基底位于⑥1淤泥質黏土。

2）特殊巖土：主要有雜填土、軟土。（1）雜填土：主要為①1層雜填土、①2層素填土，厚度一般為0.6~7.3 m，未完成自重固結，地連墻成槽施工過程中易造成槽壁坍塌、基坑開挖施工過程中易造成地面沉降過大等。（2）軟土：主要為④層、⑥層淤泥質土，具有高含水量（天然含水量大于液限）、高孔隙比（天然孔隙比大于1.0）、高靈敏度、高壓縮性、低承載力等特性，其工程力學性質差，易造成基坑開挖施工過程中地連墻變形大、基坑邊坡坍塌、地面沉降大、支撐體系失穩等。

1.3 水文條件

孔隙潛水主要賦存于淺部填土、黏土和淤泥質土層中，表部填土富水性、透水性較好，與地表水聯系密切，地下水位埋深為0.50~3.50 m。

孔隙承壓水主要存在于⑨3、121、141、143、144層砂土、砂礫土，深度位于地下約32.5 m，水位高程約為地面以下4.65 m。

2 重難點問題及原因分析

2.1 地連墻槽壁坍塌

1）重難點問題：地墻成槽時導墻下10 m范圍出現塌孔，成槽及成墻質量受到嚴重影響，嚴重時會引起地面塌陷。

2）原因分析：地面下10 m范圍存在不等厚的雜填土，該土層未完成自重固結，成槽時受到擾動，即使在泥漿護壁的情況下，也無法保持土體穩定性，出現塌孔，甚至地面下陷。

2.2 混凝土支撐澆筑質量控制

1）重難點問題：混凝土支撐底模不穩定，出現大量漏漿、跑模現象，混凝土澆筑完成后，支撐線型軸線偏過大，強度前期上升速度較慢，混凝土支撐受力不佳，導致基坑圍護結構變形及地表沉降過大。

2）原因分析：淤泥質土層呈流塑狀，無自穩能力，造成承載力嚴重不足，以致不能承受混凝土自身重力，出現底模坍塌變形。商品混凝土自身配比原因，雖28 d強度能夠達標，但存在前期強度上升較慢的情況。

2.3 基坑降排水

1）重難點問題：坑內降水井水位已降至設計水位，但坑內土體仍含水量較大，土方開挖過程中土體中水分逐漸流出，導致開挖面積水，破壞土體穩定及地基承載力，嚴重影響土方開挖效率和基坑自身安全。

2）原因分析：基坑內土方除表層為雜填土外，基本全部是淤泥質土，該土層具有高含水率、高壓縮性、高靈敏度、低滲透系數等特性，管井降水只能疏干表層滯水，土體自身含水量基本無法疏干，降水效果不佳。

2.4 基坑開挖變形沉降控制

1）重難點問題：基坑開挖施工過程中，地連墻墻體變形、地表沉降、土體深層位移、支撐軸力、臨時格構柱豎向位移等監測項目變量超標，出現基坑安全隱患。

2）原因分析：基坑開挖與支護是相輔相成的，由于開挖范圍內基本全部是淤泥質土層，自身低強度、高靈敏度、遇水即化，再加土方開挖速度與支撐架設及時性不協調，支撐架設滯后及軟土基坑自身靈敏性是導致基坑變形的最主要原因。

2.5 基坑土方開挖基底及邊坡穩定性控制

1）重難點問題：土方開挖時，土體放坡坡面出現開裂、滑移、坍塌，基底土體出現失穩和承載力不足等問題。

2）原因分析：淤泥質土層土體穩定性差，放坡坡度過大，導致邊坡失穩；土體自身含水量大，降排水效果不佳，出現積水，土體被浸泡，加之機械擾動，導致基底土體承載力不足。

3 施工關鍵技術

3.1 地連墻成槽及槽壁加固

西溪濕地站位于原魚塘范圍，不僅土層為淤泥質地層，還具有0.6~7.3 m厚的雜填土，雜填土及淺層淤泥質粉質黏土層地連墻成槽易塌孔，故西溪濕地站地連墻先采取槽壁加固再進行成槽，以保證地連墻成槽和成墻質量。

地連墻槽壁采用三軸攪拌樁工藝進行加固，三軸攪拌樁采取兩攪一噴的方式進行施工，樁徑850 mm，加固深度為地下15 m范圍；隨著槽段加深，泥漿壓力的余量提高槽壁穩定的作用逐漸增加，超過地下15 m范圍可通過適當提高泥漿比重來保持槽壁穩定。三軸攪拌樁槽壁加固施工參數如下：下沉速度0.8 m/min，提升速度1.8 m/min，攪拌轉速16 r/min，噴漿壓力1.0 MPa，漿液流量280~320 L/min（雙泵），水灰比1.2，水泥摻量15%，28 d無側限抗壓強度≥1 MPa。

淤泥質土層屬于軟土，地連墻成槽采用泥漿護壁，成槽機抓槽即可，適當提高泥漿比重，利于槽孔穩定。同時，應避免采用旋挖鉆或沖擊錘成孔、方錘修孔等方法，以減少對槽壁的擾動的次數，控制槽壁穩定。

淤泥質土層地連墻成槽要合理劃分槽段，不宜過大，首開幅選擇一字幅槽段，采用三抓成槽，中間一抓按0.3~0.7倍抓斗單元長度控制，槽寬控制在5~6 m最為合適；轉角幅單獨進行劃分，以避免槽段寬度過大，盡量避免出現“Z”形幅，角槽兩邊不等長時，應先施工短邊再施工長邊，避免第一抓時槽壁偏斜、塌孔；閉合幅需避開轉角等不規則部位，采用合適的槽壁寬度，應充分考慮到工字鋼接頭兩邊各自翼緣板的影響。

3.2 坑內及基底土體加固

淤泥質土層自身具有高含水量、高壓縮性、高靈敏度、低承載力、低強度、遇水即化等特性，導致出現混凝土支撐底模漏漿變形、土方開挖邊坡失穩、基底承載力不足、基坑變形敏感等一系列問題，故可對基坑內需開挖土方進行弱加固。

加固形式采取裙邊加抽條，平面布置沿地連墻內邊四周加固3~4 m寬，垂直于基坑長邊間隔4 m抽條加固4 m，平面加固位置與混凝土支撐位置中心線重合，豎向加固位置為每道混凝土支撐下及基底下3 m范圍，這樣即可保證加固后基坑土體的穩定性，又可保證混凝土支撐底模的牢固性。加固工藝可選擇三軸攪拌樁和雙重管高壓旋噴樁進行施工，無地下障礙物的情況下盡量選擇三軸攪拌樁進行加固，效果較好；有地下障礙物時選擇高壓旋噴樁進行加固，更易于樁位的布置。相比較而言，三軸加固效果更佳。

坑內土體弱加固28 d無側限抗壓強度達到0.3 MPa即可，水泥摻量過大，加固土體過硬將影響后續土方開挖效率且無意義，而水泥摻量過少，加固起不到作用，故需嚴格控制施工參數。三軸攪拌樁弱加固施工參數如下：下沉速度1 m/min，提升速度2 m/min，攪拌轉速16 r/min，噴漿壓力1.0 MPa，漿液流量280 L/min（雙泵），水灰比1.5，水泥摻量8%。雙重管高壓旋噴樁施工參數如下：提升速度0.40 m/min，壓縮空氣壓力0.7 MPa，攪拌轉速14 r/min，噴漿壓力20 MPa，噴漿量32 L/min，水灰比1.2，水泥摻入量8%。

3.3 基坑降排水

淤泥質土層低滲透系數的特性是降排水最大的不利因素，土體中含有的水分不易流出到管井中，開挖時土體中水分會慢慢流到開挖面最低處，降水效果極差，故基坑降排水采用管井降水加明排的方式，管井降水分為降壓井和疏干井，明排采用挖設排水溝和集水坑，由水泵抽排至地面。

地連墻理論上隔斷了承壓含水層，但實際可能存在滲漏，為規避基底突涌風險，故設置降壓井。結合站位實際水位、需降水深度等參數，根據抗突涌穩定性計算，基坑降壓井按照每1 000 m2設置1口，反循環鉆機成井，井深42 m，直徑800 mm，采用直徑325 mm橋式濾管，濾管外包60目鐵絲網。

疏干井按照每400 m2設置1口，反循環鉆機成井，井深至基底以下4 m，直徑800 mm，采用直徑273 mm圓孔式濾管，濾管外包60目鐵絲網。

考慮淤泥質土層低滲透系數的特性，明排水是重中之重，除做好管井降水、疏干等工作外，必需設置排水明溝和集水坑，將坑內明水集中處理，方可達到預期降排水效果。

3.4 土方開挖及支撐架設

3.4.1 混凝土支撐施工

在混凝土支撐施工過程中，尤其要注意幾個問題：（1）混凝土支撐按照每2根作為一個施工單元最優，施工速度越快越好，盡量縮短基坑變形的真空期，支撐達到設計要求強度后再進行下步工序。（2）混凝土支撐施工時，特別注意支撐底部混凝土墊層的穩定性，若出現土體加固效果不佳，及時攪拌石灰硬化土體，墊層混凝土采用C20混凝土，厚度20 cm。同時，混凝土支撐軸線及線形非常重要，混凝土澆筑前，需嚴格檢查支撐軸線位置及模板垂直度等指標，方可保證混凝土支撐受力效果。（3）混凝土支撐前期強度至關重要，由于基坑開挖的特殊性，應縮短基坑開挖的時間，盡快封底是保證基坑穩定的最好辦法，混凝土支撐一般不可能等到28 d齡期再進行下步工序，一定要保持混凝土前期強度上升足夠快，故必需采用早強配比混凝土，必要時可提高混凝土標號。

3.4.2 鋼支撐施工

鋼支撐施工需注意以下幾個方面：（1）為保證鋼支撐架設的及時性及受力效果，鋼支撐與地連墻連接處一定要在地連墻內埋設3 cm厚鋼板，不建議使用鋼圍檁。（2）組裝鋼支撐規劃需謹慎，鋼支撐接頭不宜多于4個，減少接頭，能夠更好地保證鋼支撐的受力效果。（3）淤泥質土層基坑鋼支撐預加軸力需更大，通過實踐證明，一般軸力加設至1.4倍設計軸力效果最佳。

3.4.3 土方開挖施工

針對淤泥質土層的地質特點，基坑開挖應充分考慮時空效應，開挖應采取分小段、分矮層、減少層與層之間的交叉作業、拉長每層土開挖的平面距離、縮短每段土方的開挖時間等。

基坑土方開挖設備選擇長臂挖機和抓斗機，坑內設置小挖機進行喂土，以減少擾動，不能采用挖機逐個臺階傳送的方式進行開挖。挖運設備每天出土量至少保證800~1 000 m3。

車站土方開挖根據支撐布置形式，約每20 m劃分為一段，每開挖6~8 m后，及時架設支撐，鋼支撐確保12 h內完成架設，混凝土支撐確保2 d內完成施工；豎向共分為7層，每層厚度3.5~4 m，混凝土支撐層開挖至支撐底標高下20 cm，鋼支撐層開挖至支撐以下50 cm；邊坡放坡坡度設置為1∶3；在開挖至基底標高以上300 mm處，采用小挖機配合人工開挖，以盡量減少對基底土的擾動。

土方開挖過程中，西溪濕地站深基坑出現個別混凝土支撐軸力達到15 000 kN、地連墻墻體變形達到55 mm、地表沉降達到45 mm，通過在混凝土支撐上增設鋼支撐、增大混凝土支撐截面面積、加密架設鋼支撐、加密監測等措施，及時控制住了支撐軸力的增加、地墻墻體變形及地表沉降。

4 結語

杭州地鐵機場快線西溪濕地站深基坑施工中，通過圍護結構地連墻槽壁加固、坑內土體加固、降排水方案優化、土方開挖方法及設備選擇和支撐架設合理規劃等措施，有效減少了淤泥質土層地鐵車站基坑變形，降低了安全風險。后續在淤泥質土層地鐵車站深基坑施工中，鋼支撐可采用伺服系統，該系統在控制基坑變形方面更加有效。