地鐵車站深基坑支護及降水施工技術研究

彭 軍

（福建省水文地質工程地質勘察研究院，福建 漳州 363000）

0 引言

進入二十一世紀以來，隨著城市發展和人口規模的擴大，地鐵交通方式的出現，大大緩解了城市地面交通的壓力。但是，深基坑工程地質條件復雜、地下水問題突出、支護難等工程難題也隨之而來［1］。因此，深基坑開挖與支護技術對于地鐵工程質量安全乃至人身和財產安全顯得尤為重要。

近些年來，許多專家針對不同地質條件下深基坑的開挖與支護、降水施工、邊坡穩定性等一系列工程技術問題進行了研究與討論［2-7］。魏綱等［8］利用基坑開挖過程中隧道圍巖的應變及內力變化來表征其影響性，對深基坑開挖過程中的影響因素進行分析并提出了相應的解決辦法。陳江等［9］運用數值模擬技術對軟土區域的深基坑開挖與支護進行建模，通過調整支撐的水平和豎向布置，合理優化了支護方案。曾超峰等［10］對基坑開挖前后進行數據監測，考慮前后降水對施工的影響，開展室內試驗并進行了驗證，結果表明施工時抽降水影響會導致墻體的滲透水壓明顯降低，以至于引起墻體所受側向壓力重分布。陳紹清等［11］在建立深基坑層次結構模型的基礎上，采用與層次分析法相結合的方法對深基坑的致災因素進行定量和定性分析。本研究以武漢市某車站深基坑開挖建設工程為研究對象，對其深基坑開挖中面臨的重點、難點問題進行了分析，討論了存在的問題與解決措施，研究結果對于同類型深基坑的支護與降水施工建設具有借鑒意義。

1 工程概況

為滿足城市地鐵交通運輸需求，武漢某車站建于交通分布密集區段。車站設計總長度為331.201 m，為方便行人通行設計為地下兩層結構的單柱島式站臺，站臺的設計長度為140 m，站臺寬度為12 m。基坑周邊建筑環境情況如圖1 所示。車站主體起點里程右DK25+908.900，終點里程右DK26+240.101；有效站臺起點里程右DK25+994.000，有效站臺終點里程右DK26+134.000，有效站臺中心里程為右DK26+064.000。

圖1 基坑周邊建筑環境

車站結構由主體結構和附屬結構兩部分組成。主體結構均采用明挖順做法施工，基坑開挖采用臺階法開挖，基坑支護采用地下連墻及內支護體系的方式施工。主體圍護結構采用800 mm 厚地下連續墻支護，水平支撐系統為一道鋼筋混凝土支撐+三道Φ800 壁厚16 mm 鋼管支撐+一道Φ800 壁厚16 mm鋼管換撐。圍護結構與主體結構之間形成復合墻結構，施工期間采取基坑內降水。

1.1 工程地質

車站基坑開挖處位于沖積平原區，地面的標高區間為21.7～22.0 m，地勢相對平緩。根據前期的地質勘察報告，結合以往區域地質資料分析可知，場地區內的土層除上層分布為人工填土外，被第四系全新統沖積層覆蓋，主要為粉質黏土、和粉砂，且分布比較均勻。而其下基巖則以白堊紀—古近紀礫巖為主，主要揭露不同程度膠結的礫巖。

1.2 水文地質

根據現場勘察和水文地質圖分析結果，可將施工區域內的地下水分為上層滯水和孔隙水兩種類型。上層滯水主要賦存于地表人工填土中，根據前期現場勘察，上層滯水水位高度不同、水量大小不一。水位浮動在勘察期間為2～3 m，水位標高17.63～20.16 m，上層滯水主要來源于大氣降水和地表水補給。第四系沖積層由于存在較多的粉砂、粉土、粉質黏土互層，導致其賦存于較多的孔隙承壓水。含水量受長江水力影響較大，水位標高14.94～16.84 m，承壓水頭在4.4～5.9 m。

2 工程重難點分析

2.1 管線遷移影響施工

車站的主體結構施工縱向管線主要有JS600 鑄鐵給水管、PS1500 排水管、WS500 污水管、RQ300pe燃氣管，和電力電信及信息網絡管線，影響車站施工。

應對措施：總體籌劃，并與規劃紅線相結合；安排專人緊盯各類管線單位，做好管線改移設計及預算；改移避開車站出入口和風亭，減少管線二次遷改，為整個標段施工爭取時間。

2.2 基坑深且地質情況較為復雜

車站端頭井開挖深度約19 m，標準段深度約17 m，施工過程中要組織好基坑開挖工序，保證基坑安全性。該基坑開挖范圍內底部存在3-5 粉砂、粉土、粉質黏土互層，開挖難度大。

應對措施：按時空效應原理組織開挖，加強施工過程中基坑的縱向土坡穩定性控制，加強坑內降水。此外，加強鋼筋混凝土冠梁和角板及鋼支撐穩定性控制，基坑主體開挖示意如圖2所示。

圖2 基坑主體開挖示意

2.3 車站建設工期緊張

因車站預留支線進行了方案變更，工期相對延后，在此工程中，如何組織好各個工段的施工進度極為重要。

應對措施：制定合理的施工計劃，分期接受場地，保證多工序同時進行；加速推進之前的管道遷移工作，強化基坑的加固、建筑物的保護和監控工作；提高早期混凝土結構強度，為下一步施工做準備。

3 深基坑開挖施工要點

基坑開挖使用臺階法，在開挖第一層的時候，每段開挖長度要控制在24 m。在開挖其他各層時，每段施工要控制在6 m 的范圍內，且開挖時要按1∶1～1∶1.5 的坡度放坡施工，一次開挖深度要控制在4 m以內，如圖3所示。

圖3 土方縱向開挖示意

當開挖到距離基坑底部20 cm 時，要組織相關技術人員對基坑進行驗槽，在符合條件的情況下，再人工將殘余的土方清理到基坑底部。結構施工分三次澆筑成型——底板結構澆筑施工、側墻及中樓板結構澆筑施工、側墻及頂板結構澆筑施工，使用滿堂腳手架+鋼模板拼裝作為結構模架。

4 深基坑支護施工要點

4.1 支護結構的設計

確保支撐穩定性是安全施工的要點所在，要以鋼筋混凝土冠梁、角板支撐及鋼支撐為施工關鍵節點。對于鋼筋混凝土冠梁、角板支撐的施工，需要滿足深基坑結構強度要求，在結構施工時可在混凝土中增加混凝土早強劑，以滿足早期強度要求，還可以節約深基坑的開挖時間，也可以減少上下土層之間的挖掘時間，滿足角板和鋼筋混凝土冠梁的支撐強度要求，從而有效減小基坑開挖出現的變形。

對于鋼支撐，要注意鋼支撐活絡端頭偏斜問題?；罱j端頭的設計按照規范要求伸出長度應小于150 mm。如果活絡端頭伸出長度在150～300 mm 范圍內，在端頭兩側必須焊接30 a槽鋼加固桿，且需要在預應力施加完畢后焊接。若活絡端頭的伸出長度大于300 mm，應將中間管加在支撐中間并且重新布設排列方式，以保證支撐軸線與圍護結構和內支撐的接觸面保持垂直，以便充分發揮受力。在中間支點的部位，鋼支撐則采用在臨時格構柱上面焊接三角支架的方式。

4.2 深基坑縱坡穩定性控制

在施工過程中，應采取混凝土和鋼支撐復合支護的施工方法，并采取分層施工，以避免施工過程中放坡過長、過高。為避免雨水的沖擊，應在基坑周圍設置一定的擋水設施，在坡面上鋪上塑料薄膜，以防風擋雨，并在坡面上設置集水溝，配置強力水泵，以保證坡面不被雨水沖刷。另外，還應在坡面布置多個監測點，對坡面進行了動態追蹤和監測。在基坑開挖過程中，應在挖到二道支撐后，再進行放坡開挖，以減小縱坡的高度。

5 降水施工技術要點

前期勘察中發現該場地存在較為豐富的地下水。因此，在基坑周圍設置了觀測井，以便在降雨時，可以隨時觀察到坑外水位的變化。

5.1 降水井施工方法

為了防止地表雨水沖刷基坑，導致塌方，在冠梁上方構建高出地面100 cm 的防淹擋墻，在基坑擋墻外設置30 cm×30 cm 截水溝（縱坡0.3%，截水溝示意如圖4 所示）。為了避免堵塞下水道，在排水溝的沿線，每隔50 m 就會設置一個沉淀池，沉淀池一共有三個小池，每個小池的尺寸為1.5 m（寬）×1.5 m（長）×1.0 m（深），這三個小池分別為進水池、沉淀池、出水池。沉淀池中的沉渣應及時進行清理，避免將泥沙帶入下水道，從而堵塞管道。經過處理的污水從城區的污水井中流出，再經市政網絡排放。

圖4 基坑外截水溝示意（單位：mm）

首先，使用沖擊鉆井技術，對降水井進行施工，可減小對周邊地層的干擾；其次，為了確保降水井的施工質量，在施工過程中要及時洗井，進行防滲處理后使用清水清洗鉆機，并在下放降水井的井管和過濾料后進行清洗。在施工時一次性成孔，且保證降水井直徑≥0.6 m，允許誤差為±2 cm，井管的垂直度＜1%。為防止在基坑施工過程中受到降雨影響，應做好明渠排水的準備工作。在排水過程中，要對泵進行定期檢測，如有異常，要及時調整和修理。在降雨的過程中，要確保電力供應，如果遇到電力中斷，相關機構要在兩小時之內通知施工人員，這樣才能及時采取相應的措施，確保施工的安全。

在下管投礫時，井管使用鋼管。在下置的過程中，在濾管的周圍要纏繞過濾布，使用動水投法來進行投濾處理。通常情況下，按照對稱進行投填，要對投礫過程進行實時監控，投出的計算量與實際量應該保持一致，在填充過程中，要及時將泥漿從外面排出，以避免再次流入井內。

5.2 降水方案

降水井、觀測井兼做備用井，以減少不必要的損耗。鉆孔直徑為600 mm，降水井直徑為273 mm，用鋼管做井管，濾管的外面纏繞鐵絲網和尼龍網，在孔的底部填充石英砂。降水井水泵使用深井泵，按照設計要求，達到最大降水量48 口降水井可以同時打開，才能保證抽排水工作，降水井平面如圖5 所示。排水溝擬通入市政管網的排水口。排水主管坐墩應起到支撐排水主管的作用，沿基坑周邊布置，每隔8 m 布置一座，現場施工時按3‰坡降確定坐墩高度，靠近排水口處高度最低。

圖5 降水井平面監測（單位：m）

此外，在澆注基礎底板前，提前安裝好止水鋼環，以確保地下室不會被承壓水滲透。井下工作完成后，用開挖土砂進行回填處理，對井下的井眼進行封閉，焊接封閉鋼板。

6 結語

該車站所在區域位于沖積平原區，地勢比較平緩，但地下水較為豐富，車站周邊環境相對復雜，給施工造成一定難度。經前期地質勘察，深基坑的支護采用地下連續墻及內支護體系的方式，同時基坑內設48 口降水井。為觀測降水時坑外水位變化情況，在基坑外布置觀測井，兼做減壓井。從工程的安全性和經濟性方面來看，完成了預期目標，本研究對類似區域地質水文條件的深基坑支護與降水施工設計具有參考。