軌道交通平行換乘車站基坑開挖圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形案例分析

王少卿WANG Shao-qing；許立XU Li；杜麗輝DU Li-hui

（蘇交科集團(tuán)股份有限公司，南京 211100）

0 引言

近年來，中國城市軌道交通建設(shè)發(fā)展迅速，其車站一般位于城市繁華地段，車站附近的建筑物、管線密集，交通繁忙，除去少數(shù)逆作法車站以外，絕大部分軌道交通車站采用明挖法施工。軌道交通深基坑開挖過程是基坑開挖面及擋墻面水平方向的卸荷過程，由于卸荷作用引起坑底產(chǎn)生隆起變形，圍護(hù)結(jié)構(gòu)在迎土面和背土面兩邊壓力差作用下產(chǎn)生水平方向的變形，隨著圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形支撐系統(tǒng)所受壓力增大，當(dāng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)剛度不足或入土深度不夠，或者支撐系統(tǒng)剛度不足或穩(wěn)定性不強(qiáng)時(shí)，會造成支護(hù)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，這給基坑變形控制方法帶來了一定的困難。

為此，許多學(xué)者針對深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力、變形以及地表沉降規(guī)律等問題進(jìn)行深入研究，成果十分豐富。Peck[1]對軟土深基坑開挖引起的地表沉降進(jìn)行了詳細(xì)研究，給出坑外土體沉降的估算公式。孫長軍等[2]研究了北京地鐵車站地連墻支護(hù)結(jié)構(gòu)受力變形特性。鄭剛等[3]通過天津某深基坑案例對非對稱基坑分布降水開挖引起的圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形性狀進(jìn)行了分析。吳小將等[4]通過上海地鐵車站深基坑案例，對深基坑地下連續(xù)墻彎矩估算方法進(jìn)行了研究。廖少明等[5]通過蘇州廣播電視總臺現(xiàn)代傳媒廣場大尺度深基坑的分析，對蘇州地區(qū)大尺度深基坑變形性狀進(jìn)行了實(shí)測分析。丁智等[6]通過對浙江地區(qū)37 個(gè)基坑實(shí)例的研究，對浙江地區(qū)軟弱土深基坑變形特點(diǎn)進(jìn)行了預(yù)測分析，并得出了一些有價(jià)值的結(jié)論。

在城市軌道交通工程換乘設(shè)計(jì)中，多采用交叉換乘，較少采用平行換乘。蓋因平行換乘需要超寬車站，而超寬車站又會造成征地面積增加，從而給交通疏解帶來很大的困難。超寬車站深基坑施工，又因其寬度大，與標(biāo)準(zhǔn)車站相比在施工流水段劃分和土方開挖順序上帶來了一些不盡相同的地方，處理不好這些不同之處，往往會給支護(hù)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定帶來一定的風(fēng)險(xiǎn)。

1 工程概況

1.1 設(shè)計(jì)概況

某市軌道交通2 號線A 車站為雙島四線平行換乘車站，地下3 層站。車站主體基坑長221m，標(biāo)準(zhǔn)段寬46m，盾構(gòu)井開挖最大深度約17m，標(biāo)準(zhǔn)段開挖最大深度約16m。基坑采用800m 厚地下連續(xù)墻+3 道內(nèi)支撐體系，第一道支撐為鋼筋混凝土支撐，間距8~9m；第二道除盾構(gòu)井段采用鋼筋混凝土支撐，間距4~6m，其余均為Φ609/800 鋼支撐，壁厚t=16mm，間距2.5~3.0m。第三道盾構(gòu)井段Φ800 鋼支撐，壁厚t=16mm，間距2.5~3m，其余均為Φ609 鋼支撐，壁厚t=16mm，間距2.5~3.0m。基坑中間設(shè)置兩排臨時(shí)立柱，臨時(shí)立柱樁基礎(chǔ)采用Φ1500mm 的鉆孔灌注樁兼作抗拔樁，臨時(shí)立柱采用4L160×16 鋼格構(gòu)柱。車站采用明挖法施工，兩端接盾構(gòu)區(qū)間。

在土方開挖過程中，基坑小里程盾構(gòu)井部位在4 月20 日~4 月26 日期間出現(xiàn)了地連墻體水平位移監(jiān)測數(shù)據(jù)超控制值情況，本案例主要涉及小里程盾構(gòu)井部位，如圖1 所示。

圖1 A 車站首道支撐平面圖

1.2 地質(zhì)概況

根據(jù)調(diào)查及鉆孔揭露，A 車站小里程盾構(gòu)井地層范圍內(nèi)地質(zhì)情況（見圖2、圖3）如下所示：

圖2 A 車站地層斷面位置圖

圖3 A 車站小里程盾構(gòu)井地層剖面圖

<1-2>素填土（Qs）：主要由黏性土（局部夾少量碎石）等回填而成，偶見植物根系。鉆探揭示層厚0.60~2.70m。

<4-1>淤泥（Q4m）：該層場地范圍內(nèi)廣泛分布，揭露厚度0.80~2.60m，頂板埋深1.80～3.90m，頂板標(biāo)高1.92～0.73m。

<8-1-2>粉質(zhì)黏土（Q3al-pl）：主要由粉、黏粒組成，約含10%~15%的石英砂粒（局部達(dá)到20%)）。揭示層厚1.50~6.40m，頂板埋深0.60～4.50m，頂板標(biāo)高-2.98～1.02m。

<8-1-3>粉質(zhì)黏土（Q3al-pl）：主要由粉、黏粒組成，含10%~15%的石英砂粒。揭露厚度1.80~3.90m，頂板埋深2.80~6.00m，頂板標(biāo)高-4.27~1.53m。

<11-3-2>凝灰熔巖殘積黏性土（Qel）：成分主要由火山碎屑物等風(fēng)化的黏、粉粒及石英組成。揭露厚度3.10~8.90m，頂板埋深3.40~8.90m，頂板標(biāo)高-6.67~1.16m。

<11-3-3>層凝灰熔巖殘積黏性土（Qel）：成分主要由火山碎屑物等風(fēng)化的黏、粉粒及石英組成。揭露厚度5.20~17.40m，頂板埋深6.30~16.50m，頂板標(biāo)高-14.86~-5.04m。

<12-1>全風(fēng)化凝灰熔巖：原巖礦物主要由石英質(zhì)晶屑、巖屑和凝灰基質(zhì)組成。鉆探揭示該層層厚6.50~10.90m，頂板埋深14.00~25.20m，頂板標(biāo)高-23.85~-12.14m。

<12-2>散體狀強(qiáng)風(fēng)化凝灰熔巖（J3nc）：原巖礦物主要由石英質(zhì)晶屑、巖屑和凝灰基質(zhì)組成。鉆探揭示該層層厚3.70~17.40m，頂板埋深20.5~35.50m，頂板標(biāo)高-33.88~18.37m。

2 施工工況與監(jiān)測數(shù)據(jù)

2.1 施工工況

4 月20 日~4 月29 日A 車站小里程盾構(gòu)井段施工工況及現(xiàn)場照片如圖4 所示。

圖4 A 車站小里程盾構(gòu)井段施工工況及現(xiàn)場照片

2.2 基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)

2.2.1 監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)情況

A 車站小里程盾構(gòu)井位置主要監(jiān)測項(xiàng)目為地連墻體水平位移、支撐軸力和地下水位三種，共有地連墻體水平位移監(jiān)測點(diǎn)2 處，支撐軸力監(jiān)測點(diǎn)2 斷面，地下水位監(jiān)測點(diǎn)1 處。各監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)位置如圖5所示。

圖5 各監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)位置

2.2.2 地連墻體水平位監(jiān)測數(shù)據(jù)

位于A 車站小里程盾構(gòu)井位置的兩個(gè)地連墻水平位移監(jiān)測數(shù)據(jù)在4 月23 日發(fā)生突變，突變位置位于10m 上下，位于土方開挖面的下方3m 左右。ZQT9 監(jiān)測點(diǎn)3 天變量約16mm。ZQT10 監(jiān)測點(diǎn)3 天變量約13mm。均超出了3mm/d 的日變量控制值（如圖6）。

圖6 地連墻水平位移監(jiān)測數(shù)據(jù)

2.2.3 支撐軸力監(jiān)測數(shù)據(jù)

位于A 車站小里程盾構(gòu)井位置第二道砼支撐的支撐軸力監(jiān)測數(shù)據(jù)在4 月23 日也發(fā)生了較大增加，而第一道砼支撐變化較第二道砼支撐不明顯（如表1、圖7 所示）。

表1 支撐軸力監(jiān)測數(shù)據(jù)

2.2.4 地下水位監(jiān)測數(shù)據(jù)

位于A 車站小里程盾構(gòu)井位置有地下水位監(jiān)測點(diǎn)1處，地下水位較高，但在本次監(jiān)測數(shù)據(jù)異常期間，未發(fā)生較大變化（如表2）。

表2 地下水位監(jiān)測數(shù)據(jù)

3 數(shù)據(jù)分析

結(jié)合現(xiàn)場施工工況和監(jiān)測數(shù)據(jù)來看，監(jiān)測數(shù)據(jù)的陡增，集中在4 月20 日至4 月23 日范圍內(nèi)，這三天對應(yīng)工況恰好是第二道砼支撐下土方開始開挖階段，三天時(shí)間盾構(gòu)井兩組斜撐下方土方開挖至第三道支撐層面。由于本車站為超寬站，盾構(gòu)井位置寬度達(dá)50m，其寬度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于正常20m 寬度的開挖流水段，在3 天時(shí)間內(nèi)將50m 寬4m 厚的土方開挖完畢，造成了應(yīng)力在短時(shí)間內(nèi)釋放過快，給支護(hù)系統(tǒng)造成了較大壓力，進(jìn)而導(dǎo)致地下連續(xù)墻體變形和支撐軸力監(jiān)測數(shù)據(jù)的超控制值現(xiàn)象。由于施工單位吸取了小里程盾構(gòu)井開挖過程中的經(jīng)驗(yàn)，相對應(yīng)的本站大里程盾構(gòu)井的開挖過程，整個(gè)支護(hù)系統(tǒng)的監(jiān)測數(shù)據(jù)就很穩(wěn)定，不僅僅在土方開挖過程中對其縱向分塊開挖，而且對于盾構(gòu)井外側(cè)的盾構(gòu)始發(fā)加固區(qū)在土方開挖前進(jìn)行了施做，所以大里程盾構(gòu)井支護(hù)系統(tǒng)的變形更小。

4 總結(jié)

在城市軌道交通建設(shè)過程中，車站寬度超50m 的并不多見，而在土方開挖施工組織的過程中，為保證分層分塊開挖，又保證能夠流水作業(yè)，每個(gè)施工流水段的寬度一般為20m 左右。但在車站寬度超出50m 的基坑中，靠近車站盾構(gòu)井的流水段，雖然也是20m 左右寬度，但整體車站寬度50m，就造成了應(yīng)力釋放過快，從而給支護(hù)系統(tǒng)造成了較大壓力，根據(jù)本案例經(jīng)驗(yàn)，類似超寬車站盾構(gòu)井土方開挖可參考以下經(jīng)驗(yàn)：

①土方開挖方案編制應(yīng)細(xì)化，不僅要在基坑縱向分層分塊，還應(yīng)考慮到基坑寬度方向上進(jìn)行分層分塊。

②盾構(gòu)井外如有盾構(gòu)區(qū)間的加固區(qū)，應(yīng)盡量先施做加固區(qū)，再進(jìn)行盾構(gòu)井內(nèi)的土方開挖。