鄭州軌道交通1號線一期工程基坑圍護(hù)方案探討

皮景坤 任 磊 趙運臣

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及農(nóng)村人口不斷向城市的涌進(jìn)和私家汽車的增多,城市交通正變得日益擁擠,全國各地大、中城市都在發(fā)展地下軌道交通。軌道交通工程深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定是能否順利開挖的關(guān)鍵因素之一。鄭州市軌道交通工程如何本著國家發(fā)改委批復(fù)的“安全、經(jīng)濟(jì)、可行”的原則進(jìn)行基坑的支護(hù)設(shè)計,是各參建單位急需解決的問題之一。

1 工程概況及水文地質(zhì)條件

鄭州市軌道交通1號線一期工程全長26.2 km,全線設(shè)車站20座,全部為地下線。全線跨越了2個地貌單元,大致以京廣線為分界,呈西高東低。西段自工程起點至鄭州火車站范圍屬山前沖洪積緩傾平原,地形略有起伏,地面標(biāo)高100 m～122 m;東段自鄭州火車站至工程終點屬黃淮沖洪積平原,地形平坦開闊,地面標(biāo)高83 m～100 m。全線的工程水文地質(zhì)條件受地形地貌控制,各段的地質(zhì)及水文特點如下：1)山前沖洪積緩傾平原地質(zhì)及水文特點：地表分布種植土或人工填土,以下為粉土、粉細(xì)砂(中密～密實)、中砂(密實)、粉質(zhì)黏土(硬塑～堅硬)等,壓縮性中等～低,承載力較高,場地土類型屬中硬土,場地類別屬于Ⅱ類。地下水埋藏較深,實測穩(wěn)定水位為地面下18 m～32 m,屬上部潛水。2)黃淮沖積平原地質(zhì)特點：地表分布種植土或人工填土,以下為粉土、粉細(xì)砂、中砂、粉質(zhì)黏土(硬塑),上部土層具承載力低、壓縮性高的特點。場地土類型屬中軟土,場地類別屬于Ⅲ類。地下水類型主要為砂、砂礫石含水層的孔隙水,大部分地下水埋藏較淺,屬上部潛水,實測穩(wěn)定水位2.0 m～8.5 m,局部范圍分布有弱承壓水。

2 基坑圍護(hù)形式比較

基坑工程是個風(fēng)險相對較大的系統(tǒng)工程,具有工程量大、技術(shù)難度高、不可遇見因素多等特點,且地下車站主體基坑工程一般在16 m以上,在換乘站處基坑深達(dá)24 m左右,且都是在城市中進(jìn)行開挖,周邊環(huán)境對基坑要求較高。從工程水文地質(zhì)條件可見,鄭州市軌道交通1號線一期工程沿線地質(zhì)變化較大,因此可采用的圍護(hù)方案也是多樣的,可選擇圍護(hù)方案的形式見表1。

表1 基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式

3 鄭州市軌道交通1號線一期工程基坑圍護(hù)方案的選擇

鄭州市軌道交通1號線一期工程自西向東設(shè)凱旋路站、西三環(huán)站、秦嶺路站、桐柏路站、碧沙崗站、鄭州大學(xué)站、中原東路站、鄭州火車站站、二七廣場站、市體育館站、紫荊山站、東明路站、民航路站、會展中心站、黃河?xùn)|路站、農(nóng)業(yè)東路站、七里河站、新鄭州站站、博學(xué)路站、體育中心站共20個站,具體圍護(hù)方案見表2。

3.1 基坑圍護(hù)方案

1)凱旋路站—鄭州火車站站：線路穿越建成區(qū),建筑物密集、交通繁忙。站位均位于道路下方,基坑周邊管線密布。秦嶺路站、桐柏路站、中原東路站位于道路十字路口需局部蓋挖,其余全部為明挖法施工。地層主要以粉土和粉質(zhì)黏土為主,地下水位在15 m～25 m,除鄭州火車站站為三層島式車站外,其余均為雙層島式車站,基坑深約16 m～24 m,標(biāo)準(zhǔn)段寬 18.5 m,車站底板主要位于粉土層?；觽?cè)壁安全等級、基坑變形控制等級均按一級考慮,為保證周圍建筑物和交通安全,采用混凝土灌注排樁作為基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu),并需采取一定的降水或樁間止水措施。

2)二七廣場—紫荊山站、東明路站—七里河站：線路穿越建成區(qū),建筑物密集、交通繁忙,多次穿越文物保護(hù)范圍,站位均位于道路下方或者綠地內(nèi),基坑周邊、建(構(gòu))筑物管線密布。二七廣場站位于商業(yè)鬧市區(qū)需局部蓋挖,東明路站、民航路站位于交通繁忙或邊界條件限制地段,采用蓋挖法施工,其余全部為明挖法施工。地層主要以粉土和粉質(zhì)黏土為主,地下水位在15 m～25 m,除紫荊山站為三層島式車站外,其余均為雙層島式車站,基坑深約16 m～24 m,標(biāo)準(zhǔn)段寬18.5 m,車站底板主要位于粉土層?；觽?cè)壁安全等級、基坑變形控制等級均按一級考慮,為保證周圍建筑物和交通安全,采用鉆孔灌注樁作為基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu),為減小降水對周邊環(huán)境的不利影響,采取坑內(nèi)降水、坑壁止水的措施,圍護(hù)樁外側(cè)設(shè)三軸攪拌樁止水帷幕。

3)紫荊山站：紫荊山站位于紫荊山公園內(nèi)與2號線十字島島換乘,周邊有商城遺址、金水河、紫荊山立交、黃河博物館等重要文物或建(構(gòu))筑物,三層島式車站。地層主要以粉土和粉砂層為主,地下水位在4 m,基坑深約24 m,標(biāo)準(zhǔn)段寬 25.9 m,車站底板主要位于粉砂層。基坑側(cè)壁安全等級、基坑變形控制等級均按一級考慮,為保證周圍建筑物,采用地下連續(xù)墻作為基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)。

4)新鄭州站站—體育中心站：新鄭州站站、博學(xué)路站、體育中心站位于規(guī)劃建設(shè)用地,周圍地勢開闊平坦,無房屋和管線,地層主要為粉土和砂層,地下水位較高。車站采用地下二層島式車站,基坑深16 m～18 m,基坑底位于砂層,側(cè)壁安全等級、基坑變形控制等級均按一級考慮,車站周邊條件較好,具備放坡條件。地下水位以上采用放坡開挖,采取一定的降水措施。

表2 各站點采用的圍護(hù)方案

3.2 支撐系統(tǒng)

由于軌道交通基坑多為長條形,周邊建筑物、管線密布,與錨桿(索)支撐相比鋼支撐具有不占用基坑外地下空間、可重復(fù)利用、造價省、對控制基坑變形有利等優(yōu)點,所以1號線一期工程基坑優(yōu)先采用鋼管內(nèi)支撐作為支撐系統(tǒng)。但是在周邊環(huán)境要求較高的西三環(huán)站、鄭州大學(xué)站、鄭州火車站站、市體育館站、東明路站、民航路站第一道采用混凝土支撐,二七廣場站、紫荊山站采用三道混凝土支撐。

4 結(jié)語

基坑工程圍護(hù)結(jié)構(gòu)的多樣化解決了在軌道交通施工中施工多樣性和復(fù)雜性。選用何種類型圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工,根據(jù)其場地的具體情況、地質(zhì)條件、經(jīng)濟(jì)合理和施工工期等因素確定。鄭州市軌道交通1號線一期工程的基坑根據(jù)鄭州市工程水文地質(zhì)條件以及周邊環(huán)境的要求采用了各自相適應(yīng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式,引進(jìn)了一些新的圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式。目前基坑開挖比較順利,可為后續(xù)軌道交通、城市建筑、市政建設(shè)的基坑設(shè)計施工提供參考和借鑒。

[1] 李超志.西安地鐵明挖車站基坑工程的支護(hù)形式選擇[J].中國市政工程,2009,139(2)：56-57.

[2] 中鐵第四勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司.鄭州市軌道交通1號線一期工程總體設(shè)計[R].2009.

[3] 李自明.長沙市某基坑支護(hù)加固案例分析[J].山西建筑,2008,34(4)：141-142.