淺談地鐵車站基坑同步開挖施工技術(shù)

董鵬飛

1 工程概況

某地下4層島式車站，車站標(biāo)準(zhǔn)外包長度為285．6 m，標(biāo)準(zhǔn)段寬為21．1 m，一共分為四個基坑，其中最大開挖深度為30．6 m。Z3區(qū)基坑和Z4區(qū)基坑的保護(hù)等級均為一級，Z3區(qū)基坑全長為88．3 m，標(biāo)準(zhǔn)段深度為61 m，端井開挖深度為30．5 m，其他位置開挖深度均在27．5 m左右;Z4區(qū)基坑全長為95．3 m，開挖深度在27．5 m 左右。

工程總平面圖如圖1所示。

圖1 基坑工程施工總平面圖

2 工程周邊環(huán)境

2． 1 地質(zhì)環(huán)境

根據(jù)歷史勘察資料，施工所在地的工程地質(zhì)情況如表1所示。

從表1可以看出，車站建址范圍內(nèi)⑥層土出現(xiàn)缺失。而且據(jù)歷史資料顯示，⑦層水力聯(lián)系較為復(fù)雜。

2． 2 車站周邊建筑環(huán)境

由于地鐵車站位于市中心繁華路段，車站周邊的建筑非常多，如表2所示，更為關(guān)鍵的是，部分與基坑距離較近的建筑是早期倉庫改建而成的，這些建筑的結(jié)構(gòu)性能較差，施工過程中需要格外注意。

表1 工程地質(zhì)情況表 m

表2 車站周邊建筑匯總表

3 基坑開挖

3． 1 基坑開挖方案確定

Z1，Z2區(qū)的基坑開挖過程中，控制基坑變形方面，主要采用分層加固、增加臨時支撐以及合理安排流程等措施;降承壓水對基坑影響方面的控制，主要采用一系列監(jiān)測(如自動化監(jiān)測、土體高精度監(jiān)測)與高精度水位控制等措施來實現(xiàn)。

Z3區(qū)基坑考慮到保護(hù)等級為一級，通過一系列的試驗和完善的理論計算，最后確定了地下墻與井點一體化設(shè)計、加深地下墻的方案。

為了減少承壓水抽水的時間，最大程度地降低對環(huán)境的影響，綜合考慮到總體的工期要求，最終確定Z3，Z4區(qū)基坑同步交替開挖的施工方案。

3． 2 基坑開挖施工

Z3，Z4區(qū)基坑同步交替開挖施工方案的具體施工過程為:首先確定一個基坑的開挖面，然后在Z3，Z4區(qū)之間分別進(jìn)行交替開挖，待混凝土支撐制作工作面開挖完成后，迅速開始制作結(jié)構(gòu)，與此同時，施工單位需要安排兩個施工小組分區(qū)分工對結(jié)構(gòu)制作的進(jìn)程進(jìn)行跟蹤，以確?；娱_挖與結(jié)構(gòu)制作實現(xiàn)流水作業(yè)。在基坑開挖施工前，要對土體和結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理的分塊，而且嚴(yán)格按照方案進(jìn)行施工，保證施工進(jìn)度符合計劃工期的要求，如分段放坡土方的開挖完成時間應(yīng)控制在4 d，相對應(yīng)的，分段結(jié)構(gòu)制作的時間也應(yīng)控制在4 d，從而實現(xiàn)流水施工。此外，考慮到Z3區(qū)基坑端頭井承壓水降深深度較大，所以基坑開挖時，Z3區(qū)基坑端頭井安排在最后，以最大程度地減少承壓水的抽水時間。通過上述施工措施，施工方僅用115 d就完成了Z3，Z4區(qū)兩個框架逆筑基坑的開挖，共開挖約10萬m3土。此外，還實現(xiàn)了中間封頭墻的同步切割。

圖2～圖4分別為Z3，Z4區(qū)井點和土層監(jiān)測點平面布置圖以及開挖流程示意圖。

圖2 Z3區(qū)井點和土層監(jiān)測點平面布置圖

圖3 Z4區(qū)井點和土層監(jiān)測點平面布置圖

圖4 Z3，Z4區(qū)開挖流程示意圖

4 數(shù)據(jù)分析

4． 1 地表沉降數(shù)據(jù)分析

首先從Z4區(qū)南側(cè)的地表沉降進(jìn)行分析:基坑開挖初始，地表沉降變化相對十分平緩，當(dāng)Z4區(qū)開始進(jìn)行承壓水抽排后，地表沉降速度開始加快，而且隨著Z4區(qū)承壓水抽排量的逐漸增大，以及Z3區(qū)也開始進(jìn)行抽水，此時相對之前，地表沉降速度有了明顯的加快，待Z4區(qū)承壓水抽排完成后，此時僅Z3區(qū)在進(jìn)行承壓水抽排，這段時間內(nèi)地表沉降基本上沒有太大的變化。由以上觀察可知，導(dǎo)致地表沉降的主要因素是Z4區(qū)承壓水的抽排，而且具有正相關(guān)性，即隨著抽水量的增大地表沉降速度增快。而Z3區(qū)由于地下墻的加深，對外界環(huán)境影響比較小。在Z3區(qū)端頭井區(qū)域的地表沉降也可以發(fā)現(xiàn)同樣的規(guī)律，也就是說Z3區(qū)端頭井區(qū)域的地表沉降同樣也是主要由Z4區(qū)承壓水抽排造成的。

4． 2 建筑沉降數(shù)據(jù)分析

建筑沉降呈現(xiàn)出與地表沉降相似的規(guī)律，這一規(guī)律可以從位于Z4區(qū)基坑開挖周邊區(qū)域的建筑看出，1號，2號，4號等建筑分布于Z4區(qū)，而3號建筑和臨近高架靠近Z3區(qū)。選擇2號建筑的沉降數(shù)據(jù)進(jìn)行分析:當(dāng)Z4區(qū)開始進(jìn)行承壓水抽排后，建筑沉降速度開始加快，而且隨著Z4區(qū)承壓水抽排量的逐漸增大，以及Z3區(qū)也開始進(jìn)行抽水，建筑沉降速度有了明顯的加快，待Z4區(qū)承壓水抽排完成后，建筑沉降速度趨于穩(wěn)定。1號與4號建筑的沉降基本與2號類似。

此外，沉降隨著離基坑的距離的增大而減小，在離基坑兩倍開挖深度處位置的沉降大小為10．5 mm，由此可知該沉降主要是由于基坑降水造成的。

5 結(jié)語

基坑同步開挖施工，不僅能夠解決由于施工環(huán)境限制導(dǎo)致的主體結(jié)構(gòu)基坑土方開挖難度大的難題，而且可以有效地加快土方開挖、結(jié)構(gòu)施工進(jìn)度，縮短工程的總工期，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。該車站Z3，Z4區(qū)基坑同步交錯開挖存在著基坑開挖和降承壓水兩大施工難點，但通過對該車站的合理籌劃，以及采用框架逆筑、鋼筋混凝土結(jié)合的支撐體系，“化整為零”的分區(qū)策略、分層撐底加固以及臨時鋼支撐等工藝，高質(zhì)按時地完成了基坑開挖的任務(wù)，為我國大中型城市中同類施工環(huán)境的地鐵施工提供了成功的施工經(jīng)驗。

［1］ 胡 浩，張中杰．蓋挖法在地下交通樞紐超大組合深基坑的應(yīng)用［J］．中國市政工程，2010(5):37-38．

［2］ 張中杰，田海波．新型逆筑法在澳門凼仔成都街地下停車場基坑工程的應(yīng)用研究［J］．中國市政工程，2009(10):51-52．

［3］ 王衛(wèi)東，王建華．深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)相結(jié)合的設(shè)計、分析與實例［M］．北京:中國建筑工業(yè)出版社，2007．

［4］ 許晨明．淺談地鐵工程基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工方案比選［J］．山西建筑，2011，37(12):89-90．