寧波地鐵試驗段深基坑施工技術研究

董建忠，林克芳

(浙江省大成建設集團有限公司，浙江杭州 310012)

寧波地鐵試驗段深基坑施工技術研究

董建忠，林克芳

(浙江省大成建設集團有限公司，浙江杭州 310012)

針對寧波地鐵1號線試驗段福慶北路站基坑開挖面積大、圍護類型多、支撐形式多樣、開挖深度深、結構形式復雜等特點，通過對其深基坑施工技術進行研究，并對其基坑在開挖過程中的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行變形分析，總結出可供寧波市其他同類型地鐵車站及深基坑施工借鑒和參考的經(jīng)驗。

深基坑;施工技術;監(jiān)測;地鐵車站

0 引言

在建筑群林立、地下隧道與管線縱橫交錯的復雜城市環(huán)境中，進行軌道交通這樣的大型土木工程的基礎施工，必然會對周圍已有建筑物與市政管線設施產生不良影響，輕則產生建筑物裂縫，重則出現(xiàn)管線破裂、房屋倒塌的現(xiàn)象，造成人力、物力、財力的巨大損失。因此，深基坑工程，特別是在軟土地區(qū)的超深基坑工程已引起了各方面的廣泛重視。

長期以來，深基坑(超深基坑)工程一直是我國建筑工程的熱點問題，深基坑支護設計與施工既是我國各大城市基本建設工程的關鍵問題，又是巖土力學學科中比較復雜和困難的問題。深基坑工程是與眾多因素相關的綜合性技術，是一個系統(tǒng)工程，它是與工程地質水文地質條件、支護結構選型及設計、施工組織、施工開挖及換撐進程、基坑周邊應力場、溫度場等環(huán)境條件，甚至氣候變化因素等眾多條件息息相關，是理論上尚待完善、成熟和發(fā)展的且和實踐緊密結合的綜合技術學科，已經(jīng)成為城市建設中一個亟待攻克的難題。

1 工程概況

寧波軌道交通工程地鐵1號線試驗段——福慶路—寧穿路城市道路工程(二期)地下工程位于寧波市東部新城，距寧波市中心約10 km。場地北側為建設中的寧波市行政中心綜合樓，南側為寧穿路，東側為在建的福慶路，西側為建設中的河清路。工程造價約3億元，建筑面積約5.5萬m2。本工程是寧波市快速軌道交通建設發(fā)展的起點，也為以后寧波市快速軌道交通設計施工積累經(jīng)驗，其順利建成和安全運行將進一步加速寧波市快速軌道交通的發(fā)展，緩解寧波市的交通壓力。

擬建工程主體結構分成4部分(參見圖1):(1)寧穿路下穿隧道;(2)軌道交通福慶北路站及行政中心廣場地下車庫;(3)區(qū)域地下停車場聯(lián)絡通道; (4)寧穿路下穿段U形槽。

圖1 工程平面示意圖

2 工程地質及水文地質情況

2.1 工程地質

根據(jù)土層的沉積年代，沉積環(huán)境，巖性特征及物理力學性質，同時結合工程鉆探，將勘察深度范圍內的地基土劃分為9個層次及分屬于各層次的亞層，涉及到本基坑的土層主要如表1所示。

表1 地層的物理力學指標

2.2 水文地質

場地地下水主要為第四系松散巖類孔隙潛水和孔隙承壓水。場地淺層地下屬孔隙性潛水，主要賦存于場區(qū)表部填土和粘土、淤泥質土層中，主要接受大氣降水豎向入滲補給和地下水的側向入滲補給，多以蒸發(fā)方式排泄?？辈炱陂g側潛水位埋深一般為0.2～1.2 m，標高0.91～1.74 m。

根據(jù)本區(qū)鉆探資料及附近水文地質資料，場地埋藏分布有3層孔隙承壓含水層，主要為淺部③層微承壓水，深部承壓水層劃分為第Ⅰ含水層組(Q3)和第Ⅱ含水層組(Q2)。

淺層微承壓水主要賦存于③層含粘性土粉砂或粉砂層中，含水層厚為2～3 m，局部夾較多粘性土薄層，透水性一般，水量相對較小，水位埋深在0.5～1.0 m，標高在0.25～0.75 m。

第Ⅰ層孔隙承壓水賦存于⑧層粉砂、細砂土中，透水性好，含水層頂板埋深一般為58.0～61.0 m，含水層厚度5～10 m，層位穩(wěn)定，水位埋深1.0～1.6 m。

第Ⅱ層孔隙承壓水賦存于⑨3層圓礫、卵石層中，透水性較好，水量較大，原始水位略低于第Ⅰ含水層，水位埋深2.5～3.0 m。

3 施工方案及設計

3.1 基坑特點

本工程基坑開挖面積大(車庫部分為253 m× 101 m)，基坑開挖深度深(最深處達20 m)。

工程基坑分為2部分:第一部分為開挖深度較淺的大型地下停車場的車庫基坑，車庫總建筑面積31721 m2，為本工程的主基坑，基坑長253.1 m，寬101.6 m，開挖深度約為10 m;第二部分為局部開挖深度較深的地鐵車站基坑，車站總建筑面積13050 m2，基坑長253.1 m，標準段寬20.7 m，端頭井寬24.2 m，開挖深度約20 m。

3.2 圍護結構方案的選擇

3.2.1 車庫圍護方案的選擇

車庫為地下室2層，基坑最大開挖長度為253.1 m，最寬約101.6 m，開挖深度達10 m。局部電梯井為12 m，坑底位于②2層淤泥質粘土內。場地淺部主要由①1層素填土、①2層灰黃色粘土、①3層淤泥質粘土、②1層淤泥、②2層淤泥質粘土組成。基坑坑底標高為－6.90 m，下部距③層灰色含粘性土粉砂層4.0～5.5 m。表層填土結構松散，富水性和透水性較好，且場地東西側均有小河，若止水不當易產生滲漏和地表河水流入基坑導致基坑失穩(wěn);淺部分布的灰黃色粘土，強度略高，土層滲透性較差;而下部的灰色淤泥、淤泥質粘土等含水量大，滲透性弱，抗剪強度很低，土層開挖后穩(wěn)定性差。由地質情況及場地環(huán)境條件可見，基坑采用放坡開挖顯然是不行的，必須采取支護措施。根據(jù)本工程特點及場地工程地質條件與周圍環(huán)境，結合寧波市區(qū)基坑工程施工經(jīng)驗，該部分基坑圍護設計方案采用鉆孔灌注樁加內支撐體系，該支護體系是寧波市應用較廣泛的一種支護形式。

車庫基坑采用鉆孔灌注樁+高壓旋噴樁止水帷幕作為圍護結構，設1道臨時鋼筋混凝土支撐，車庫南側鉆孔灌注樁徑1000 mm，其它區(qū)域鉆孔灌注樁徑900 mm。在鉆孔灌注樁外側密貼高壓旋噴樁嵌縫，作為隔水和防止樁間土涌入基坑，高壓旋噴樁樁徑600 mm，密排時樁間搭接150 mm，樁長19 m，進入④1層含砂粉質粘土層。

3.2.2 車站圍護方案的選擇

擬建車站為3層地下工程，位于車庫基坑內，形成坑中坑，車站長度為253.1 m，寬約20.7 m，采用明挖法施工，開挖深度達17 m，兩端盾構井長24.2 m，開挖深度達20 m。場地淺部主要由①1層素填土、①2層灰黃色粘土、①3層淤泥質粘土、②1層淤泥、②2層淤泥質粘土、③層灰色含粘性土粉砂或粉質粘土夾粉砂及④層含砂粉質粘土、粉質粘土、粘土組成。車站基坑底標高為－15.5 m，兩端盾構井底標高為－17.50 m，基坑底位于③層灰色含粘性土粉砂或④1層含砂粉質粘土內，坑底土質差。淺部分布的灰黃色粘土，強度略高，土層滲透性較差。下部的灰色淤泥、淤泥質粘土等含水量大，滲透性弱，抗剪強度很低，土層開挖后穩(wěn)定性差。

根據(jù)本工程特點及場地工程地質條件與周圍環(huán)境，結合寧波市區(qū)基坑工程施工經(jīng)驗，該部分基坑圍護設計方案采用地下連續(xù)墻支護方式，地下連續(xù)墻安全性好，止水效果顯著，并可以減少內支撐體數(shù)量。

車站基坑采用地下連續(xù)墻作為圍護結構，內支撐采用1道鋼筋混凝土支撐和2道鋼支撐，鋼支撐采用609 mm、t=16 mm鋼管，內支撐在豎向設3道支撐和1道換撐。標準段地下連續(xù)墻高約為19.0 m，墻厚600 mm，入土深度約9.6 m，入土比為1.0。端頭井地下連續(xù)墻高約 25.6 m，墻厚800 mm，入土深度約14.0 m，入土比為1.20。

基坑圍護體系如圖2所示。

圖2 基坑圍護體系示意圖

3.3 地鐵車站內加固形式

3.3.1 地下墻與圍護樁間加固

車庫基坑南側圍護結構與車站基坑南側圍護結構相距6～8 m，高差9.5 m，為平衡兩側之間的土壓力，將兩基坑間的土體加固，本工程采用格柵式高壓旋噴樁加固，加固深度為－6.7 m以下5 m，以增加該側一級支護的被動土壓力。

3.3.2 地下墻北側加固

為便于車站土方運輸車輛的行走，防止土方車輛在運輸過程中對地下墻的擠土影響，在地下墻北側即車庫與車站相鄰側采用高壓旋噴樁進行地基加固，加固形式為600@1000，加固寬度為10 m。樁長為－6.5 m計加深6 m。

3.3.3 端頭井加固

(1)由于區(qū)間盾構機進出車站的需要，在車站盾構端頭墻外應按要求采用高壓旋噴樁+三軸攪拌樁加固土體，加固深度為－0.5 m以下20 m。

(2)車站圍護端頭井角部進行高壓旋噴樁加固，從－6.5 m計加固深度14.5 m。

3.3.4 車站內抽條加固

由于車站基坑底位于③層灰色含粘性土粉砂或④1層含砂粉質粘土內，坑底土質差，土層開挖后穩(wěn)定性差。因此在車站坑底至坑底下3 m范圍內土體進行加固，加固區(qū)水泥含量20%，－0.5 m到加固區(qū)頂水泥含量7%，－0.5 m以上不摻水泥。采用雙軸水泥攪拌樁，700 mm@550 mm×550 mm。

各部位加固示意圖如圖3所示。

3.4 合理化建議及優(yōu)化

(1)由于本基坑開挖面積大，且深度深，受力不規(guī)則，為保證基坑開挖的安全，將車庫混凝土冠梁尺寸由800 mm×1200 mm變更為1600 mm×1000 mm。

(2)為增加基坑支護體系的整體穩(wěn)定性，車站第一道鋼支撐變更為混凝土支撐。第二、三道鋼支撐由800 mm(t=14 mm)變更為609 mm(t=16 mm)。

(3)南側由原先的土錨桿加固變更為格柵式高壓旋噴樁加固，且基坑南側50 m范圍內房屋拆遷完成。

(4)由于地下墻北側土方運輸車輛的需要，增加了高壓旋噴樁加固。

圖3 車站基坑土體加固平面圖

(5)由于車站基坑開挖深度深，且在淤泥質土層中施工，為增加土體開挖強度，增加車站內雙軸攪拌樁抽條加固。

4 基坑施工保障性措施

根據(jù)現(xiàn)有地質資料，場地的承壓水水頭不會造成基坑底板突涌，本基坑不考慮承壓水突涌的可能性。為確?；禹樌_挖，需降低基坑開挖深度范圍內的土體含水量，車庫底板坐落在②1層淤泥上。本場區(qū)上部粘性土層滲透性差、水量小，一般不需采用井點降水。故本工程在車站內布置若干深井來疏干賦存于場區(qū)粉砂土層中的潛水。

根據(jù)寧波地區(qū)降水施工經(jīng)驗，單井有效降水面積為150～250 m2。根據(jù)本工程開挖深度區(qū)域特點，結合基坑總涌水量計算，在開挖深度范圍內，取約220 m2口，且相鄰兩口井之間距離在12～17 m之間，一般可滿足疏干性降水要求。

按照上述原則，采用下式計算確定:

式中:n——井數(shù)，口;A——基坑面積，m2;a——單井有效降水面積，m2。

按上式計算，開挖區(qū)域的布井數(shù)量如下:車站基坑開挖面積約5487 m2，n=5487/220=25口，根據(jù)此區(qū)域形狀，在端頭適當加密的情況下，共布設潛水疏干井30口。根據(jù)開挖深度確定標準段井深22.0 m，端頭井井深為25.0 m。

5 深基坑土方施工

5.1 基坑開挖總體思路

為保證基坑安全、施工進度，根據(jù)本工程基坑特點，將基坑土方開挖分為3大層進行:

第一層開挖2.5～－1.5 m車庫基坑的土方，同時施工第一道混凝土支撐;

第二層開挖－1.5～－6.9 m車庫基坑的土方，同時施工車庫墊層及地下墻壓頂梁;

第三層開挖車站層的土方，同時進行混凝土支撐制作及鋼支撐的安裝。

5.2 各層土方開挖概況

5.2.1 第一層土方開挖(圖4)

以1∶2.5的坡度進行開挖，開挖總體施工順序采用沿基坑東西向向中間同時開挖。先完成四個角撐部位土方的開挖，進行四個角撐的施工，其次開挖中間對撐部分土方，并施工中間的兩道對撐，最后開挖剩余中心島狀土方。

圖4 第一層土方開挖示意圖

5.2.2 第二層土方開挖(圖5)

圖5 第二層土方開挖示意圖

以1∶3的坡度進行開挖，開挖從南側開始按照施工區(qū)域依次進行。按照主體結構后澆帶位置設置，第二層土方開挖劃分為21塊區(qū)域，第一區(qū)塊施工結束后，一般在2天內作好全部墊層的施工，同時要求主體施工單位在墊層施工完的14天內完成這個區(qū)域的底板施工，以保證基坑的穩(wěn)定。

5.2.3 第三層土方開挖(圖6)

第三層土方即為地鐵車站部分的土方開挖，按照1∶3.5的坡度進行開挖。土方施工時2臺挖機自西向東進行土方開挖，2臺自東向西進行土方開挖，基坑內每個工作面采用一臺小型挖掘機配合喂土。整個車站總長253 m，按照25 m左右為一個區(qū)塊，共分為10個區(qū)塊，東西二端同時施工。

圖6 第三層土方(車站土方)開挖示意圖

5.2.3.1 端頭井處開挖(圖7)

首先從中間三角區(qū)開始，開挖至對應分層支撐底面標高以下0.5 m，然后利用小型挖掘機進入斜支撐區(qū)域自內而外倒退式開挖基坑轉角部位土方。完成一側轉角部位土方開挖并架設斜支撐、加設預應力完畢后，再按照同樣的程序進行另一側轉角部位土方開挖，隨后進入標準段土方開挖。

圖7 端頭井處開挖示意圖

5.2.3.2 標準段開挖(圖8)

圖8 標準段開挖示意圖

每段先抽條開挖中間部分，再開挖兩側靠近地下墻的土方，由于地下墻坑外兩側土體壓力不平衡，南側土體壓力大，因此，兩側土體開挖時先挖北側，后挖南側，南側開挖完成后立即進行鋼支撐安裝，盡量減少南側地下墻無撐的時間。

6 基坑施工過程中的監(jiān)測及變形分析

(1)本工程基坑深層土體水平位移基本朝向基坑內側，呈凸鼓形，局部段出現(xiàn)了踢腳。由于基坑南北側土壓力的不平衡，并受車站基坑開挖及基坑長邊效應的影響，車庫的南部圍護結構的中間部位位移最大，基坑東部圍護結構的中間部位位移最小。各測斜孔的最大位移與開挖深度的比值的平均值為0.32%H，接近于0.3%變形控制標準。北側測孔位移與深度比值小于規(guī)范0.3%的標準，南側則均超過了規(guī)范標準。車庫部位最大側移與開挖深度的比值分別是0.24%H和0.26%H，平均值為0.25%H，滿足控制標準要求。最大水平位移位于開挖面附近，介于H－2 m～H+2 m范圍之內。

(2)由于基坑土壓力的不對稱，車庫圍護結構的變形引起土體的變形，從而對車站的圍護結構的變形也產生一定的影響。車站標準段圍護結構的變形比端頭井的變形小，并且靠近車庫圍護結構的測點變形大于遠離車庫圍護結構的測點的變形，南側結構的變形超過0.3%的標準，而北側滿足規(guī)范標準。與車站圍護結構變形的規(guī)律一致，車站標準段中部位置土體的變形小于端頭井位置土體的變形，且東端頭井土體位移超過規(guī)范0.3%標準。由于監(jiān)測孔數(shù)量較少，結論只能作為參考。

(3)第一道混凝土支撐軸力測點Zh1～Zh6中，在車庫基坑中部斷面以東測點的軸力總體上要較西側Zh1、Zh2和Zh3各點的軸力大，這與基坑東側樁、土水平位移較西側大的結論相一致。車站基坑開挖期間，Zh11測點的軸力最大，Zh18測點軸力最小。因此，設計時需要考慮對基坑跨中混凝土支撐進行加強。

(4)基坑中間部位的沉降值較大，而端頭井部位的沉降最小，說明基坑中間沉降大于兩邊端頭井的沉降，此外西側端頭井的沉降比東側端頭井小。由于本次監(jiān)測只對靠近基坑側的沉降監(jiān)測點進行了監(jiān)測，從而無法給出較為完整的沉降“漏斗”曲線。

7 總結

(1)本基坑工程的深度在寧波地區(qū)極為少見，且本基坑為非標準地鐵車站基坑，為民用基坑和地鐵基坑的組合形式，主要有鉆孔灌注樁、地下連續(xù)墻做圍護、坑內土層加固后挖土、支撐及結構混凝土等工程的組合，是一項復雜而帶風險的綜合性地下工程。挖土是個卸載過程，是對地層的破壞和擾動，破壞了土體結構的原平衡狀態(tài)，引起了土體內應力場的變化，它的后果是使基坑內的土體向開挖方向滑動，產生了坑底土體的回彈和圍護擋土結構的內移。因此，挖土和支撐是決定基坑工程施工成敗的關鍵所在，是深基坑工程施工風險的主要階段。

(2)根據(jù)基坑的設計方案，本基坑的基底土主要由含水量高、強度低、彈性模量小、壓縮性高的②、④層軟弱粘性土組成，基坑開挖后土體回彈量相對較大，因土體卸荷會造成坑底土的回彈。除適當加快基礎結構施工時間，施加坑底土上部荷載外，考慮對坑底進行了加固處理，以增加坑底一定深度范圍內的土體的抗剪強度。在寧波地質條件下，深基坑工程采用高壓旋噴樁、三軸攪拌樁與雙軸攪拌樁加固可以有效保證基坑的施工安全，控制基坑的變形，值得借鑒和推廣。

(3)由于車庫基坑南北兩側土體不均，存在南北土壓力不平衡的問題，在基坑開挖時應密切注意?；油谕磷龅椒謱泳鶆蜷_挖，不能一挖到底，防止土體側向位移造成工程樁傾斜偏位甚至斷裂。在基坑開挖過程中，必須注意基坑周圍的堆土高度和加強現(xiàn)場觀測工作，以防止因基坑開挖、堆土和降水等，而造成支護結構失穩(wěn)和對鄰近建(構)筑產生破壞，做到信息化施工。做好基坑的監(jiān)測工作，分析實測數(shù)據(jù)，及時調整開挖及支護參數(shù)，優(yōu)化施工組織設計，以信息反饋指導施工實踐。這種動態(tài)的施工方法是超深基坑工程快速安全施工的基礎和保證。

(4)本工程基坑的支護結構水平位移的變化具有明顯的時空效應，由于本基坑在開挖前制定了詳細的施工方案，基坑開挖中采用分層、分段、限時完成每小段的開挖和支撐工作，且每小段開挖及支撐的工作在規(guī)定的時間內完成，故本基坑的變形控制較好。

(5)本車站基坑長條形有明顯的空間效應，由監(jiān)測數(shù)據(jù)分析得知，在長邊中部水平位移最大，靠近端頭井附近由于端頭井處縱向地下連續(xù)墻的約束作用墻體水平位移逐漸減小。本基坑地下墻與圍護樁間、地下墻北側、端頭井均進行了加固，使得端頭井處樁、墻和土體的變形較小，較好地控制了基坑的變形。

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Study on Deep Foundation Pit Construction Technology in the Trial Section of Ningbo Metro

DONG Jian-zhong， LIN Ke-fang(Zhejiang Dacheng Construction Group Co.Ltd.，Hangzhou Zhejiang 310012，China)

Regarding to the features of large scale excavation，various types of enclosure protection and supporting，deep excavation and complicated structure in Fuqingbeilu station of the trial section of Ningbo metro，and by the study on the construction technology used，deformation analysis was made based on the monitoring data in the excavation process，the experience was summed up for the same type of project.

deep foundation pit;construction technology;monitoring;metro station

TU473.2

A

1672－7428(2012)03－0059－06

2011－08－28;

2011－12－27

董建忠(1980－)，男(漢族)，浙江臺州人，浙江省大成建設集團有限公司工程師，土木建筑專業(yè)，從事地基基礎工程工作，浙江省杭州市文三路20號建工大廈副樓4樓基礎公司，iloyal@tom.com。