地鐵車(chē)站軟土深基坑施工技術(shù)分析

高 飛 （中鐵十六局集團(tuán)地鐵工程有限公司，北京 101100）

在軌道交通行業(yè)發(fā)展進(jìn)程中，地鐵車(chē)站在周邊商業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的帶動(dòng)作用逐漸凸顯。而車(chē)輛運(yùn)輸與商業(yè)聯(lián)合發(fā)展模式的應(yīng)用，也為地鐵車(chē)站建設(shè)模式創(chuàng)新提供了良好的機(jī)遇。隨著地鐵車(chē)站逐步向更深地下空間發(fā)展，軟土地層對(duì)地鐵車(chē)站也造成了極大的安全威脅。因此，對(duì)地鐵車(chē)站基坑施工過(guò)程中軟土深基坑施工技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行適當(dāng)分析具有非常重要的意義。

1 項(xiàng)目概述

上海地鐵一號(hào)線(xiàn)總長(zhǎng)18.6km，一號(hào)線(xiàn)下具有地下車(chē)站11座。地鐵車(chē)站大多數(shù)設(shè)置在兩旁建筑密集區(qū)域，總長(zhǎng)為235～255m，主要為雙柱三跨箱型結(jié)構(gòu)、單柱雙跨箱型結(jié)構(gòu)、無(wú)柱折線(xiàn)拱頂結(jié)構(gòu)。一般車(chē)站基坑深度在14.5～16.5m之間[1]。本工程施工地層為飽和含水流塑性、軟塑性黏土層，含水量＞42%，靈敏度及抗剪強(qiáng)度較低，具有高度壓縮性及流變性。

2 地鐵車(chē)站軟土深基坑施工技術(shù)應(yīng)用

2.1 地鐵車(chē)站軟土深基坑開(kāi)挖技術(shù)

該地鐵車(chē)站施工項(xiàng)目主要地層為軟土地層。在軟土地基深基坑開(kāi)挖施工階段，地鐵車(chē)站工程技術(shù)人員可依據(jù)時(shí)空效應(yīng)規(guī)律，控制基坑開(kāi)挖支撐施工階段每一分步開(kāi)挖空間幾何尺寸、擋墻開(kāi)挖部分無(wú)支撐暴露時(shí)間在規(guī)定限度以?xún)?nèi)。同時(shí)綜合考慮地鐵車(chē)站基坑規(guī)模、幾何尺寸、基坑地基加固、施工條件、維護(hù)墻體體系等因素，選擇地鐵車(chē)站基坑分層分步、對(duì)稱(chēng)、平衡開(kāi)挖、支撐順序及時(shí)限，保證開(kāi)挖分層層數(shù)、分步開(kāi)挖時(shí)間限制、支撐預(yù)加軸力、每層分部數(shù)量、分步開(kāi)挖完成支撐時(shí)間限制等數(shù)據(jù)符合工程設(shè)計(jì)要求。

在具體地鐵車(chē)站施工方案設(shè)計(jì)階段，地鐵車(chē)站工程技術(shù)人員可結(jié)合車(chē)站端頭井情況，依據(jù)分層分段原則，進(jìn)行開(kāi)挖支撐單元?jiǎng)澐?。并設(shè)置每一開(kāi)挖單元分層長(zhǎng)度在5.8m左右，支撐鋼板數(shù)量在2～7根之間，開(kāi)挖時(shí)間在6.5～7.5h之間，支撐架設(shè)時(shí)間為1.5～2.5h。同時(shí)控制車(chē)站基坑開(kāi)挖縱向總坡度在1/3以下，臺(tái)階小坡在1/1以下[2]。同時(shí)為確定車(chē)站基坑臺(tái)階小坡穩(wěn)定性，工程技術(shù)人員可假定開(kāi)挖土層為均質(zhì)土層，利用穩(wěn)定數(shù)分析的方法，可確定臺(tái)階小坡穩(wěn)定性。穩(wěn)定數(shù)計(jì)算公式為：土的重度×臺(tái)階高度/粘聚力。由于該車(chē)站基坑邊坡處于極限狀態(tài)時(shí)土的重度為17.8kN/m3，粘聚力為11.6kN/m2，臺(tái)階高度為3.8m。則邊坡穩(wěn)定所要求的粘聚力為7.44kN/m2。

考慮到交通條件對(duì)基坑開(kāi)挖作業(yè)的影響，在地鐵車(chē)站基坑開(kāi)挖施工階段，可采用單邊開(kāi)挖的方式進(jìn)行開(kāi)挖施工。具體施工步驟如下。

①在地鐵車(chē)站基坑第一分層第1、2分塊開(kāi)挖階段，由角部向中間開(kāi)挖，分層高度為2.0m，開(kāi)挖方量為250m3，架設(shè)支撐數(shù)量為6根。在第3分塊開(kāi)挖階段依據(jù)從中間三角區(qū)到中間拉槽的方式，進(jìn)行兩個(gè)中間柱挖設(shè)。分層高度為2.0m，開(kāi)挖方量為480m3，架設(shè)支撐為兩個(gè)立柱連系桿。在第4分塊開(kāi)挖階段，需要利用兩臺(tái)普通挖掘機(jī)，分別開(kāi)挖槽兩側(cè)土方，分層高度為2.0m，開(kāi)挖方量為400m3，支撐架設(shè)為3根鋼板。在第5分塊開(kāi)挖時(shí)，施工人員需要由一側(cè)倒退開(kāi)挖，一直挖設(shè)到第三個(gè)立柱樁，并在西北角6根斜支撐架設(shè)完畢后，進(jìn)行連系桿架設(shè)，分層高度為2.0m，開(kāi)挖方量為300m3。

②在第二分層開(kāi)挖階段，施工人員首先需要進(jìn)行中間三角區(qū)開(kāi)挖，分段高度為3.2m，開(kāi)挖方量為450m3，不需進(jìn)行支撐桿架設(shè)；隨后進(jìn)行東南角三角區(qū)、東北角三角區(qū)開(kāi)挖，土方量為580m3，需共架設(shè)5根鋼支撐；在后續(xù)土方開(kāi)挖階段，由于土方寬度較大，開(kāi)挖量較多，可依據(jù)先中間、后兩邊的順序，最大限度降低基坑開(kāi)挖階段圍護(hù)結(jié)構(gòu)形變，同時(shí)在兩立柱連桿間架設(shè)4道長(zhǎng)支撐。最后，利用挖掘機(jī)與地面長(zhǎng)臂挖掘機(jī)配合，沿北側(cè)順?shù)撝畏较蛑鸩较蚰蟼?cè)推進(jìn)。并在西南角位置上下交錯(cuò)設(shè)置6根直鋼鋼板支撐。

③在地鐵車(chē)站基坑第3/4/5分層開(kāi)挖階段，需要依據(jù)前一個(gè)分層開(kāi)挖順序及方法進(jìn)行。需要注意的是，在最后一個(gè)分層開(kāi)挖階段，施工人員需要直接開(kāi)挖到基底，不需支撐桿、連系桿架設(shè)。并在底部，由人工作業(yè)的形式，進(jìn)行清底抄平。同時(shí)為降低基坑變形、隆起風(fēng)險(xiǎn)，施工人員可采用22cm厚C30早強(qiáng)混凝土，進(jìn)行基底封閉措施。

2.2 地鐵車(chē)站軟土深基坑支護(hù)方法

為促使地鐵車(chē)站軟土深基坑支撐結(jié)構(gòu)發(fā)揮最大的效用，施工人員可依據(jù)具體基坑施工內(nèi)容，選擇合理的支撐布置方式?？紤]到施工場(chǎng)地對(duì)鋼支撐節(jié)點(diǎn)構(gòu)造的限制，施工人員可選擇受力直接、節(jié)點(diǎn)簡(jiǎn)單的正交布置模式[3]。而在支撐標(biāo)高設(shè)計(jì)階段，由于地鐵車(chē)站東西側(cè)基坑開(kāi)挖會(huì)形成較大的土壓力差，土壓力差的存在，將會(huì)導(dǎo)致地鐵車(chē)站向西側(cè)發(fā)生位置移動(dòng)。因此，為保證地鐵車(chē)站安全運(yùn)行，地鐵車(chē)站施工人員可選擇基坑與地鐵運(yùn)輸線(xiàn)交界位置，利用基坑圍護(hù)土壓力平衡地鐵車(chē)站主體結(jié)構(gòu)東西側(cè)土壓力差。同時(shí)考慮到支撐模式過(guò)于集中對(duì)地鐵車(chē)站基坑開(kāi)挖工作的影響，施工人員可依據(jù)地鐵車(chē)站地下一層樓板標(biāo)高，進(jìn)行支撐標(biāo)高設(shè)計(jì)。并在支撐梁、地鐵車(chē)站地下連續(xù)墻交界位置，進(jìn)行加勁板的設(shè)置，保證支撐效果。

2.3 地鐵車(chē)站軟土深基坑施工過(guò)程監(jiān)測(cè)

依據(jù)基坑分層開(kāi)挖內(nèi)容，地鐵車(chē)站基坑開(kāi)挖工程技術(shù)人員可在每層、每步開(kāi)挖階段合理設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，并在擋墻內(nèi)設(shè)置測(cè)斜管。同時(shí)在地表及建筑物周邊設(shè)置誤差＜0.20mm的精密水準(zhǔn)儀、支撐軸測(cè)壓傳感器及空隙水壓計(jì)。在施工階段，通過(guò)上述施工方案應(yīng)用，最大限度地降低了基坑開(kāi)挖形變。依據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果得出該地鐵車(chē)站維護(hù)墻體水平位移最大量在26mm，基坑周邊房屋沉降最大值在6.5mm，周邊管線(xiàn)最大沉降為6.5mm，周邊環(huán)境較穩(wěn)定。

3 地鐵車(chē)站軟土深基坑周邊建筑保護(hù)措施

雖然地鐵車(chē)站軟土深基坑施工對(duì)周邊建筑無(wú)明顯影響，但是為了最大程度保障地鐵車(chē)站周邊建筑安全、穩(wěn)定，施工人員可根據(jù)基坑施工內(nèi)容，選擇合理的周邊建筑保護(hù)措施。

3.1 跟蹤注漿保護(hù)

針對(duì)軟土深基坑開(kāi)挖卸載導(dǎo)致的維護(hù)墻體回彈隆起，或者圍護(hù)墻土體變形損失情況，施工人員可在基坑施工各個(gè)階段進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)測(cè)，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)基坑土體回彈或變形情況，及時(shí)采取處理措施。一般基坑注漿維護(hù)需緊貼坑外設(shè)置注漿管，進(jìn)行分層、低壓速注漿，并回填土塊，避免基坑土體損失導(dǎo)致的周邊建筑沉降、位移問(wèn)題[4]。同時(shí)考慮到基坑開(kāi)挖深度較大、圍護(hù)墻體剛度較小的特點(diǎn)，施工人員可利用雙液分層注漿技術(shù)，提高被動(dòng)區(qū)抗變形能力。結(jié)合支撐預(yù)應(yīng)力的施加，可控制地鐵車(chē)站基坑變形。

3.2 降水糾偏保護(hù)

由于施工區(qū)域軟質(zhì)黏土地下水位高于標(biāo)準(zhǔn)值，且?jiàn)A雜有薄層粉砂。因此，在施工階段，施工人員可在施工前期，對(duì)地鐵車(chē)站基坑開(kāi)挖工程地質(zhì)、周邊環(huán)境進(jìn)行深入調(diào)查。確定地鐵車(chē)站施工階段減少地層位移的施工參數(shù)、支護(hù)方式。同時(shí)針對(duì)環(huán)境允許強(qiáng)度，預(yù)先進(jìn)行隔斷或地基加固措施。在這個(gè)基礎(chǔ)上，針對(duì)地鐵車(chē)站基坑施工階段存在的降水沉降風(fēng)險(xiǎn)，施工人員可利用降水糾偏技術(shù)，對(duì)地鐵車(chē)站地下管線(xiàn)及鄰近建筑物區(qū)域內(nèi)地下水位進(jìn)行調(diào)整。即利用真空深井的方式，將降水后土層有效應(yīng)力轉(zhuǎn)移到土骨架上，避免孔隙水壓大量增加導(dǎo)致的地表及建筑物沉降問(wèn)題。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，地鐵車(chē)站深基坑工程施工復(fù)雜程度較高，支撐體系施工難度較大。因此在地鐵車(chē)站軟土深基坑施工過(guò)程中，施工人員可依據(jù)時(shí)空效應(yīng)規(guī)律，結(jié)合分層、分步開(kāi)挖原則，合理設(shè)置各模塊開(kāi)挖厚度及支撐方案。同時(shí)依據(jù)地鐵車(chē)站軟土深基坑施工階段監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，采取適當(dāng)?shù)牡罔F車(chē)站軟土深基坑周邊建筑保護(hù)措施，保證地鐵車(chē)站穩(wěn)定運(yùn)行。