地鐵車站超大超深基坑支護及開挖難題及處理對策

熊 皓

（中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610000）

0 引言

隨著地鐵建設的深入發(fā)展，出現越來越多的超大超深基坑。深基坑的施工存在較大的安全風險和較高的技術難度。施工過程中，技術問題逐漸凸顯，安全事故也屢屢發(fā)生，給工程項目建設的正常推進造成嚴重影響。本文以深圳市前海車站深基坑項目為例，分析了超大超深基坑施工中，基坑支護及基坑開挖施工中存在的技術問題及安全風險，并提出切實可行的解決措施，為類似工程建設提供參考。

1 工程概況

1.1 車站設計概況

前海站為穗莞深城際深圳機場至前海段的第三座車站，位于深圳市前海綜合交通樞紐地塊中，目前車站周邊主要為空地及施工場地。車站北側為已建成桂灣一路，桂灣一路地下為已建成雙界河匝道。南側為已建成桂灣四路，東側為在建超高層建筑T1-T8地塊，其中T2、T4基坑已開挖至基坑底，其余地塊未開挖，各地塊基坑深度約28.2m。前海站為一臺兩線+雙折返線車站，地下四層，站臺有效寬度16m，站臺區(qū)為單柱兩跨，設備區(qū)及折返線區(qū)段為雙柱三跨，車站外包長度717.5m，車站標準段寬度27.7m，折返線區(qū)域寬度31.78～34.35m，基坑開挖深度30.64～36.67m，屬超大超深基坑。標準段頂板覆土約1.5m，折返線區(qū)段頂板覆土約1.1～3.0m。車站設計主體采用明挖法施工，圍護結構采用159幅1.2m寬地下連續(xù)墻，內支撐采用六道鋼筋混凝土支撐。

1.2 地質與水文概況

結合現場地質勘察報告分析，前海站主體場地范圍巖土層劃分為五大層，依次分布如下：第四系全新統(tǒng)人工填土層（Q/4ml/）、第四系全新統(tǒng)海陸交互相沉積層（Q/4mc/）、第四系全新統(tǒng)沖洪積層（Q/4al+pl/）、殘積層（Qel/）、花崗巖（Mγ3）。

本車站地貌主要屬于平原地貌，所揭露第四系地層為人工填土層，沖洪積砂土層、殘積土層，基巖為花崗巖。地下水位的變化受地形地貌和地下水補給來源等因素控制?？辈熨Y料表明地下水水位埋藏變化較大，穩(wěn)定水位埋深為1.30～6.00m，標高為-0.53～6.248m。地下水位年變幅1～2m。地下水按賦存方式分為第四系松散土層孔隙水、基巖裂隙水。前海站整體地質剖面見圖1所示。

圖1 前海站整體地質剖面圖

2 基坑支護施工技術

2.1 圍護結構施工工藝

前海站圍護結構采用地下連續(xù)墻，西側與既有樞紐地塊共用部分圍護地連墻，因部分既有地連墻嵌固深度不滿足前海站基坑支護要求，采用在前海站基坑內側設置Φ1200@1500鉆孔灌注樁補強的方式。車站西側新增地下連續(xù)墻，地連墻厚度1200mm，沿基坑豎向設置六道支撐，車站大里程端地下四層凈高超過15m，設置一道換撐，車站小里程端因遠期匝道影響僅設置地下兩層，基坑深度大，需在站臺層設置換撐并在地下一層中板位置設置板帶換撐。

支護與主體結構一體化地連墻采用各種類型成槽設備，充分利用泥漿的護壁作用保持槽壁的穩(wěn)定性，在地下挖出窄而深的溝槽，并澆筑防水材料，從而形成具有防滲、擋土或承重功能的地下連續(xù)墻[2]。地下連續(xù)墻施工工藝流程如圖2所示。

圖2 地下連續(xù)墻施工工藝流程圖

2.2 地下連續(xù)墻施工重難點分析

地下連續(xù)墻施工時，周邊環(huán)境及地質復雜，在成槽時會遇到槽壁反復塌孔現象，地下連續(xù)墻成槽垂直度差，鋼筋籠吊裝過程中會出現鋼筋籠安放不到位及鋼筋籠變形、散架等問題。具體如下：

（1）地下連續(xù)墻易塌孔，成槽難度大。由于地下連續(xù)墻深度超深，最大深度約40.96m，且抓斗頻繁上下抓土，導致地下連續(xù)墻易塌孔，成槽難度大。

（2）成槽垂直度控制較難。由于地下連續(xù)墻深度較大及成槽設備都是柔性鋼絲繩牽引，因此，其垂直度控制較難。

（3）鋼筋籠安放不到位。作為地連墻施工中的難點，鋼筋籠安放過程中可能出現各種問題，如：端頭傾斜、槽孔深度不足、槽壁兩側土體縮徑、在下放鋼筋籠過程中突然發(fā)生塌方，造成槽壁深度不到位等情況，會導致鋼筋籠安放不到位。

2.3 解決措施

（1）槽壁塌孔的處理。從現場實際情況出發(fā)，在設計基礎泥漿配比中，不斷試驗調整泥漿比重以達最優(yōu)；同時保證泥漿循環(huán)及液面高度；施工道路（成槽機站位處）鋪墊鋼板分散側壓力，通過以上措施解決地下連續(xù)墻塌孔成槽問題。

（2）成槽垂直度的處理?，F場選用先進的成槽設備，自帶成槽垂直度顯示設備和糾偏裝置；采用進口超聲波側壁儀對槽壁進行檢測，不滿足垂直度要求時，及時進行糾偏；操作人員隨時檢查垂直度顯示儀顯示狀況，隨挖隨糾。

（3）鋼筋籠安放不到位的處理。針對鋼筋籠安放不到位的幾種原因，采取相應的處理措施：①端頭傾斜：測量端頭垂直度，得出端頭侵入鋼筋籠的程度，提出鋼筋籠，處理好孔形后重新下放；②槽孔深度不足：在液壓抓斗成槽機成槽時，必須抓槽到位，成槽完畢后，采用測繩多點位測量孔深。下鋼筋籠之前，再次用液壓抓斗成槽機掃孔，避免槽寬、槽深不足的情況；③槽壁兩側土體縮徑：不能強行沖擊下放，當鋼筋籠反復上下松動多次不能放到位的，需將鋼筋籠全部提出，查明原因，并處理好后再重新下放。

3 基坑開挖施工技術

3.1 基坑開挖難點分析

（1）地下水位高。根據車站周邊河道水位和勘察資料可知，車站地下水位較高，埋深約2.5m，水位受周邊河道補給?；娱_挖時段處于深圳市雨季，暴雨對基坑開挖影響大。

（2）地質條件差，易發(fā)生滑坡、坍塌風險。前海站基坑開挖范圍廣，開挖深度大?；娱_挖總方量為7272388m3。由地質勘察資料可知，場地為填海區(qū)，基坑范圍內豎向存在一定厚度的淤泥層和砂層，自穩(wěn)性能差，透水性強，相應內摩擦角小，開挖臺階邊坡易發(fā)生滑坡、坍塌風險。

（3）基坑開挖涌水、涌砂。在基坑開挖過程中，地下連續(xù)墻往往會因為以下幾個原因出現滲漏水情況：①相鄰兩幅地連墻垂直度偏差超過設計值，導致兩幅地下連續(xù)墻開叉而出現較大空隙，發(fā)生滲漏水；②相鄰兩幅地下墻接頭處接頭未徹底處理（刷壁）干凈，造成接縫滲漏水；③未清除的混凝土繞流在地下墻的接縫內，會形成滲漏水的渠道；④地連墻混凝土灌注過程由于塌孔、墻體夾泥、骨料離析，造成滲漏水；⑤勘探孔未封孔或封孔處理差，導致基坑底部管涌漏水。

3.2 解決措施

3.2.1 基坑降排水

（1）基坑內排水。為了順利完成地下建筑主體結構施工以及隧道等深基坑工程的挖掘施工，防止基坑破壞及邊坡或基底的土層顆粒流失，提高土體固結強度，增加地基抗剪強度，在深基坑開挖過程中，必須采取有效的降水措施，使周圍土體保持穩(wěn)定，從而營造安全、穩(wěn)定的施工環(huán)境[3]。前海站基坑內降水設計布置97口降水井，250m2/口，坑內呈梅花形布設，井底到基坑底以下3m，管徑600mm，另外布置9口坑外觀測井，間距約為30m，布置在地下連續(xù)墻外側約2～3m處,管徑600mm。需開挖前30d即開始施工。基坑開挖堅持先降水后開挖的原則，土方開挖時保留降水井工作直至墊層施工完畢。由于降水可能引起周圍地面下沉、地下管線和道路開裂等，考慮對路面下沉、地下管線、建筑物等的影響，需要加強對周邊建筑物的監(jiān)測。

（2）基坑外排水?；又苓呍O置1200mm防淹墻，基坑外40m設置一道450mm×500mm橫向排水溝，匯入場內700mm×1000mm主排水溝，再由水泵抽入地表沉淀池沉淀后排入市政排水系統(tǒng)。

3.2.2 分層、分段開挖

基坑開挖原則是確保施工過程及周邊環(huán)境安全的前提下，盡可能縮短開挖時間，在充分考慮時間、空間效應的前提下，控制好開挖“高度、寬度、時間”三要素，遵循“先兩端后中間，分層開挖，先撐后挖”的原則進行土方開挖[4]?；娱_挖分層示意圖如圖3所示。

圖3 基坑開挖分層示意圖

基坑開挖分層以混凝土支撐底面特殊地層為界面，豎向間距約1～4.19m分層，總共分7層。采用放坡臺階開挖，其中填土（塊石）層、黏土層等臨時邊坡按照約1∶2坡度放坡。第一層由現狀地面至冠梁底，層厚2.35m；第二層層厚4.12m；第三層層厚6m，為淤泥層，平層開挖每層深1m，至第三道混凝土支撐底；第四層至第四道混凝土支撐底，分兩層開挖，層厚3.1m；第五層至第四道混凝土支撐底，層厚3.8m；第六層至第五道混凝土支撐底，層厚4m；第七層層厚4.19m；分層厚度可按照實際開挖情況進行局部調整，保證開挖所形成坡面可以自穩(wěn)。

3.2.3 涌水、涌沙處理

如果出現小孔洞漏水，可采用聚氨酯高壓注漿機堵漏，聚氨酯遇水可快速凝固堵漏，或采用棉紗、堵漏劑（堵漏王）或噴射快硬水泥漿封堵，或焊接鋼板封堵。為保證圍護結構的止水效果，并在地連墻迎土側相對位置施工高壓旋噴樁止水，并摻入水玻璃快速堵漏?；娱_挖過程中，如果地下連續(xù)墻縫（洞）出現嚴重管涌，具有明顯水壓力，則需進行土方回填或混凝土反壓，再在坑外地連墻迎土側相對位置施工高壓旋噴樁樁群止水，并摻入水玻璃快速堵漏。

4 結束語

本文結合深圳前海站在建地鐵車站工程，從現場施工實際出發(fā)，對基坑明挖施工技術進行了研究，梳理了前期支護及開挖過程中地下連續(xù)墻施工、基坑開挖中存在的施工難點，基于項目施工經驗，采用基坑降排水，分層、分段開挖以及高壓旋噴樁止水等措施和方法解決了存在的問題，降低了安全風險，保證了正常施工，為超大超深基坑圍護體系及開挖積累了豐富的實踐經驗。