中铁十局集团有限公司城市轨道交通分公司 广东深圳 518000
摘要：本文主要针对地铁车站深基坑施工支护技术展开了探讨，通过结合具体的工程实例，对工程的重点难点作了系统的分析，并对深基坑施工支护的技术作了详细阐述，给出了一系列相应的施工措施，以期能为有关方面的需要提供参考借鉴。
关键词：地铁车站；深基坑支护；施工技术
随着我国城市地铁建设发展的加快，地铁车站的建设也越来越多。而在地铁车站深基坑施工过程中，会面临着技术风险高，地下障碍物多，施工条件复杂，难度大等诸多难题。因此，为了保障深基坑支护工程的施工质量和防范施工事故的发生，我们就需要认真分析工程施工的重点难点，采取相应措施进行巩固施工，以保障深基坑工程的施工质量。
1 工程概况
某地铁车站为地下1层单柱双跨侧式车站，站台宽6m，站中心顶板覆土2.7m，主体结构标准段基坑开挖深度10.71m；站中心顶板覆土2.7m，主体结构标准段基坑开挖深度17.02m。
2 场地地质条件及周边环境
2.1 工程地质条件
本场地所在区域地势略有起伏，场地地貌形态属冲洪积三级阶地。在勘探孔所揭穿范围内，场地地层自上而下由5个单元层组成，依次为：①单元层人工填土层；③单元层第四系全新统冲积的一般黏性土层；⑦单元层第四系上更新统冲洪积的老黏性土层；⑨单元层第四系上更新统冲洪积的圆砾、砾砂层；瑏瑥单元层白垩～下第三系风化泥岩、砂岩层。
2.2 水文地质条件
拟建场地地下水类型可分为上层滞水和孔隙承压水两种类型。
（1）上层滞水主要赋存于①，③，⑦层中，接受大气降水及周边湖塘渗透补给，无统一自由水面。
（2）孔隙承压水主要赋存于⑨单元层圆砾及中粗砂中，⑨单元层中承压水水量丰富，与珠江有较密切的水力联系。其水位变化幅度受珠江水位涨落影响，据现场抽水试验结果，勘察期间实测承压水水位埋深在4.92～5.10m，相当于标高20.100m左右。
2.3 周边环境
主体基坑周围主要建筑物为立交桥，桥桩为端承摩擦桩。在基坑开挖前，采取措施对桥梁桩基进行袖阀管注浆加固，提高桩基摩擦力。在基坑开挖时，通过布设在立交桥内的沉降、倾斜监测点，监测建筑物变形，控制变形在允许范围内。
根据管线资料和现场调查，施工场地内的地下管线密集，主要有给水、污水、雨水、电力、电信、热力、燃气、军用光缆、高压、路灯等管线，部分管线位于车站主体、出入口及风道结构上方。为此，对基坑范围内的管线以及基坑周边的重要管线实施迁改。对其他距基坑较近的地下管线，施工中应加强监测，并在给水、雨污水等重要管线下方预埋跟踪注浆管，如发生沉降异常需及时进行填充注浆。
3 工程重点难点分析
（1）本工程规模大，车站主体基坑开挖面积达13500m2；基坑开挖深度变化较大，车站基坑开挖深度达17.02m，施工场地狭小，周边环境复杂，对变形控制要求高。因此，基坑支护结构的设计，是本工程的一个重点和难点问题。
（2）拟建场地水文地质条件复杂，①，③，⑦层中赋存上层滞水；⑨层圆砾及中粗砂中赋存承压水，且水量丰富，与江水有较密切的水力联系，其水位变化幅度受河水涨落影响。车站基坑坑底部分区域位于承压含水层中，另一部分区域基坑坑底虽然位于⑨层之上，但相对隔水层厚度不足以抵抗承压水压力，在承压水头作用下易于发生坑底突涌，造成基坑失稳、周边环境破坏。因此地下水的控制是本工程的又一个重点和难点问题。
（3）基坑周围道路、管线分布较多，作为武昌地区交通主干道的立交桥横贯车站主体基坑。施工场地狭小，对环保要求高。因此，如何精心组织施工和技术管理，是保证车站主体结构顺利施工及周边环境特别是立交桥安全的关键，也是本基坑工程控制的重点和难点。
4 基坑支护结构设计
按照国家和基坑支护有关技术规范和规定，本车站基坑支护工程安全等级为一级，重要性系数1.1。为确保基坑本身、基坑周边地下管线、道路及立交桥的安全，支护结构的设计采用了排桩+预应力锚杆（或内支撑）、地下连续墙+内支撑（或预应力锚杆）的支护形式。具体设计情况如下：
（1）车站支护结构设计基坑开挖深度8.95～14.46m不等。支护结构采用φ800mm@1000mm钻孔灌注桩，嵌固深度均为6.0m。支护结构的水平受力体系，依据不同区域开挖深度的不同，分别采用3道预应力锚杆（开挖深度14.46m处）、1道预应力锚杆或者1道内支撑（开挖深度8.95～11.0m处）。锚杆轴力设计值350，500，400kN，预加力200kN。
（2）车站支护结构设计基坑开挖深度17.02m。主体支护结构采用800mm厚地下连续墙，嵌固深度除满足基坑稳定性和变形控制要求外，还要求穿透承压水层，进入强风化泥岩1.5m。支护结构的水平受力体系采用3道内支撑方案（局部的第1道内支撑换成预应力锚杆）。
（3）内支撑设计支撑采用钢筋混凝土/钢支撑。钢筋混凝土设计强度等级C30，截面尺寸为600mm×700mm，600mm×800mm，800mm×700mm和500mm×700mm。钢支撑采用φ600×14钢管支撑，钢支撑预加力200kN，设计值为1300kN。
（4）锚杆设计锚杆采用抗拉强度设计值为1320MPa钢绞线制作，锚杆长度除满足一般设计要求外，还要求锚固段进入圆砾层不小于6m。
（5）临时支撑立柱设计临时支撑立柱坑底以上为500mm×500mm钢格构柱，坑底以下为φ1200mm钻孔灌注桩，桩底标高以进入基坑底以下6.0m控制，格构柱插入钻孔灌注桩桩身4.0m。格构柱采用4∟200×20和500×300×12@600钢板制作，材料为Q235A钢，焊条为E4300～E4313。钻孔桩主筋净保护层为50mm，桩身采用C30混凝土。整个基坑共设置临时钢立柱39根。
5 地下水控制
（1）由于基坑开挖区域地下赋存承压水，且承压水头较高，因此为确保基坑及周边环境的安全，本工程采用深井降水法进行地下水控制。考虑地下水位与珠江水位的密切相关性，降水能力按丰水期最高水位设计，保证降水后承压水头高度在开挖面以下≥1m，以达到地基加固、疏干坑底土层和降低承压水头高度的目的，防止基坑突涌及流砂变形，消除承压水对基坑稳定的危害。
（2）根据主体基坑设计方案可知，该区域开挖深度不一，换乘节点及过轨通道、过轨风道、过轨管道处基底均已揭穿或局部揭穿含水层，降水设计按疏干考虑；其他未揭穿含水层区域降水设计按减压考虑。由于换乘节点处采用落底式地下连续墙支护结构，该支护结构的存在理论上可将地下水的补给源切断，因此该处降水方案是针对支护结构漏水的情况而设计。
（3）整个车站场区共布设了降水井27口。结合场区实际地质条件，降水井采用完整井，井深控制至基岩面（基岩面埋深＞30m区域井深控制至30m）。经验算能够满足基坑施工降水要求。
（4）降水与土方开挖密切配合，降水施工遵循：支护结构施工先行完成后再降水，降水随开挖区域安排分区进行，降深随开挖深度分段到位。结合武汉地区深基坑降水经验，基坑开挖前及开挖过程中采取对基坑内进行动态降水，以提高土体的抗剪强度，基坑开挖至坑底时，确保承压水水位在开挖面以下1.0m，并通过观测井对降深进行观测验证，确保坑底不发生突涌。
（5）构建完备高效的降水供配电系统。建立工地自发电站，布设网电、自发电双回路，同时做好应急演练，做到在停电情况下10min内恢复供电，确保施工期间降水系统的有效工作。
（6）对于①，③，⑦层中的上层滞水，施工中采用明沟排水方法积极疏干，排水沟与集水井随基坑开挖下降，保持沟底、井底与基坑底面的深度差。排水沟、井采取一定的抗渗措施。
（7）桩间/墙隙采用袖阀管注浆止水，扩散半径300mm，与灌注桩/地下连续墙咬合150mm。
6 关键施工技术
6.1 钻孔灌注桩施工
本工程4号线车站主体基坑支护均采用800mm钻孔灌注桩，桩身采用C30水下混凝土浇筑，桩间采用袖阀管注浆止水。支护桩桩底基本位于⑨2圆砾层，该层内富含承压水，同时由于车站场地位于某立交下方，部分桩位施工作业空间受到限制。针对上述特点，本工程支护桩施工采取如下施工方案：
（1）对于不受立交桥影响区域的支护桩，采用旋挖钻机成孔，泥浆护壁湿法钻进，泵吸反循环二次清孔，钢筋笼采取一次成型、整体吊装，导管法灌注水下混凝土工艺。
（2）立交桥下的支护桩，由于旋挖钻机作业受限，故采用冲击钻机成孔，泥浆护壁，泵吸反循环二次清孔，钢筋笼分段成型、分段吊装、孔口对接，导管法灌注水下混凝土工艺。
（3）根据现场条件，为便于桩孔定位、泥浆管理和文明施工，钻孔桩施工前利用地表土自立性，沿设计桩位挖设深约1.0m沟槽，并在桩外侧1.5～2m施作高约30cm挡墙，而后施作钻孔灌注桩，以将钻孔桩施工中渣土、泥浆等挡在挡墙以内。
（4）立交桥下现状地面高程24.300～26.000m，桥下净空6.5～8.0m，不能满足冲击钻机和钢筋笼吊装作业的最小净空要求，为此对桥下局部场地降低现状地面高程，使桥下净空≥10.0m，以利于支护桩施工。
（5）为避免相邻支护桩施工对成桩质量的影响，钻孔桩施工时采取隔桩跳打，相邻桩施工间隔时间不得小于24h。
（6）桩间土护壁采用挂网喷射80mm厚C20混凝土，钢筋网片采用φ8@200×200。要求钢筋网应与桩体钢筋连接牢固。
（7）根据场地内地下管线的分布以及管线迁改的进展，首先安排施工场地中部立交主桥和匝道桥合围区域内的支护桩，待管线迁改完毕后再施工匝道桥外车站北侧支护桩，最后在车站地下连续墙施工完成后施工主桥外车站南端支护桩。其间按就近调度的原则穿插进行格构立柱桩的施工。
（8）钻孔灌注桩施工采用1台德国宝峨BG25C型旋挖钻机和2台冲击钻机同步作业，根据桩位布置分段设置泥浆循环系统，钢筋笼在现场钢筋加工区集中制作，混凝土采用合格厂家供应的商品混凝土。
6.2 地下连续墙施工
车站主体支护结构采用800mm厚地下连续墙，共50幅，其中有13幅地下连续墙处于立交桥下。按所处部位的不同分单层墙和双层墙。地下连续墙标准槽段幅宽有5.0m和6.0m两种，接头采用H型钢刚性接头，嵌固深度除满足设计要求外还要求穿透承压水层，进入强风化泥岩1.5m。本工程地下连续墙施工采取下述施工方案。
（1）对于不受立交桥影响区域的地下连续墙，采取液压抓斗和冲击钻配合成槽，液压抓斗撩抓法清底，正循环二次清孔，钢筋笼现场整体制作、整体吊装入槽，导管灌注水下混凝土的方法施工。
（2）对于立交桥下的地下连续墙，由于液压抓斗作业受限，故采用冲击钻机桩排成槽施工工艺。钢筋笼分节制作，各节钢筋笼在同一钢筋平台上整体预接成型，分节吊装入槽，槽口拼接。混凝土采用导管浇筑水下混凝土的方法。
（3）单层地下连续墙由于墙顶标高为－8.0m，为避免已施工槽段上部空槽对相邻槽段施工的影响，采取将已施工槽段接头H型钢加长至与导墙顶平齐，待该槽段施工完毕后回填土至导墙顶的方法施工。
（4）由于立交桥下现状地面高程24.300～26.000m，桥下净空6.5～8.0m，不能满足冲击钻机和钢筋笼吊装作业的最小净空要求，为此需对局部场地降低现状地面高程，使桥下净空达到10.0m，以利于桥下地下连续墙的施工。
（5）为避免相邻槽段施工对地下连续墙质量的影响，采取跳挖施工，分先浇槽段与后浇槽段施工，先浇槽段设工字钢接头，后浇槽段于先浇槽段强度达70%以上再开始挖槽施工。
（6）地下连续墙施工在主桥外车站南侧场地的地下管线迁改完毕后进场。由于立交桥阻隔使得施工场地狭小，为实现桥下区域的地下连续墙与不受立交桥影响区域的地下连续墙同步实施，以保证工期，首先实施与桥下区域相接的两幅地下连续墙，然后冲击钻机进场与液压抓斗平行作业，全面展开地下连续墙的施工。
（7）地下连续墙的施工采用1台德国宝峨GB35型液压抓斗成槽机以及4台冲击钻机。其中2台冲击钻机和液压抓斗成槽机配合用于不受立交桥影响区域的地下连续墙施工，另外2台冲击钻机用于立交桥下作业空间受限制区域的地下连续墙施工。根据成槽方法的不同分别设置泥浆循环系统，钢筋笼在现场钢筋加工区集中制作，混凝土采用合格厂家供应的商品混凝土。
6.3 袖阀管注浆止水
本工程钻孔桩桩间和地下连续墙墙隙均采用袖阀管注浆止水，主要对圆砾层进行注浆。注浆扩散半径300mm，与钻孔灌注桩、地下连续墙咬合150mm。
（1）桩间/墙隙袖阀管注浆止水施工在钻孔桩和地下连续墙施工形成注浆止水的连续作业面后穿插进行。
（2）袖阀管注浆止水施工顺序按逐步加密的原则，同一排上的注浆孔采用间隔跳跃式注浆顺序，注浆方法采用一次钻孔由下而上后退式注浆法。注浆完毕后，应对注浆孔用不透水材料及时封堵。
（3）注浆施工采用XY－100型工程钻机成孔，400L高速搅拌机进行浆液拌制，KBY－50/70型双液注浆机进行注浆。
（4）注浆浆液采用水泥-水玻璃双液浆，注浆参数依据经验及地质情况可按表1选取，并应根据现场注浆试验及施工具体情况加以调整。
表1 注浆参数
6.4 预应力锚杆施工
本工程基坑支护结构的水平受力体系采用混凝土内支撑+预应力锚杆方案，除车站南侧过轨通道处设置3道锚杆外，其他部位均为1道锚杆。锚杆采用抗拉强度设计值为1320MPa的φ15.2钢绞线制作，倾角为25°，锚具采用OVM15锚具，锚杆成孔直径150mm。锚杆长度除满足一般设计要求外还要求进入圆砾层≥36m。
（1）预应力锚杆根据基坑分层开挖的进展从上往下依次逐层施工。当土方开挖到每层锚杆位置以下500mm时，安装该层锚杆及腰梁。当预应力锚杆锚固体强度达到15MPa或设计强度的75%后，可按设计要求对锚杆进行张拉锁定。为避免相邻锚杆张拉的相互影响，采用“跳张法”进行张拉。当该层锚杆全部完成张拉锁定后，方可继续往下开挖。
（2）针对本工程地质特点和锚杆较长，采用三翼钻头配备高压泥浆泵水循环钻进工艺。锚杆成孔采用YTM-87型专用土锚钻机，专用配套千斤顶张拉。
（3）预应力锚杆采用二次注浆法。一次注浆采用灰砂比为0.5～1，水灰比为0.4～0.45的水泥砂浆，水泥采用42.5级普通硅酸盐水泥，注浆压力控制在0.5～1.5MPa。一次注浆待浆液从孔口流出后停止注浆，待一次注浆初凝后且浆液强度达到5.0MPa可进行二次注浆。二次注浆为劈裂注浆，浆液采用水灰比为0.45～0.5纯水泥浆，注浆压力控制在2.0～3.0MPa，要稳压2min。为了使二次注浆达到设计的效果，在一次注浆时必须将锚固段完全注满浆。
6.5 内支撑施工
本工程主体基坑均采用了钢筋混凝土支撑，截面尺寸为600mm×700mm，600mm×800mm，800mm×700mm，500mm×700mm；人行过轨通道基坑第2，3道支撑为钢支撑。钢筋混凝土支撑采用C30现浇混凝土，钢筋保护层厚度50mm；钢支撑采用φ600mm×14mm钢管支撑，钢支撑预加力200kN，设计轴力值1300kN。
（1）内支撑的施工根据土方开挖的进展，在基坑土方分层开挖至支撑底面时及时施作。
（2）钢筋混凝土支撑利用施作的C15混凝土垫层作底模，侧模采用12～15mm胶合板制作的定型模板拼装。钢筋在现场加工制作，采用商品混凝土，混凝土搅拌车运至施工现场，泵送入模浇筑。
（3）钢支撑采用定型产品，现场预拼后采用塔式起重机吊装就位，2×200t组合千斤顶进行预加轴力的施加。
（4）内支撑体系拆除时，应避免瞬间预加应力释放过大而导致结构局部变形、开裂。利用主体结构换撑时，主体结构的混凝土强度应达到设计强度75%后，方可拆掉对应的上一道支撑或锚杆。
6.6 土方开挖
（1）土方开挖前，基坑周边地面应做好排水沟，避免地面水流入基坑内；同时地面需作硬化处理，防止地表水渗入基坑；不得在基坑周边设置如厕所、冲凉房等易漏水设施。基坑开挖过程中，基坑内需设置排水沟和集水井；雨季施工需加强排水设施，防止地基土被水浸泡。
（2）在基坑开挖过程中，充分利用时空效应原理，掌握好“分层、分块、对称、平衡、限时”5个要点，遵循“分层开挖、先撑后挖、严禁超挖”的施工原则，及时设置内支撑或锚杆，按设计要求施加预加轴力，维护基坑稳定，限制基坑周边土体的位移，进而保证周边建筑物的稳定与安全。
（3）基坑开挖分区进行，每个开挖区内分块、分层均匀开挖。根据车站主体基坑功能区、开挖深度的不同，将基坑划分为5个开挖区域，逐次开挖。
（4）由于基坑正处立交桥下方，特别是连接梨园和徐东方向的主桥车流量相对较大。为确保主桥安全，在开挖主桥两侧基坑时，需对称开挖，严格控制两侧基坑的开挖高差。
（5）基坑开挖到距坑底300mm时，需用人工清底开挖，避免扰动基底土体或超挖。清底完成后及时施作混凝土垫层进行封闭。
7 基坑监测
为确保基坑和周边环境的安全，本工程建立了一套严密、科学的监控量测体系，对施工过程中基坑支护结构、基坑周边环境进行全过程跟踪监测。根据监测信息，分析、判断、预测施工中可能出现的各种安全隐患，及时调整施工和设计参数，实现信息化施工，以确保工程安全及质量。基坑监测项目、测点布置、测试仪器等如表2所示。
表2 基坑监测项目、测点布置及测试仪器
通过信息化施工，本工程在整个施工过程中，各项监测指标均在限定的安全范围内，有力地保证了基坑工程的安全及主体结构的顺利施工。
8 结语
综上所述，地铁车站深基坑工程涉及领域广，施工技术难度大。为此，我们必须要重视地铁车站深基坑支护工程的施工，认真分析工程施工存在的重难点，并采取相应措施保障工程的施工质量，从而为整个地铁车站的施工打下坚实基础。
参考文献：
[1]陈虎成.地铁车站深基坑支护技术措施的探讨[J].中华民居（下旬刊）.2013（11）.
[2]许兰兰、朱丽.某地铁车站深基坑支护施工技术[J].江苏建筑.2013（01）.
论文作者:刘阳
论文发表刊物:《基层建设》2015年12期
论文发表时间:2016/11/10
标签：基坑论文; 地下论文; 注浆论文; 车站论文; 锚杆论文; 钻机论文; 钻孔论文; 《基层建设》2015年12期论文;