地铁车站深基坑开挖围护结构与施工技术研究

田宪国

(中铁十三局集团公司 第二工程公司，广东 深圳 518083)

1 工程概况及难点分析

1.1 工程概况

临顿路站位于苏州市干将东路与临顿路交叉口的干将河下并骑跨临顿路，其主体结构全长123.5 m，为地下二层岛式站。车站主体部分标准段基坑全长123.5 m，宽22.1 m，开挖深度18.3 m;端头井基坑开挖深度20.3 m，基坑宽度26.4 m。

车站所处区域为填土、沉积土和粉质黏土，土层结构及强度尚可。但因车站基坑位于干将河旁，在开挖施工过程中，地下水容易突出且涌水量较大，随着地下水将会发生流砂及管涌现象。

车站周边商业与居住建筑密集，交通较为饱和，车站范围内需要保护的管线较多。由此基坑开挖可能会导致以下几个方面的问题:①工程地质条件较差以及地下水对施工和基坑本身结构安全影响较大;②周边建筑物与基坑距离太近，有的建筑物就在基坑开挖后土体破坏范围内。既有建筑结构物荷载传递至基坑周围后会严重影响边坡稳定与结构安全，甚至会导致纵坡失稳;③交通流量太大会引起基坑周边土体受力不均匀，使开挖施工作业与交通相互影响严重。另外，车站西北侧水平距离约20～25 m为含有文启堂和陈宅等保护性建筑的著名观前街传统风貌保护区，西南侧4～10 m为沿街二层铺面，东北侧为在建的和基广场，东南角为凤凰广场绿地，这都将大大提高基坑开挖过程中地基变形的控制要求。

1.2 设计与施工要求

按工程地质和车站及其附属结构本身条件，工程施工与运营必须满足以下要求:①结构耐久:车站结构工程中主要构件设计使用年限100年，重要性系数不小于1.1;②基坑安全:基坑工程安全等级为一级;③抗震等级:车站结构按7度设防，主体结构抗震等级为三级;④安全等级:车站结构主要构件的安全等级为一级，围护结构和其他构件的安全等级为二级，结构露天或迎土面混凝土构件的环境类别为二类;⑤防水等级:地下车站结构及机电设备集中区段的防水等级为一级;⑥人防等级:按六级抗力等级设防。

1.3 施工中必须解决的问题

依据车站基坑工程与水文地质，结合周边建(构)筑物与交通的实际情况和工程本身特点，综合考虑车站施工与今后的运营要求，基坑开挖施工中必须解决地下水、流砂、管涌特别是边坡稳定与变形控制问题。也即基坑开挖围护结构强度及其形式与参数必须满足实际需求，决不能出现边坡失稳，导致基坑垮塌或其他意外事故。

2 主体基坑施工作业顺序

参考基坑开挖技术方法，考虑车站基坑整体结构与空间较为庞大，故在开挖时必须采取竖向分层以及水平向分段的方法进行施工，最大程度降低结构失稳的几率。为此，依据基坑形状与尺寸，结合以往施工经验，把基坑在竖向分为底板→侧墙及中板→侧墙及顶板顺次三层，而每层在水平方向又分为由基坑一侧向另一侧共六个施工段。竖向分层见图1，水平向施工分段见图2。

图1 基坑竖向分层

图2 基坑水平向施工分段

3 围护结构技术方案分析

3.1 深层搅拌桩方案

车站主体基坑坑底加固采用φ850 mm三轴深层搅拌桩，标准段主要为搅拌桩抽条加固，端头井段为裙边加固的形式。土体加固为坑底至坑底以下3 m区域，设计强度 qu≥1.2 MPa。坑底以下加固时水泥掺入的重量比为20%，浆液配比(重量比)自来水:水泥=(1.2 ～1.5)∶1。

3.2 钻孔灌注桩方案

车站附属工程部分基坑采用φ850 mm钻孔桩作为围护桩，选用GPS-10型钻机正循环钻进，原土自然造浆护壁成孔.连续钻进至设计高程后进行第一次清孔，撤除钻杆，在孔口分节下放钢筋笼和钢格构柱及注浆管，下钢导管后利用导管进行二次清孔。泥浆指标和孔底沉渣厚度检测符合设计及规范要求后，安放隔水橡胶球胆并立即采用商品混凝土进行水下混凝土灌注。混凝土灌注高度至设计高程2 m以上或看到新鲜混凝土冒出孔口为止。

3.3 地基加固方案

车站基坑底以下3 m采用φ850 mm三轴搅拌桩裙边加固，qu≥1.2 MPa。

车站开挖过程中，各作业程序根据施工强度合理均衡安排，各环节搭接紧密，基坑及边坡均未出现异常。围护结构所受应力与变形均在允许范围内，地表建筑物结构安全，地基沉降与变形在合理范围内。充分说明提出的地铁车站基坑开挖及联合围护结构方案、围护形式及参数，可以确保基坑边坡稳定与极近距离地表建筑的结构安全，并能严格控制地基变形，可满足复杂条件下的基坑开挖安全、质量与进度要求，工程进度顺利。

3.4 地下连续墙方案与参数

按地下连续墙设计与施工技术，车站主体部分标准段一级基坑范围内，围护采用800 mm厚及33 m深的地下连续墙。经结构内力及位移分析，能满足强度、刚度及基坑变位要求。开挖阶段设置六道支撑，第一道为钢筋混凝土支撑，其余为钢管支撑。端头井段一级基坑范围内围护采用1 000 mm厚及36 m深的地下连续墙，同样设六道支撑。第一道为钢筋混凝土支撑，第四道结合中板做一道钢筋混凝土支撑，其余为φ609 mm(壁厚16 mm)钢管横撑，平均纵向间距为3 m。每根钢支撑由固定尺寸的中间节接管、固定端、活络端和非定量的调整节接管组成。

地下连续墙与后浇内衬形成叠合结构，共同承受使用阶段的水土压力，其施工工艺流程见图3。

图3 地连墙施工工艺流程

导墙采用“┓┏”型整体式现浇钢筋混凝土结构，深度2 m，肋厚200 mm，上口平板宽度1 m。导墙内配筋为双向φ12@200，混凝土强度等级为C20。

导墙的墙趾插入未经扰动的原状土层中，内外侧墙间净距为地下连续墙设计厚度加50 mm的施工余量，考虑地下墙施工综合偏差和变形等原因，每侧外放尺寸120～150 mm，具体见图4。

图4 导墙结构与参数(单位:mm)

5 结论

1)实践表明，依据车站基坑的地质与周边建筑条件并结合基坑本身结构特点，提出的地铁车站基坑开挖顺序、方法以及与之相适应的联合围护结构方案、围护形式及参数，可以确保基坑本身的边坡稳定与结构安全。并保证了极近距离范围的须保护建筑的结构安全，可严格控制地基变形，能够满足复杂条件下的基坑开挖安全、质量与进度要求。

2)由于地质条件、地下水和车站结构及其形状尺寸的差异，对车站基坑的开挖施工及围护结构形式与参数仍需继续做进一步研究。

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