地铁车站与高铁站房共建综合站区深基坑监测及分析

2018-07-14邱庆翌

钻探工程 2018年6期

邱庆翌

(中铁十四局集团大盾构工程有限公司，江苏南京 210031)

随着高速铁路与城市地下空间的进一步开发，同期考虑高铁、地铁车站的综合交通枢纽结合设置，同步交叉建设的情况越来越多，深基坑施工需在交错复杂环境下实施。在这种复杂的环境下既要保证基坑开挖的顺利进行，又不能危及共建高架高铁站房的安全与稳定。为此在地铁基坑开挖过程中，需要对基坑本身、邻近高架桥梁等外部建(构)筑物及环境进行实时监测，依据对监测数据的整理分析，及时全面地了解基坑安全性以及周边建(构)筑物及环境受影响程度，并及时采取有效措施，全面保障地铁基坑工程和高铁高架站的顺利进行。

本文以南通轨道交通先期预埋站南通西站为工程背景，针对地铁站施工垂直正穿在建国铁沪通铁路高架站的深基坑工程，通过对施工过程中监测数据分析，得出了地铁车站深基坑变形及在建高铁高架桥墩的竖向位移变化规律，为后续类似工程项目的设计和施工过程控制等提供一定的参考。

1　工程概况

沪通铁路南通西高架站为该铁路线路第二座车站，后续盐通铁路、通苏嘉铁路接入共用该站。设站于南通市通州区平潮镇。沪通铁路南通西站市政配套工程为南通市轨道交通1号线一期工程下穿沪通铁路预留土建工程，由于南通市轨道1号线一期工程当时处于工可阶段，为匹配沪通铁路建设计划，地铁南通西站单独立项并提前实施，实施范围为车站土建工程。

地铁南通西站垂直正穿在建国铁沪通铁路，位于沪通铁路南通西高架站桥梁正线34、35号桥墩正中间，车站围护结构距离高架桥承台最小净距1.15 m。地铁车站与国铁站房候车厅共结构柱设置，地铁车站夹层板与下沉广场底板共板设置。

车站围护结构采用800 mm厚地下连续墙+内支撑为主。主体结构基坑采用明挖法施工。车站为地下二层岛式车站，有效站台宽度13 m，标准段车站宽度21.7 m，车站长度213.15 m，基坑开挖深度约为17.35 m，其中上部约5.25 m为放坡开挖，坡率为1∶1.5，放坡水平长度8.025 m，采用土钉喷锚支护(土钉长度为2 m)。车站第一道支撑为C30砼支撑，间距4 m，第二、三道为Ø609 mm壁厚16 mm的钢支撑，间距3 m。国铁承台桩基深度为基坑以下3.0 m。

车站站址周边建(构)筑物以1～2层低矮民宅为主。

南通轨道交通1号线南通西站基坑平面位置及周边环境如图1所示，基坑剖面如图2所示。

图1南通西站基坑平面位置示意图

图2　南通西站基坑剖面示意图

2　工程地质

根据勘察报告，沿线地貌单一，均为长江下游冲积平原区新三角洲平原。场地内自上而下依次划分为：①杂填土-素填土；②粉土夹粉质粘土；③1粉砂夹粉土，③2粉砂，③2a粉砂夹粉土，③3粉砂；④1粉质粘土，④2粉质粘土夹粉砂；⑤粉土夹粉砂；⑥1粉砂，⑥1a粉质粘土夹粉砂，⑥2粉砂。本站基坑坑底均位于③2a粉砂夹粉土层中。沿线水田、村庄密布，水系发达。车站所处场地工程地质物理力学指标见表1。

3　工程施工情况

3.1　施工方法

针对南通西站基坑开挖特点及开挖工序，综合考虑国铁结构桥梁结构和周边环境的实际情况，设计采用放坡开挖+地下连续墙+内支撑体系的开挖方式，通过快速均衡施工，减少开挖过程中基坑暴露时间，同时也降低施工成本，保证了轨道交通南通西站的顺利完成。考虑距离国铁承台墩柱较近，采用放坡明挖法具有以下优点：(1)放坡开挖一层，在基坑开挖阶段，减小了侧向土压力对34、35号承台墩柱的影响，保证了墩柱的稳定性；(2)明挖法避免了较多的支撑立柱桩，开挖速度加快，节省了工期；(3)明挖法基坑开挖面暴露在外，如遇突发状况，便于及时采取相应措施。

表1　土层的基本物理力学参数

南通西站正下穿国铁34、35号桥墩位置，基坑安全等级为一级，地表最大沉降≤0.1%H(10 mm)，围护结构最大水平位移≤0.14%H(15 mm)，该位置采用三道支撑体系，第一道为钢筋混凝土支撑；第二、三道为钢支撑。与沪通铁路桥梁相邻标准段施工工序为：第一步，国铁桥梁桩基施工完毕，地铁路面施工搅拌桩加固，施工导墙、地下连续墙，地面施工基底抗拔桩及降水井，实施降水；第二步，放坡开挖(实时施工土钉喷锚支护)到坡底，施作第一道砼支撑及冠梁；第三步，依次向下开挖至第二、三次开挖面，架设第二、三道支撑，及时预加应力，向下开挖至基底；第四步，及时施工垫层、防水层，浇筑底板，待达到设计强度后，拆除第三道钢支撑，向上施工侧墙；第五步，拆除第二道钢支撑，向上施工侧墙、顶板；第六步，拆除第一道支撑，浇筑站厅层侧墙、中柱，回填，浇筑车站夹层顶板混凝土，国铁施工桥梁承台与墩身。

3.2　施工技术措施

为了确保基坑及国铁施工安全，34、35号承台附近施工采取了一系列的措施。

(1)抗拔桩：车站自身抗浮不满足要求，为了减小车站上浮对沪通铁路桥梁的影响，对车站整体施工了抗拔桩。

(2)三轴搅拌桩地墙槽壁加固：为了降低地连墙成槽开挖过程中塌槽对国铁桥梁桩基影响，在该位置地连墙内、外侧分别采用三轴搅拌桩进行槽壁加固。

(3)支撑体系：在整体基坑开挖深度基本相同的情况下，在与沪通铁路交叉段加强采用了三道支撑体系，第一道为钢筋混凝土支撑，第二、三道为钢支撑。第一道混凝土支撑略高于高架桥梁承台标高。另外，该位置的设计及预加轴力在基坑开挖期间都比标准段偏大，降低了基坑的变形风险，从而降低了对高架桥梁桩基的影响。

(4)监测措施：在该位置加密布置监测点，同时根据施工进度加密监测频率。

4　监测方案

4.1　监测内容及布点

针对本项目的特殊性，在基坑施工期间对基坑及高架桥墩进行了全过程的监测。监测项目主要有围护结构墙体深层水平位移、支撑轴力、高架桥墩沉降、围护结构墙顶位移。具体布点、测量方法如下：

(1)围护结构墙体深层水平位移(测斜)，该区域加密布设约12 m布置一处，每边不宜少于1个围护墙体内，测斜管直接绑扎固定在墙体钢筋笼上，钢筋笼入槽(孔)后浇筑混凝土，埋设就位的测斜管必须保证有一对凹槽与基坑边缘垂直。采用测斜仪CX-901F进行现场数据采集。

(2)支撑轴力监测，布设位置尽量与测斜点同断面。首道砼支撑每断面埋设4只传感器，埋设于支撑截面中间位置的主筋上。二、三道钢支撑安装轴力计进行轴力测试，轴力计固定在钢支撑固定端。采用频率仪608A进行现场数据采集。

(3)围护结构墙顶位移监测，在测斜孔旁用钻机钻孔后直接埋入强制对中装置，采用全站仪进行位移监测。

(4)高架桥墩沉降，在34、35号每个桥墩四角位置布设沉降监测点，由于桥墩位于坑中坑，高差较大，采用全站仪进行高程测量。

该区域监测布点如图3所示。

4.2　监测控制值

本项目监测控制值依据《江苏省城市轨道交通工程监测规程》(DGJ32/J 195-2015)和设计文件相关要求，结合本工程实际情况，各监测项目的控制值见表2。

图3　34、35号桥墩位置监测布点图

5　监测结果及其影响分析

5.1　围护结构墙体深层水平位移

根据监测数据显示，墙体测斜与基坑开挖深度密切相关，本文挑选该位置变形最大点位CX11做说明。测斜变形曲线整体呈两头小、中间大，符合常见多道内支撑围护结构的变形规律，随着基坑开挖深度的增加，测斜变形最大点逐步下移并增大。第一道砼支撑施工完毕，墙体测斜变形较小近似直线。当基坑开挖至基底、以及拆除第三道钢支撑时，基坑中部8 m位置出现了2 mm左右的位移量，基坑封顶后，最大变形位置在深度8.5 m(基底深度10.3 m)累计变形量4.66 mm，未超过监测控制警戒值10 mm(参见图4)。

5.2　围护结构墙顶竖向位移监测

坑中坑围护结构施工期间，墙顶竖向位移监测较稳定，随着基坑开挖深度的增加，基坑卸载逐渐增大。同时，拟建场地承压水层为承压水，主要赋存于⑤～⑥2层粉土、粉砂中，稳定水位为0.30～0.55 m，基坑上浮力增大。在基坑开挖至基底位置，墙顶竖向位移ZQC11累计变化量12.0 mm，接近报警值15 mm。此后基坑底板、主体结构施工，墙顶竖向位移监测有变小趋势并逐渐稳定(参见图5)。

图4　围护墙体深层水平位移变化曲线

5.3　桥墩沉降监测

车站围护结构距离高架桥承台最小净距1.15 m，对基坑两侧34和35号桥墩进行沉降监测，图6为高架桥墩沉降变形曲线。

桥墩沉降变化规律与围护结构墙顶竖向位移变化基本一致，基坑开挖前期，随着基坑开挖深度增大，整体下沉约0～3.5 mm。同时根据测斜监测数据，基坑开挖至基底变形最大，坑外主动土压力增大，导致桥墩出现下沉现象，说明围护结构的变形对高架桥墩的沉降影响是比较明显的。随着底板浇筑完成、主体结构施工及地下承压水影响，高架桥墩呈上升趋势并趋于稳定。

基坑开挖期间，坡内基坑周边地表整体上升2～4mm(控制指标15mm)，坡顶高架桥墩31及38号整体上升4～6 mm(控制指标8 mm)，均未超设计控制标准，显示基坑施工过程中对沪通铁路高架桥墩影响较小，基坑围护结构深层水平位移也在控制范围内。基坑处于安全可控状态，有效地保护了周边环境，围护结构方案切实可行。