地铁车站风道盖挖支撑失效原因及修复技术

□文 /秦银刚

1 工程概况

某地铁车站1号风道基坑长约57.8 m、宽约23.4 m、开挖深度约10.5 m。基坑东侧距某大学宿舍楼约7.06 m。该宿舍楼共5层，16.3 m高，筏板基础。因需解决管线迁改路由问题，风道采用明挖+盖挖结合的施工方法。

根据管线迁改需要，横向盖板宽度为11.7 m，在盖挖范围内设置3排格构柱，每排5根，作为盖挖区域顶板的竖向支撑；盖挖区域利用结构永久顶板作为支撑结构，顶板厚度为700 mm，明挖-盖挖区域分界点的挡土墙高度为3.5 m，宽度600 mm，挡土墙钢筋按构造要求锚入顶板内。明挖区域竖向设置2道φ609 mm t16钢支撑，腰梁为［40c槽钢，平面支撑间距约3.5～4.0 m；整个基坑采用φ800 mm@1 000 mm钻孔灌注桩+φ800 mm@500 mm三重管双高压旋喷桩止水帷幕作为围护体系，钻孔灌注桩嵌入深度为8.5 m。见图1。

图1 基坑设计平面

2 事故经过

明挖区域开挖至8 m时，20：00左右在3-6轴范围内采用2台小挖机向盖挖区域内掏土，顶板上采用2台长臂挖机配合出土，掏土最大宽度约4 m(向车站方向)、长度约 30 m、深度约 3.8 m。转天 8：00，巡检时发现2根格构柱变形较大，遂将顶板上机械移走，清理板顶存土及其他物料；11：00，格构柱变形明显增大，和明挖交界处的格构柱全部变形，见图2；12：00经专家现场研究决定，对明挖区域已开挖土方进行回填，回填至第二道支撑下方；次日2:00土方已回填至第二道支撑底部，12：00盖板下土方无法回填部位采用M1.0砂浆回填。

图2 格构柱损坏

3 事故原因

3.1 土方开挖问题

为便于盖挖土方开挖，施工单位先将明挖区域土方一次性开挖到设计标高，一次性开挖高度约7.5 m，然后从明挖区域向车站主体方向进行盖挖掏土施工，未遵循时空原理进行分层、分段开挖。从地面到基坑底的土质情况依次为杂填土、素填土、粉质粘土，其中6-1、6-4粘土呈软塑状态且厚度约为4.4～7.5 m，刚好位于基坑开挖范围之内。软塑土结构一经扰动破坏，强度就会急剧下降甚至呈流动状态，盖挖区土在扰动情况下有向明挖基坑滑动的倾向，侧向推压格构柱，导致格构柱变形。格构柱柱顶开裂形态和土滑动趋势方向相吻合。

3.2 格构柱质量问题

现场暴露出的格构柱截面尺寸＜530 mm×530 mm，缀板焊缝不密实，降低了格构柱整体刚度，给支撑系统的稳定带来不利影响。格构柱桩孔周边也未按图纸要求进行密实性回填，增加了格构柱在开挖前的不稳定因素。

3.3 超载现象

由于种种原因，现场掏挖出的土没有及时运送到弃土场，而是堆在现场盖挖顶板上，局部地方堆土高度超过设计允许值。长臂挖掘机直接坐落于顶板施工作业，导致局部顶板承受荷载超过设计允许值。

3.4 监测失效

事故发生后，专家团队到现场，施工单位未能提供相应监测数据。现场查勘发现部分监测点已被损坏，部分监测点被建筑器材占压。因为监测失效，致使基坑开挖过程中不能及时发现隐患，无法判断施工工艺和施工参数是否符合设计计算需求，支撑系统受力是否均衡性无从得知，在基坑发生事故事前也发现不了征兆。

4 处理措施

4.1 应急处理措施

将盖板上机械移走，清理板顶存土及其他物料；恢复监测点并进行第一次监测取值，监测频率确定为每隔4 h监测一次；对明挖区域及已掏挖的盖挖区域进行土方回填，明挖区域回填至第二道支撑下方，盖挖区域回填至顶板位置，盖板下土方无法回填部位采用M1.0砂浆回填，确保回填密实。

4.2 永久处理措施

4.2.1 方案比选

监测数据表明，采取应急处理措施后，周边环境、基坑围护结构变形等趋于稳定。经研究有两种方案可以修复事故基坑：

1）维持原设计方案，对盖挖区域失效的格构柱进行脱换；

2）补强围护结构，拆除原盖挖顶板，整个基坑进行明挖施工。

方案一具有利用原来围护结构、不再另外增加围护结构，原来顶板和纵梁也利用，不迁改管线等优点。其缺点为：托换格构柱钻孔灌注桩需穿透既有梁板，钻孔范围切断纵梁钢筋，钢筋接头位于同一截面内，结构永久受力有待进一步验算且纵梁箍筋破除较多，构造要求也难以满足。考虑到土方开挖后回填土的密实性，对原状土以上部分的灌注桩浇筑需采用钢护筒保护；同时考虑结构永久受力及施工钻孔灌注桩的难易程度，该方案最终被放弃。

方案二虽然增加了围护结构并且需迁改管线，但结构简单、受力明确，永久结构整体性及耐久性有保障，施工操作方便，最终选用方案二。

4.2.2 方案实施

在盖挖区域两端紧贴原止水帷幕增加φ800 mm@1 000 mm钻孔灌注桩，桩长同原设计明挖段桩长，由车站主体向明挖区域方向延伸，与原明挖区域打结3根桩位置，再紧贴新施工钻孔灌注桩增加一排φ800 mm@500 mm三重管双高压旋喷桩止水帷幕，新老止水帷幕之间采用旋喷桩重合搭接；桩顶设置冠梁，第一道设计为1 000 mm×1 000 mm钢筋混凝土支撑，第二道为φ800 mm t16钢支撑；见图3。为避免盖板破除导致围护结构松动，两边距离原围护结构1.5 m、斜向45°范围内的盖板采用静力切割技术拆除，其他范围内采用机械破除方式进行。为避免开挖二次扰动东侧大学宿舍楼，事先在围护结构外进行土体注浆固结。

图3 最终修复方案平面

5 结语

该工程修复施工现已完成。从事故原因分析来看，监测作为地下工程建设“眼睛”的作用不能忽视，施工中应加强监测与巡视，在出现事故征兆时及时采取措施予以预防；施工前应详细研究地质情况，针对不同地质采取与之相适应的开挖技术方能保证施工顺利进行；施工应加强过程管控，现场实施情况应与设计工况相符。