地铁深基坑支护技术方案研究

2019-03-08

天津建设科技 2019年6期

基坑开挖既是修建基础与地下工程过程中长时间存在的一个传统课题，也是岩土工程中存在的一个综合难题[1]，在基坑土方开挖和支护施工过程中要加强监测并及时反馈信息[2]。目前国内常用深基坑支护技术有土钉支护、复合土钉支护、喷锚网支护、排桩支护、桩锚支护，深层搅拌水泥桩、高压旋喷桩、地下连续墙、环形支护结构等[3～4]，

郑州市奥体中心站是目前该市在建的最深基坑，支护难度大、施工周期长，根据土层特性和当地的施工经验，采用了上部土钉墙、下部灌注桩+内支撑的支护结构形式。

1 工程概况

奥体中心站为地铁14号线与6号线的换乘车站，呈T形换乘，其中14号线南北向敷设，6号线东西向敷设。

奥体中心站14号线车站总长219.9 m，站台宽度为14 m，标准段外包总宽23.3 m，车站埋深为28.7 m。奥体中心站6号线车站总长198.2 m，标准段外包总宽24.1 m，车站埋深为37.3 m。车站顶板覆土12 m，车站共设置6个出入口通道、3组风亭，14号线车站为两层三跨箱型框架式结构。

2 工程地质

沿线地层分布稳定，基坑开挖影响范围内土层的主要物理力学参数见表1。

表1 土层的主要物理力学参数

3 基坑支护结构形式

上部采用土钉墙支护，基坑深13.1 m。一级坡高8.2 m、1∶0.75放坡、平台宽3.0 m；二级坡高4.9 m、1∶0.75放坡、平台宽6.0 m。下部采用灌注桩+内支撑支护，基坑深25.8 m，灌注桩长44.8 m、直径1.2 m、间距1.45 m，1道混凝土支撑+4道钢支撑，见图1。奥体中心站6号线车站和14号线车站的深基坑分段支护尺寸见表2。

图1 基坑设计模型

表2 深基坑分段支护尺寸 m

3.1 上部土钉墙

主体结构顶板以上土体采用45°角放坡开挖，边坡采用ϕ25、22、20 mm、长5～11.2 m锚杆进行支护；外加ϕ120 mm加强土钉。坡面挂ϕ8 mm@150 mm×150 mm钢筋网片，喷射100 mm厚C20混凝土，以保持桩间土体稳定。

3.2 下部灌注桩+内支撑

6号线标准段围护结构采用ϕ1 200 mm@1 450 mm钻孔灌注桩，主体围护结构第一道支撑采用800 mm×1 000 mm混凝土支撑，其余支撑采用钢管支撑。标准段围护桩入土深度22.0 m。

14号线标准段围护结构采用ϕ1 000 mm@1 200 mm钻孔灌注桩，主体围护结构第一道支撑采用800 mm×1 000 mm混凝土支撑，第2～4道支撑采用钢管支撑。标准段围护桩入土深度15.0 m。

3.3 支护结构的数值模拟

运用有限元对支护结构进行数值模拟，见图2。

图2 支护结构位移模拟结果

从图2可以看出，桩顶以上土钉墙段产生向基坑方向的位移，即图2中X轴的负向位移，位移云图呈圆弧状分布，与土体的滑移线形状接近，最大水平位移为14.98 mm，满足相关规范的要求[1]，验证了设计方案的合理性。

4 基坑降水

14号线车站基坑长度219.9 m，宽度23.4 m，深度33.3 m；6号线车站基坑长度207.6 m，宽度23.7 m，深度40.7 m；深管井距基坑上口以下12.4 m，降水井按潜水非完整井计算。

6号线基坑设置39个降水井，井间距为9.5 m，井深41.17 m；14号线设置25个降水井，井间距为15 m，井深33.899 m。

5 基坑监测

共布设地表沉降点153个；结构桩(坡)顶水平位移监测点103个；围护结构桩(坡)顶竖向位移监测点103个。

对奥体中心站深基坑的水平位移和基坑顶（土钉墙顶部）地表沉降进行了实时监测，从2017年10月15日—2018年5月13日，共计超过250 d，监测结果见图3和图4。在施工期间对基坑周边地下水位进行了观测，结果见图5。

图3 灌注桩水平位移变化曲线

图4 基坑顶的水平位移变化曲线

图5 基坑周边地下水位下降曲线

2018年5月8 日底板浇筑，监测的变形达到稳定值，最大变形值见表3。

表3 监测变形最大值

整个基坑开挖期间，水平位移最大的26.2 mm是地表下6.0 m处，满足相关规范规定的±30.0 m的控制值要求。水平位移观测期间内，未发现沉降异常，测得的最大位移速率为1.40 mm/d，为初期开挖基坑阶段，随着灌注桩的施工和钢支撑的架设，沉降速率变得平缓稳定，最大位移和变形速率均满足规范要求。地下水位变化比较稳定，在降水达到设计要求后，由于土方的开挖、支护施工，对水位产生一定的波动，基坑施工初期20 d内的水位最大下降为30 cm，之后的水位下降速率基本控制在0.5 mm/d之内。