临近土山大型深基坑安全技术方案研究

李进

（中铁建设集团有限公司基础设施事业部，北京 100040）

1 工程概述

北京朝阳站站房工程总建筑面积18.3 万m2，其中中央站房11.5 万m2、西站房6.8 万m2；站台总面积4.6 万m2；站台雨棚6.2 万m2。站房檐口高度37.2 m，屋面最高处46.3 m，雨棚屋面标高9.7 m。

站房地上2层，地下1层，局部设有夹层，站场设7台15线，西侧为普速车场、东侧为高速车场，高、普速车场通过南北两侧咽喉区连通，普速车场为3台5线，高速车场为5台10线，其中第3站台为普速、高速车场共用。

根据北京朝阳站站房工程初步设计批复和施工图设计文件，原定总体施工部署为站房工程与西侧公联综合交通枢纽（简称公联）、地铁同步施工。站房施工单位进场后，受公联及地铁建设单位征地拆迁进度滞后、开工手续尚未办理等因素影响，导致站房工程施工无法与公联、地铁同步开展。

经现场踏勘，站房西侧及公联、地铁建设范围内存在连体土山1 座（见图1），土山总方量112.75 万m³（其中站房红线范围内28.55万m³），土山最高点与地面高差为17.6 m，站房深基坑与地面高差最大18.0 m，站房基坑与西侧土山高差35.6 m（见图2），后续基坑施工将形成重大安全隐患。

图1 站房与土山位置关系

图2 土山与基坑高差剖面示意图

2 方案比选

方案1：结合综合枢纽工程一体化施工，联合公联及地铁建设单位，提前对土山进行整体清运。

优点：（1）有利于后期公联及地铁开展施工；（2）可有效降低深基坑施工安全风险；（3）现有基坑支护设计满足要求，无需深化设计；（4）土山清运后公联及地铁后续进场施工可临时满足站房施工场地及交通通行需求。

缺点：（1）站房、公联及地铁建设单位分属三方责任主体，整体清运意见目前暂不统一，协调难度大；（2）土山上既有树木权属责任主体不明，伐移手续办理难度大；（3）清运铁路红线外土山及后续场地占用需要办理临时用地许可证，耗费时间长。

方案2：土山清运至基坑边线，靠基坑侧土山放坡喷锚支护［1］（见图3）。

图3 开挖至基坑边线剖面示意图

优点：土方清运量及树木伐移量较小。

缺点：（1）站房基坑围护体系基坑边堆载过大，与原设计卸载方案不符，安全风险增大［2］，需重新深化设计并组织专家进行论证；（2）增加土山喷锚支护工程量，后期结算难度大；（3）基坑西侧施工道路无法贯通，站房西侧平行运输效率降低。

方案3：既有土山倒运至公联、地铁建设用地等站房基坑施工影响范围外（见图4）。

图4 土山内倒外运示意图

优点：站房范围内土方清运和公联、地铁建设范围内土方倒运可24 h 不间断同步实施，可有效提高土山清运效率。

缺点：（1）土山上既有树木需全部移除，伐移手续办理难度大；（2）土方倒运过程中安全文明施工压力大；（3）站房、公联及地铁建设单位分属三方责任主体，整体清运意见目前暂不统一，协调难度大。

方案4：西站房受土山影响区域结构推后施工。

从土山最高点按照1∶1放坡至西站房基坑坑底。受影响区域结构推后施工，后期与公联、地铁基坑同步开挖（见图5）。

优点：（1）基坑施工安全风险降低；（2）后续土方由公联、地铁建设负责清运，可有效降低成本。

缺点：（1）公联、地铁施工单位进场时间无法确定，站房施工工期无法保证；（2）因结构甩槎，对站房整体施工组织产生较大影响，无法在合同工期内完成既定施工任务。

方案5：土方清运至铁路红线西侧25 m外（见图6）。

优点：（1）站房基坑堆载满足设计要求，无需重新调整设计方案；（2）安全风险可控；（3）站房周边可形成环形道路，平行运输效率提高（见图7）。

缺点：（1）增加土山支护及土山坡脚挡土墙，后期结算牵扯单位多，难度增大；（2）土山上既有树木需全部移除，伐移手续办理难度大；（3）需要办理临时用地许可证，耗费时间长。

方案6：土方清运至铁路红线西侧16.5 m 外（见图8）。

优点：与方案5 相比，土方清运量及树木伐移量减小。

缺点：（1）站房范围内无法形成环形施工道路，平行运输效率降低；（2）增加土山支护及土山坡脚挡土墙，后期结算牵扯单位多，难度增大；（3）基坑边缘土方堆载大于设计方案，安全风险高，基坑支护方案需重新调整并需组织专家论证；（4）需要办理临时用地许可证，耗费时间长。

图5 影响区域推后施工剖面示意图

图6 清运至红线外25 m示意图

图7 环形道路示意图

3 比选结果

经方案综合比选（见表1），考虑站房基坑安全、道路通行、协调难度等因素，最终选定方案5。

图8 清运至红线外16.5 m示意图

表1 方案综合比选

4 变形监测

4.1 监测目的

在深基坑施工过程中，有必要采用科学的方法对基坑支护结构及周围环境进行综合、系统监控［3］。通过对北京朝阳站基坑的沉降、位移、支撑轴力、地下水位、周边管线变形等进行实时监测［4］，需达到以下目的：

（1）实时监测基坑位移、倾斜、支撑轴力及周边管线变形，并通过积累大量有效数据为了解该基坑状态提供数据基础。

（2）实时在线监测系统对基坑进行安全预警，包括通过对位移、轴力等监测指标的数值提前设置报警阈值，在该区域实际状态达到设定阈值时进行实时报警，方便相关单位及时发现隐患并采取措施。

（3）为判定当前状态的基坑稳定性与安全性提供数据支持与事实依据，通过监测的大数据为基坑修补、加固提供可靠的数据信息。

4.2 监测实施

监测系统由传感器子系统、数据采集子系统、数据传输子系统、数据库子系统、数据处理与控制子系统、安全评价预警子系统六大模块构成（见图9），传感器子系统和数据采集子系统完成各监测项目（参数）的测量、转换和数据采集［5］。

图9 监测系统组成

数据传输模式拟采用无线传输方式，将传感器与采集仪相连，然后通过网络传至云平台，借助GPRS网络实现数据传输，只要手机信号可达之处，即可进行传输，传输范围较广，不需要大面积连线，施工方便，安全可靠（见图10）。

图10 无线GPRS数据传输服务器系统示意图

4.3 监测内容

根据项目监测平面布置图，主要监测边坡水平位移和竖向位移、深层水平位移、锚杆内力［6］、支撑轴力、地面沉降，具体监测方法如下：

（1）边坡水平位移和竖向位移。通过拉线位移传感器监测边坡的水平和竖向位移。项目边坡为二级坡，设1 个监测断面，每级坡顶、坡底各安装1 个拉线位移传感器，共计2个监测点。

（2）深层水平位移（维护桩）。对边坡维护结构处的深部水平位移可通过倾角传感器反映结构深层水平位移。每个监测点垂直安装3个倾角传感器，该项监测内容在基坑开挖完成露出维护结构后安装。共计6个倾角传感器，部分监测数据及波形见图11、图12。

图11 部分监测数据汇总

图12 监测数据波形

5 结束语

目前，我国铁路站房及综合交通枢纽工程基坑开挖深度逐步增大，坑边堆载引发安全事故呈明显增多趋势。结合深基坑堆载处理方式，通过多方面综合分析，确定最优施工方案，可为受多方参建、施工手续繁杂、施工工期紧张等因素制约的工程提供借鉴。