车站明挖法施工围护结构变形施工控制

中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司，陕西 西安 710000

1 工程概况

某车站为地下三层岛式换乘车站，位于某市主城区。车站基坑长度约300m，开挖深度约26m。车站围护结构分段由小里程到大里程依次为：小里程端头井、标准段、加宽段、轨排井段、加宽段、大里程端头井、单渡线、单渡线端头井。

2 水文、地质

本车站所在地层为河流漫滩区，地面高程介于118.14～119.95m之间，地下水位较高，稳定水位埋深3.2～4.7m；本站所处地质分层情况依次：0～3m 为杂填土、3～9.2m 为粉砂（局部夹粉质粘土）、9.2～18.4m 为细砂（局部夹黏土）、18.4～36.8m 为中砂（局部夹粘性土）、36.8～42.2m 为粗砂（局部夹圆砾）。整体地质多为散粒体材料，无不良地质，存在季节性冻土。

3 围护结构与周边环境

车站采用明挖法施工，基坑单渡线位置长度约39.43m，宽处由13.17m 渐变为11.64m，平均开挖深度26.9m，采用厚度1000mm 地下连续墙作为围护结构，单渡线共设置四道支撑，支撑主要是两道砼支撑和钢管内支撑。

基坑临近某江，场地砂层深厚，地下水位高，补给速度快，微承压水头0.5～3.0m。车站东端头井南侧为2栋浅基础居民楼，距车站主体基坑最近距离8.4m，距单渡线基坑最近距离6.8m。

4 总体方案

4.1 设计施工方案

基坑开挖原则：分层分段开挖、先撑后挖。

土方开挖的分层、厚度及开挖深度如下：

第一层：▽118.61m～▽116.3m，开挖深度约3m；第二层：▽116.3m～▽109.4m，开挖深度约9m；第三层：▽109.4m～▽102.6m，开挖深度约16.5m；第四层：▽102.6m～▽97.1m，开挖深度约21.5m；第五层：▽97.1m～▽92.8m，开挖深度约26.5m；

以本车站单渡线施工段“1-1”剖面为分析断面。单渡线施工段支撑布置为：第一道、第三道为砼支撑，第二道、第四道为钢支撑。

4.2 主要施工控制要点

4.2.1 先撑后挖

第一阶段，开挖表层土（土体厚度约2m），冠梁和第一道砼支撑达到设计强度后，进行第二层土方开挖；开挖至第二道支撑面下0.5m，架设第二道钢支撑。进行土方开挖时，基坑内部降水必须在开挖面以下。

4.2.2 严禁超挖、欠挖

先撑后挖，防止围护结构变形过大。土方超挖，坑内土体卸载较大，导致围护结构发生更大的变形，对基坑造成不利的影响；土方欠挖，导致本道支撑架设位置与设计位置有较大偏差，当开挖到下一层土方的设计深度时，大大增加了下一道支撑的受力，进而增大了下部围护结构的变形。总的来说：土方超挖、欠挖不利于基坑围护结构变形的控制。

4.2.3 钢支撑预加轴力

单渡线施工段基坑，宽度由13.17m 渐变为11.64m，基坑跨度较小、空间小。为了节省工期，第二道、第四道采用钢支撑。钢支撑在其设计位置及时架设，并按设计要求施加预应力且稳定后锁定，继续向下开挖。

4.2.4 补偿灌浆

围护结构发生较大变形时，在外侧土体进行袖阀管注浆，及时填补土体孔隙，减小周边土体沉降。在补偿注浆时应控制注浆压力，减小注浆对围护结构的变形影响。

5 监控量测方案

依照设计文件，确定本车站基坑风险等级为一级，监测风险等级为一级。本车站主要监测项目为建筑物沉降（倾斜）、地表沉降、墙体水平位移、支撑轴力等。

5.1 测点布置

监测点的布设应该选取基坑典型断面进行布设，且各监测项目的监测点宜布设在同一断面上，以便各种监测数据相互印证，确保监测结果的可靠性。

5.1.1 建筑物沉降（倾斜）监测点布设

建筑物的外墙和承重柱上，测点间距10～15m，均匀布设。

5.1.2 地表沉降测点布设

沿基坑长边方向每30m 布置1 个监测断面，与围护结构的水平距离分别为5m、5m、5m、10m、10m，钻孔深度至冻土层以下。

5.1.3 围护墙体水平位移布设

沿基坑长边方向每30m 布置1 个监测断面，与地表监测点断面保持一致，深度与地连墙等长。

5.1.4 支撑轴力布设

沿基坑长边方向每30m 布置1 个监测断面，混凝土支撑采用钢筋应力计，位置宜选择支撑长度的1/3 处，钢支撑安装反力计。

5.2 监测数据分析

选取“1-1”剖面围护墙体测斜管ZQT15 和ZQT12 的监测数据代表进行分析，见图1，选取本断面支撑轴力监测数据，见图2。

图1 “1-1”剖面墙体水平位移时程曲线图

图2 “1-1”支撑轴力时程曲线图

图3 “1-1”剖面地表竖向位移时程曲线图

图4 “1-1”剖面建筑物竖向位移时程曲线图

随着基坑开挖深度增加，监测数据与工况呈现一定的规律性：（1）第一道砼支撑达到设计强度后，开挖第二层土，地连墙向基坑内侧变形，第一道砼支撑轴力增大；（2）土体超挖，钢支撑架设滞后，地连墙继续向基坑内侧变形，第二道钢支撑轴力明显增大，周边地表、建筑物继续发生沉降；（3）开挖深度约16.5m，第三道砼支撑架设，达到设计强度前暂停开挖，地连墙位移变化较为平稳，周围地表和建筑物缓慢沉降；（4）开挖深度约为21.5m 时，第三道砼支撑轴力明显增大，地连墙在开挖处变形显著，第一、二道支撑轴力开始减小，第四道钢支撑架设并施加预应力后，地连墙变形速率收敛；此时地表沉降速率增大，开始启动地面注浆，由于注浆压力较大，进一步引起地连墙发生变形；（5）开挖到底板高程，快速封底后，支护体系各项监测指标趋于平稳；由于持续灌浆，周围地表抬升明显，建筑物略有抬升，随后趋于稳定。

6 结语

地铁车站明挖法施工，随着基坑开挖深度的逐渐增加，围护结构逐步发生变形，周边建筑物和地表也开始发生明显沉降。开挖施工中，架设钢支撑要及时，并且要施加足够的预加轴力，混凝土支撑在架设，一定要达到设计强度才能进行下一步的开挖施工，还要严格控制超挖。对于地连墙变形而引起周围地表、建筑物的变化，应采取补偿灌浆施工，填充地连墙与周边土体之间的空隙，以控地表和建筑物的沉降，但要严格控制灌浆压力。