武汉地铁11号线涉铁深基坑支护设计及监测分析

梁天福

(武汉地铁集团有限公司 武汉 430000)

随着城市地铁建设的加快，越来越多的地铁线路需要与城际铁路交叉，临近城际铁路的深基坑开挖越来越多，施工过程容易导致铁路变形、沉降，影响铁路运行安全[1]。特别是盾构风井以及地下车站深基坑，开挖深度一般超过20 m，如果不进行有效地支护和高精度地监测，会给城际铁路的运营带来很大的安全隐患[2]。本文以武汉轨道交通11号线紧邻武黄城际铁路的葛店段工程为例，通过提出深支护设计方案以及智能化监测技术，实现及时预警，以确保基坑开挖安全，消除安全隐患，减小对武黄城际铁路的影响。

1 工程概况

新建武汉地铁11 号线三期葛店段工程左岭站-葛店南站区间风井紧邻武黄城际铁路桥(153号～155号桥墩，约K23+050处)，基坑开挖尺寸为28.2 m×26.3 m，开挖深度为25.16 m，采用明挖法施工，基坑距武黄城际铁路桥桥桩约26 m。葛店南站车外包总长度600 m，标准段宽度21.1 m，基坑开挖深度约为15.8～22.7 m，距离武黄城际葛店南站铁路桥(196号墩～209号桥台，约K024+444-875处)桥台边最小距离约为20.9 m。地铁葛店南站北侧出入口设于武黄城际葛店南站高架桥跨正下方，出入口基坑宽度为7.9 m，开挖深度约为11.0 m，距桥桩承台边(198号～199号桥墩处)最近距离为6.5 m。

本次临近基坑支护及监测的范围为：区间风井及临近武黄城际铁路桥、地铁葛店南站深基坑、北侧出入口深基坑及临近武黄城际铁路桥。

武黄城际铁路桥技术标准：客运专线，无砟轨道，设计时速200 km/h。

2 工程地质及水文条件

2.1 工程地质条件

拟建葛店段地面高程约16.5～33.5 m。地貌单元属于剥蚀堆积平原区，相当于长江III级阶地。基坑开挖影响深度范围内的地基土特征及分布如下。

(1-1) 杂填土。由黏性土与碎石、块石等混合而成，层厚 0.40～4.40 m。

(1-2) 素填土。主要成份为黏性土，局部含少量植物根系及碎石。该层土均匀性差，层厚 0.60～10.00 m。

(1-3) 淤泥(Ql)。流塑状态，富含有机质，局部混生活垃圾，其厚度 0.50～4.40 m。

(6-1)黏土(Q4al+pl)。可塑，厚度 1.30～7.90 m。

(10-1)粉质黏土(Q3al+pl)。可塑，局部硬塑，厚度 1.10～9.100 m。

(10-2)黏土(Q3al+pl)。硬塑状态，局部坚硬，厚度 0.90～15.80 m。

2.2 水文地质条件

拟建场地地下水主要为上层滞水、基岩裂隙水。上层滞水主要赋存于场地上部人工填土中，基岩裂隙孔隙水多赋存于砂岩裂隙中，对拟建工程基坑开挖施工影响较小。

2.3 地震动参数

拟建场地为II类场，抗震设防烈度为6度，地基本地震动峰值加速度为0.05g，反映谱特征周期为0.35 s。根据GB 50909-2014 《城市轨道交通结构抗震设防规范》，拟建工程属重点设防类。应按6度设防提高1度采取抗震措施。

3 基坑围护方案

3.1 区间风井

左岭站-葛店南站区间风井设置于区间中部，围护结构采用直径1 200 mm、间距1 400 mm钻孔灌注桩，对基坑浅层填土层进行高压旋喷桩止水[3]。基坑设置4道支撑，其中第一、三道为混凝土支撑，第二、四道为钢支撑。风井与铁路桥梁的立面关系见图1。

图1 区间风井与武黄城际铁路桥立面关系图(单位高程，m；尺寸，mm)

3.2 葛店南站

葛店南站与铁路桥梁的立面关系见图2。

图2 葛店南站与城际铁路桥相互关系剖面示意图(高程，m；尺寸，mm)

地铁葛店南站为地下两层岛式站，主体围护结构基坑采用直径1 200 mm、间距1 500 mm 钻孔灌注桩，对基坑浅层填土层进行高压旋喷桩止水。基坑设置3道支撑，第一道为800 mm×1 000 mm混凝土支撑，第二、三道支撑主要采用直径609 mm钢支撑(t=16 mm)，大里程盾构端头井处距铁路较近处，第二、三道均采用混凝土支撑，基坑围护采用直径1 200 mm、间距1 400 mm钻孔灌注桩[4]。

3.3 葛店南站北侧出入口

地铁葛店南站北侧出入口设于城际铁路葛店南站高架桥跨正下方，出入口基坑围护结构采用直径1 200 mm、间距1 500 mm钻孔灌注桩，对基坑浅层填土层进行高压旋喷桩止水。基坑设置2道支撑，第一道为混凝土支撑，第二道为直径609 mm钢支撑。为确保城际铁路高架桥安全，在坑外2 m处增设直径1 000 mm、间距1 200 mm隔离桩，以控制出入口基坑变形及铁路桥墩顶水平位移及沉降。

地铁基坑设计时，采用大直径钻孔灌注桩，桩间进行旋喷止水；设置钢筋混凝土支撑，并在坑外设置隔离桩。以上措施增大了基坑支护自身刚度及基坑整体稳定性[5-6]，阻隔地基附加应力和地层变形传递，减小基坑开挖对武黄城际铁路影响。葛店南站北侧出入口与铁路桥梁的相互关系见图3。

图3 葛店南站北侧出入口围护结构与城际铁路桥相互关系图(单位高程，m；尺寸，mm)

4 监测技术、监测点布置及监测标准

4.1 监测技术

本工程采用全自动智能监测方法，利用精度±0.5″的全自动全站仪，全天候实时采集数据。全自动全站仪采集到监测数据后，通过通讯模块进行无线传输，在室内完成整个数据的采集和输出。自动化变形监测系统组成见图4。

图4 自动化变形监测系统组成部分示意图

4.2 监测点布置

对于铁路桥梁道床的监测：临近区间风井及葛店南站基坑的一股轨道在沿铁轨方向的道床上每5 m设1个监测断面(竖向和水平位移共用)。监测点采用L型小棱镜(轨道外侧)和反射片(轨道内侧)相结合的方式布设，道床监测点布点见图5。

图5 道床监测点布设示意图

对于接触网柱的监测：在影响范围内，在每根接触网柱上布设2个竖向位移监测点(兼做倾斜监测点)和1组倾斜监测点，并统一编号。接触网立柱监测布点示意见图6。

图6 接触网立柱监测布点示意图

4.3 监测标准

综合相关规范关于墩台顶位移限值、线路轨道静态几何尺寸容许偏差管理值的规定，并结合武汉轨道交通下穿国铁经验，本工程涉及的武黄城际铁路为无砟轨道，为后期沉降预留，控制轨道及墩台顶位移限值在水平、竖向均为2 mm。接触网立柱两相邻悬挂点等高相对差不得大于10mm，立柱顺、横线路方向倾斜允许偏差不超过0.5%。

5 监测成果分析

监测自2020年4月开始，至2020年9月，由于葛店南站深基坑范围较大，且出入口基坑下穿铁路桥也会产生较大影响，故选取葛店南站左侧道床断面(每隔10个)进行监测点数据分析，其中道床共2排监测点，76个截面，分别对水平位移和竖向位移进行分析，分析结果见图7和图8。

图7 道床监测点水平位移示意图

图8 道床监测点沉降示意图

由图7、8可见，道床水平位移和沉降位移随时间基本呈增大的趋势。在初始开挖及支撑间土体开挖之后，下一道支撑支护前位移和沉降先加快，然后慢慢趋于稳定。水平总位移不超过0.5 mm，累计沉降不超过0.5 mm，满足2 mm的限值要求。另外，靠近基坑中部的测点水平位移和沉降值较大[7]。地基开挖后，土体的沉降时间较长[8]，需持续不断地精密监测。

葛店南站深基坑影响范围中城际铁路桥梁接触网监测点布置于12根立柱上，并隔根作出接触网立柱倾斜度-日期关系曲线，倾斜度变化见图9。

图9 接触网立柱监测点倾斜度示意图

由图9可见，接触网立柱的倾斜度曲线变化规律与道床变形规律基本一致：开挖初期或加作支撑前变化较大，后期慢慢趋于稳定。总倾斜度不超过0.06%，远小于0.5%，满足要求。

本工程位于铁路站房及附近区域，城际列车整体行车速度较慢，各类变形限值理论上可以适当提高。

6 结论

1) 本项目基坑设计围护结构采用直径较大的钻孔桩及3～4层钢/混凝土支撑，配合高压旋喷桩止水，能够很好地控制铁路桥梁变形和沉降。

2) 本项目采用的智能化监测技术，能够有效地对深基坑开挖进行检测，保证基坑开挖安全和城际铁路的正常运营，且监测过程对铁路运营几乎无影响。

3) 基坑开挖后，土体沉降变形时间较长。在土体开挖加支撑之前，变形速度较快， 加支撑后变形速度趋于缓慢。距离基坑中部较近位置铁路变形量相对较大，反之较小。

4) 根据监测结果，本工程采用的基坑围护方案满足城际铁路变形限值要求。