复杂条件下地铁地下车站施工技术探讨

张贺鹏 陆 玮

（1.苏州工业职业技术学院，江苏 苏州 215104；2.苏州市轨道交通集团有限公司，江苏 苏州 215004）

0 引言

自1863年伦敦开通世界上第一条地铁，到1971年我国第一条地铁通车，再到2012年，苏州作为第一个地级城市开通地铁[1]，地铁建设的步伐越来越快，它不仅缓解了交通压力，还带给了人们一种新的绿色交通出行方式。但是相比其他工程，地铁工程规模大、风险高、专业复杂，与工程周边环境相互影响大，因此施工难度也更大。某地铁地下车站处于高地下水位、承压水层、古城核心区、临近文保建筑等复杂环境下，本文对该复杂条件下的车站施工的关键技术进行分析。

1 地铁施工环境影响因素

1.1 土压力

地铁地下车站施工时先要将地表土体开挖，由于土体被挖去，地应力平衡逐渐被打破，周围土体会出现坍塌。为防止坍塌，需要在基坑周围预先施工围护结构，进行基坑支护，围护结构也会受到周围土体对其的侧压力。地铁地下车站一般为2～3层站，基坑开挖深度比较深，可达到15m以上，甚至20～30m[2]，属于深基坑工程，这就意味着地铁基坑围护结构承受的土压力会比较大，因此地铁地下车站施工对围护结构的选择和施工质量的要求也会更高。

1.2 地下水

城市地表以下一般含有丰富的地下水，主要分为潜水和承压水。潜水指埋藏于地表以下，并且是第一个稳定隔水层上的地下水，一般不存在水压力或者局部有较小水压力，而承压水则比潜水埋藏深，它是存在于两个隔水层之间的地下水，由于上层隔水层的限制，会承受静水压力。当基坑开挖至顶板上方覆土不足以抵抗承压水水头压力时，承压水层的水体就会冲破顶板，发生突涌，地下水的渗流也会导致发生流砂、流土等，这都会使得基坑变形、失稳、破坏，引起周围地表沉降等[3]。因此，基坑施工时控制好地下水非常重要。

1.3 交通压力

地铁车站一般处于城市核心地带，本身交通压力就很大。然而由于地铁建设规模的影响，地铁施工占道周期往往较长，占用场地面积也较大，这就不可避免地减少了原有道路的通行能力，增加了施工路段的交通压力。这也会加剧周边居民的交通心理负担，因此在选择施工方法时，既要满足施工需求，还要考虑社会效应，尽可能地减少施工对交通造成的负面影响。

1.4 邻近建筑

由于地铁地下车站施工时基坑内土体被挖去，基坑外土体在水平方向会失去原有平衡，虽然围护结构能使基坑外土体有一定的水平抗力，但是由于基坑外土压力较大，围护结构刚度有限，这些土体在自重及上部荷载作用下不可避免地会发生压缩，从而导致周围地表沉降[4]。当周围地表沉降过大，基坑周围的建筑物就会出现沉降、变形、倾斜，甚至倒塌。因此，地铁地下车站施工一定要有效控制周围地表沉降，尽量减小开挖对周围建筑物的影响。

2 工程概况

某地铁地下车站总长246.90m，宽20.70m，采用地下二层单柱双跨框架结构，基坑开挖深度16.95～17.336m。车站位于古城区核心地带，道路通行宽度仅约20m，东侧为两处重要文保建筑，西侧为沿街商铺，车站主体东侧距第一处文保建筑围墙最小距离约10.6m，距建筑内房屋最小距离约43.4m，距第二处文保建筑地下室最小距离约4.22m。车站所处场地水文条件复杂，地下水位较高，基坑施工范围内存在潜水含水层、浅部微承压水含水层、深部承压水含水层，其中潜水稳定埋深一般为0.90～3.70m，微承压水稳定埋深为2.72m，承压水稳定埋深为4.46m和5.47m。

3 施工方案选择

根据该站地质条件、车站埋深、地下水位情况，基坑围护结构采用地连墙+内支撑支护方式，地连墙墙深36.5m，插入承压水层6m隔断承压水层。为保证周边交通出行和施工场地需求，同时考虑施工难度、效率及造价影响，车站主体结构采用半盖挖顺作法施工，基坑东侧南北通长设置宽6.3m的铺盖，南端头井设置宽6.8m的铺盖（铺盖设置见图1），同时设置格构柱。

图1 铺盖布置图

为控制基坑周围文保建筑及其它建筑变形，主体东侧基坑地墙接缝采用MJS工法桩止水，全基坑范围采用钢支撑轴力伺服系统，对支撑轴力实时自动检测及自动补偿，并且加强对周围建筑物的监测，监测出现异常时应加强监测频率，同时预留应急措施。

4 施工技术要点

4.1 地下连续墙施工技术

地下连续墙是用挖槽设备在地下形成很深的基槽，通过泥浆护壁防止基槽坍塌，然后在基槽内放置钢筋，浇筑混凝土，从而形成坚固的墙体。由于其具备良好的截水、防渗、挡土能力及安全可靠性[5]，因此，对于高地下水位、有承压水地层的复杂水文条件地区，地下连续墙是地铁深基坑围护结构的最佳选择。

该车站地下连续墙共98幅，其中标准幅86幅，厚800或者1000mm，异形幅12幅。总体施工顺序：东北侧先期开始，从北向南施工至东南角，基坑东半侧施工完成后施工西侧地连墙。具体施工要点如下：

（1）导墙施工。导墙底部深入原状土大于30cm，确保导墙稳定性；导墙拐角处应延伸出一段距离，以免后期成槽断面不足，妨碍钢筋笼下槽。

（2）泥浆。泥浆选用一级膨润土泥浆，以提升泥浆护壁性能、携渣能力、稳定性；施工时槽内泥浆面要比地下水位至少高0.5m，比导墙面至少低0.3m。

（3）成槽。合理划分成槽顺序，为保护周围文保建筑，采用隔三跳一的方法控制成槽顺序，减小连续成槽对周边土体的影响；槽壁垂直允许偏差不大于1/300，成槽过程中如果发现有偏斜，应及时调整。

（4）清槽和换浆。清槽后槽底沉渣厚度要小于10cm；当槽底沉渣厚度满足要求时，即可开始换浆，置换后泥浆是否合格，以取样试验为准；换浆时应及时向槽内补充新配优质泥浆以保持泥浆液面平衡。

（5）接头。该工程地下连续墙采用H型钢接头，远期盾构下穿影响范围内的地连墙接缝采用锁口管封口，钢筋采用玻璃纤维筋以预留盾构条件。

（6）钢筋笼。为保证地下连续墙钢筋笼整体稳定性和刚度，按设计要求在连续墙外侧面两侧设置X形剪力筋，并设置纵向横向桁架及可靠吊点，焊接牢固；为确保地下连续墙接头质量，钢筋笼水平筋均焊接在H型钢翼缘板上，以使H型钢和钢筋笼形成牢固整体。

（7）混凝土浇筑。钢筋笼沉放就位后4h内及时灌注混凝土，并应均匀连续灌注，因故中断时间不得超过30min；导管埋深应在2～4m，相邻两导管内混凝土高差小于0.5m，并且混凝土不得溢出导管落入槽内污染泥浆；混凝土灌注宜高出设计标高30～50cm，以保证墙顶混凝土强度满足设计要求。

4.2 MJS工法桩施工技术

MJS工法相比传统工艺对施工条件适应性强，能在5～360°任意角度扇形截面内进行旋喷桩施工；对周边环境影响小，可通过调整排泥量，控制地内压力，有效控制喷射注浆引起的地基隆起和下沉，减小施工对相邻建构筑物的影响[6]。

该工程共用56根MJS工法桩，主体基坑东侧地墙接缝、厚度不同的地墙接缝及采用锁口管的地墙接缝均采用MJS工法桩止水，采用P·O42.5级普通硅酸盐水泥，直径2000mm，水泥掺量不小于40%，桩体28d无侧限抗压强度不小于1.0MPa，取芯检测数量不应少于总数的2%，并不得少于3根。每根桩的芯样数量不宜少于5组，每组不宜少于3件试块。具体施工技术要点如下：

（1）下注浆管。下注浆管前先在地表进行射水试验，待气、浆压力正常后，才能下管施工。

（2）试桩。施工前还要进行试桩试验确定施工参数，保证成桩质量。

（3）桩位施工。钻孔时应及时调整桩机水平，防止因机械振动或地面湿陷造成钻孔垂直度偏差过大，对邻近建筑结构造成破坏；严格控制喷浆提升速度，喷浆过程应连续均匀，若出现压力骤变，大量冒浆、串浆等异常情况，应及时提钻出地表排除故障；当提升至设计桩顶下1.0m深度时，放慢提升速度至设计高程；喷射作业结束后，用冒出浆液回灌到孔内，直至不下沉为止。

4.3 半盖挖施工技术

该工程主体结构采用半盖挖顺作法施工，既有效缓解古城核心区施工占道面积大、时间久对交通的负面影响，又相比全盖挖施工减少了施工难度，便于控制施工质量，降低施工风险[7]，具体工序如图2所示。

图2 半盖挖顺作法施工工序

半盖挖顺作法施工要点如下：

（1）立柱桩和格构柱。该工程采用钻孔灌注桩和格构柱分别作为铺盖结构的立柱桩和临时立柱；立柱施工要严格控制平面位置和垂直度，否则容易引发盖板不均匀沉降，甚至坍塌等事故；格构柱应随立柱桩钢筋笼安装就位，并插入立柱桩3m，插入深度误差不超过5cm，格构柱垂直误差1/300，平面误差不超过2cm。

（2）基坑开挖。基坑开挖按照纵向分段、竖向分层、层与层之间放坡设平台的方式进行（见图3）。每层开挖厚度根据两层支撑间距确定，各层土体层间平台宽度约6m，总体纵坡控制在1∶3以内，每层开挖深度为每道支撑下0.5m；纵向每段长度15～25m，每小段长度10m。铺盖范围土方利用小型挖机倒至基坑无铺盖部位，通过支撑中间空隙运出基坑；开挖过程中严格控制施工荷载，保证铺盖荷载安全。

图3 开挖步序图

（3）铺盖和支撑。该工程铺盖采用300mm厚现浇混凝土板，标准段竖向依次设置一道钢筋混凝土支撑，四道钢支撑，钢支撑全部采用自动伺服系统；现浇铺盖与钢筋混凝土支撑同时施工，每段铺盖与其接头部分的冠梁整体施作，铺盖横向钢筋锚入冠梁不小于35d；钢支撑施工严格做到随挖随撑，控制无支撑暴露时间，其中铺盖下钢支撑安装采用分节吊装法将钢支撑运至基坑开挖面，然后安装拼接，最后吊装到位，必要时小挖机配合作业。

（4）支撑拆除。支撑拆除应等到底板、中板、顶板混凝土强度达到设计强度；拆除前先对上一层钢支撑预加轴力至设计值以保证基坑安全；拆除时需逐级释放轴力，避免轴力瞬间释放过大而导致结构局部变形、开裂。

5 结束语

面对地下水位较高，基坑范围内存在承压水，处于城市核心地区的地铁地下车站施工，可以采用地下连续墙作为围护结构嵌入承压水层下部弱透水岩层的方法来隔断承压水层；主体结构施工可以采用半盖挖法施工来减小施工对周围环境的影响，并且还能减小全盖挖法施工的难度，有效控制质量；此外当施工场地临近重要文保建筑时，可以考虑采取MJS工法桩止水以及钢支撑轴力伺服系统自动检测及补偿轴力，并且加强对周围建筑物的监测。实践表明，该工程多种施工技术协同应用能够一定程度上保证复杂条件下地铁地下车站的施工安全及周围建筑物的安全。