复杂周边环境下地铁深基坑变形控制要点研究

周正永，马江伟，高威

（中建二局土木工程集团有限公司，广东 佛山 528000）

1 引言

随着近几年我国地铁项目建设不断推进，给城市发展带来了良好的推动作用，但是在地铁车站建设中，经常面临着周边环境复杂，地下管线众多、地下水位较高等不利因素，这为地铁车站深基坑施工带来了较大的难度，为了有效控制地铁车站深基坑变形问题，国外相关学者已经做出了深入研究，并在实际控制中取得了良好的成效。我国的地铁项目建设起步较晚，为此，必须积极借鉴先进的施工方法，加强深基坑变形控制，提高地铁车站的施工水平[1]。

2 项目概述

以广州市芳白城际地铁夏茅站为例，为地下3层单岛四线越行车站，整体结构全长430 m，地铁车站深基坑的宽度为36.1 m，深基坑开挖总深度在30.2 m；围护结构采用1 000 mm厚的地下连续墙，支撑系统采用3道混凝土支撑+1道φ609 mm钢支撑。车站沿夏茅商业大道布置，呈西南—东北方向，周围主要为夏茅村村民自建房、工业厂房及临街商铺，部分房屋需要拆迁，拆迁总面积为35 640 m2。车站东南侧为夏茅小学在，最近距离为12 m，车站的东西两侧均为商业开发区，如图1所示，将与车站同步进行开挖施工，存在“群坑空间效应”，控制车站基坑的变形是本工程重点、也是难点。

图1 车站地质总坡面示意图

从地质环境和水文条件分析来看，项目位于广从断裂带、古流溪河大地质区，溶洞发育且灰岩上部多上覆富水砂层。通过详勘钻孔，平均见洞率76%，岩溶发育程度为岩溶强发育，溶洞规模，0.1～10.8 m，平均洞高1.87 m。地层稳定性差，极易引起地表沉降，施工风险极大。

3 复杂周边环境下地铁车站深基坑变形原因

由于地铁深基坑大多位于城市地区，基坑周围有许多密集的建筑物，其中包括工业厂房、村民自建房以及临街商铺，因此，对基坑变形的环境影响也是严格要求的。影响基坑变形的因素很多，包括设计因素、施工因素和自然土体因素[2]。其中，设计因素包括基坑的平面尺寸和深度、挡土墙的刚度和深度、支座的刚度和支座的数量、支座的位置、预应力的水平和土体的加筋。据统计，设计因素引起的基坑事故占46%。因此，有必要从设计本身来研究设计参数对基坑变形的影响。由于数值模拟方法可以考虑不同工况下深基坑的变形和内力变化，并且取得了大量的研究成果。根据某地的环境特点，揭示了当地的地铁深基坑的损坏规律。

4 复杂周边环境下地铁车站深基坑变形控制要点

地铁项目建设中经常遇到复杂的周边环境，而在本项目的地铁车站深基坑工程建设中，需要对周边部分房屋进行拆迁，因此，必然会导致施工区域内地基受到影响，最常见的就是深基坑变形，根本危害就是对周边构筑物或者地下管线等环境带来结构沉降影响，具体影响环节包括基坑降水、土方开挖以及深基坑支护等。为了有效降低地铁车站深基坑支护产生的影响，必须加强地铁车站深基坑项目施工的有效控制，明确影响施工的各类因素，同时采取有效解决对错，将地质结构对深基坑施工造成的影响降至最低，从而达到良好的施工效果，满足城市地铁项目顺利实施的需求。以下针对地铁车站项目各工序的影响因素以及变形控制要点进行细致分析。

4.1 土方开挖环节深基坑变形控制要点

4.1.1 开挖施工方式

以上述地铁车站深基坑项目建设为例，在实际施工中选用明挖施工方式，施工过程中先做好周围的维护施工，将地下连续墙作为围护结构，同时建设格构柱与降水井。完成准备工作后，便可进行深基坑土方开挖施工。本项目土方开挖施工采用分段和分层开挖方式，开挖过程中，应结合每一段的开挖顺序，及时开展基坑支护，选择混凝土结合与钢架结构混合支撑施工。当基坑开挖后，可以分单元进行车站基坑主体结构施工，在这个环节施工完成后，对盾构区域与车站的其他结构进行施工。结合地铁车站主体结构，沿着主结构进行施工单元划分，保证每个单元的长度在12.76～34.1 m。在土方开挖施工中，主要包括两个开挖面，通过两端井巷基坑中心部位同时开展土方开挖，并且还要在盾构井部位设置平行的工作面，在地铁车站的深基坑开挖过程中，还要做好基底杂物的及时清理，从而保障底板单元施工的顺利进行[3]。

4.1.2 土方开挖准备阶段变形控制

对于维护结构，主要是利用钢支撑和混凝土支撑结构完成地下连续墙的支护施工。在实际施工中，将5个钢支撑结构与1个混凝土支撑结构设置在端头井位置，将4个钢支撑结构与1个混凝土支撑结构设置在标段位置，并且保证每一段的支撑结构都与土方开挖同步开展，随着地铁车站主体结构的建设，及时对支撑结构进行拆除。为了满足建筑工期要求，在实际施工中也要结合实际规划，对施工现场的条件和交通情况，遵循开槽支护的原则，并且保证先设置支撑结构，然后进行开挖，而开挖也要逐层进行，以免出现超挖现象。另外，施工区域内基坑开挖范围要达到硬化标准，符合土方机械设备对地面强度的要求，并且保证施工现场具备良好的排水效果，避免出现现场深基坑积水现象。

在基坑开挖前，要做好井点降水效果检查，如果降水效果与深度均满足基坑开挖要求，便要组织控制网测量，并且对施工区域内的桩点进行复测，重点关注导线点、高程点以及GPS网点测量。结合设计人员提供的数据以及对周边建筑情况的测量，进行放样测量，并对出现沉降的区域进行及时的纠偏。

4.1.3 深基坑变形控制

在本项目的基坑开挖过程中要加强现场检测，避免影响周围环境，并且要做到先探后挖，避免出现超挖现象。开挖过程中需要做好基坑降水工作，减少维护结构暴露在外部环境下的时间。对降水井附近的土方要谨慎开挖，避免对降水井造成破坏。为了避免地铁深基坑土方开挖产生的变形问题，可以采取以下措施：（1）要重视地下支撑结构，严格控制连续墙的成型质量，并且保证连续墙无缝、无衬线等问题，避免坑内存在流沙或管涌；（2）要保证土方开挖后暴露在外侧的土质情况与实际勘察无较差偏差，基坑开挖范围与深度与设计一致，场地水排放情况正常，基坑降水设施完善；（3）保证周边管道无泄漏或破损现象，检查周围道路地面陈建现象，避免存在裂纹和不规则沉陷[4]。

4.2 深基坑支护施工变形控制

4.2.1 冠梁、混凝土支撑施工控制要点

在降水井以及格构柱的施工环节中，要做好支撑部位与冠梁位置的土方开挖，拆除超灌的底线连续墙，并且保证混凝土支撑和冠梁施工保持一致，进行垫层夯实施工时，采用原土进行夯实，保证混凝土垫层厚度约为10 cm，并在上层设置隔离板，以此实现开挖支撑的作用，同时避免混凝土掉落对基坑内部施工人员造成伤害。在混凝土的支撑施工环节，还要结合作业面的宽度进行合理的挖槽，避免大面积开挖施工。在本地铁车站的深基坑开挖中，需要在阴角位置设置混凝土支撑，并且在主体结构施工达到预设强度后进行支撑拆除。

4.2.2 钢支撑施工控制要点

在地铁车站标准段的施工过程中，需要采用钢支撑结构和混凝土支撑结构共同完成支护，并且在盾构施工区域设置4道钢结构与1道混凝土结构，而且钢结构支撑还要设置钢联系梁，将其固定在联系梁上，起到良好的支撑效果。在钢结构支撑中，对深基坑稳定性具有一定的影响，所以，为了保障深基坑施工质量，必须做好钢支撑架设的准确度，并且严格按照设计图进行预应力施加，尤其是要做好斜支撑的制作，并且提高稳定性与轻度，满足抗变形要求。钢支撑架设能够确保深基坑土方开挖以及主体结构建设的安全性，有效控制基坑的位移与收敛，因此，还要结合时空效应，开展分层分段开挖施工，在土方完成后的8 h内进行支撑结构安装，并且设置预应力，在钢支撑安装过程中，还要严格遵守先设置支撑结构再进行土方开挖的顺序，保证基坑施工进度达到预期标准。

4.3 基坑降水控制要点

1）在地铁车站深基坑降水前，必须严格遵循专家设定的方案开展施工，并且做好相关培训工作；

2）基坑降水环节还要做好全方位的实时监控，基于提前设置在深基坑周围的监测点对基坑内水位和沉降变化情况进行观测，并且及时计算沉降量，当沉降到达报警值后，要及时制定有效应对措施；

3）降水环节中，还要对抽水设备和设备的运行情况进行仔细检查，保证抽水设备的工作压力和温度均符合正常运行要求，如果抽水泵运行过程中存在异常，要及时采取应对措施，使抽水泵快速恢复正常运行[5]。

在深基坑降水运行环节中，还要结合基坑开挖深度和开挖范围适当调节抽水泵的位置，避免抽水超前，在抽水环节中也要时刻关注水位情况，合理控制水位，满足基坑开挖需求，避免出现周围地质结构产生变形的现象。

4.4 承压水处理控制措施

一般而言，深基坑抽降承压水势必对周边环境影响较大，对承压水的处理控制措施要求较高，考虑到埋深不深，增加地墙构造配筋，隔断的承压水持续减弱，坑内承压降低就会对周边环境造成影响，同时邻地铁侧设置减压观测井及回灌井监测坑外承压水水位，并监测降水引起的周边环境变化，如出现明显沉降，可及时回灌。

5 结语

综上所述，地铁项目建设是我国城市建设的核心工程，但是在地铁车站建设中，经常会对周围复杂环境带来严重的影响，导致深基坑变形等危害，不仅影响周边建筑结构，同时也会存在破坏市政管线等风险。为此，人们模拟复杂周边环境的地铁车站深基坑变形施工情况分析，明确有效的控制方案，提高地铁工程的顺利实施。