淤泥质土层明挖地铁车站深基坑施工技术

马洪超

(中铁十二局集团第四工程有限公司，西安 710021)

1 工程概况

1.1 车站概况

杭州地铁机场快线西溪湿站为X形换乘车站，采用分坑施工法，基坑划分为5个独立区域A、B、C、D、E。其中，A、B区组成机场快线车站，为地下2层14 m岛式车站，结构长272 m，标准段宽23.1 m，基坑开挖深度约17.65~19.4 m，采用1 m厚地连墙+2道混凝土支撑+3道钢支撑的支护体系；由A、C、D、E区组成14号线车站，为地下3层8 m侧式车站，结构长511.2 m，标准段宽26.6 m，基坑开挖深度约25.95~29.7 m，采用1 m（局部1.2m）厚地连墙+3道混凝土支撑+4道钢支撑的支护体系。

1.2 工程地质

1）基坑开挖范围土层主要为：①1杂填土、④1淤泥质黏土、④2淤泥质粉质黏土、⑥1淤泥质黏土；其中，2层车站基底位于④2淤泥质粉质黏土，3层车站基底位于⑥1淤泥质黏土。

2）特殊岩土：主要有杂填土、软土。（1）杂填土：主要为①1层杂填土、①2层素填土，厚度一般为0.6~7.3 m，未完成自重固结，地连墙成槽施工过程中易造成槽壁坍塌、基坑开挖施工过程中易造成地面沉降过大等。（2）软土：主要为④层、⑥层淤泥质土，具有高含水量（天然含水量大于液限）、高孔隙比（天然孔隙比大于1.0）、高灵敏度、高压缩性、低承载力等特性，其工程力学性质差，易造成基坑开挖施工过程中地连墙变形大、基坑边坡坍塌、地面沉降大、支撑体系失稳等。

1.3 水文条件

孔隙潜水主要赋存于浅部填土、黏土和淤泥质土层中，表部填土富水性、透水性较好，与地表水联系密切，地下水位埋深为0.50~3.50 m。

孔隙承压水主要存在于⑨3、121、141、143、144层砂土、砂砾土，深度位于地下约32.5 m，水位高程约为地面以下4.65 m。

2 重难点问题及原因分析

2.1 地连墙槽壁坍塌

1）重难点问题：地墙成槽时导墙下10 m范围出现塌孔，成槽及成墙质量受到严重影响，严重时会引起地面塌陷。

2）原因分析：地面下10 m范围存在不等厚的杂填土，该土层未完成自重固结，成槽时受到扰动，即使在泥浆护壁的情况下，也无法保持土体稳定性，出现塌孔，甚至地面下陷。

2.2 混凝土支撑浇筑质量控制

1）重难点问题：混凝土支撑底模不稳定，出现大量漏浆、跑模现象，混凝土浇筑完成后，支撑线型轴线偏过大，强度前期上升速度较慢，混凝土支撑受力不佳，导致基坑围护结构变形及地表沉降过大。

2）原因分析：淤泥质土层呈流塑状，无自稳能力，造成承载力严重不足，以致不能承受混凝土自身重力，出现底模坍塌变形。商品混凝土自身配比原因，虽28 d强度能够达标，但存在前期强度上升较慢的情况。

2.3 基坑降排水

1）重难点问题：坑内降水井水位已降至设计水位，但坑内土体仍含水量较大，土方开挖过程中土体中水分逐渐流出，导致开挖面积水，破坏土体稳定及地基承载力，严重影响土方开挖效率和基坑自身安全。

2）原因分析：基坑内土方除表层为杂填土外，基本全部是淤泥质土，该土层具有高含水率、高压缩性、高灵敏度、低渗透系数等特性，管井降水只能疏干表层滞水，土体自身含水量基本无法疏干，降水效果不佳。

2.4 基坑开挖变形沉降控制

1）重难点问题：基坑开挖施工过程中，地连墙墙体变形、地表沉降、土体深层位移、支撑轴力、临时格构柱竖向位移等监测项目变量超标，出现基坑安全隐患。

2）原因分析：基坑开挖与支护是相辅相成的，由于开挖范围内基本全部是淤泥质土层，自身低强度、高灵敏度、遇水即化，再加土方开挖速度与支撑架设及时性不协调，支撑架设滞后及软土基坑自身灵敏性是导致基坑变形的最主要原因。

2.5 基坑土方开挖基底及边坡稳定性控制

1）重难点问题：土方开挖时，土体放坡坡面出现开裂、滑移、坍塌，基底土体出现失稳和承载力不足等问题。

2）原因分析：淤泥质土层土体稳定性差，放坡坡度过大，导致边坡失稳；土体自身含水量大，降排水效果不佳，出现积水，土体被浸泡，加之机械扰动，导致基底土体承载力不足。

3 施工关键技术

3.1 地连墙成槽及槽壁加固

西溪湿地站位于原鱼塘范围，不仅土层为淤泥质地层，还具有0.6~7.3 m厚的杂填土，杂填土及浅层淤泥质粉质黏土层地连墙成槽易塌孔，故西溪湿地站地连墙先采取槽壁加固再进行成槽，以保证地连墙成槽和成墙质量。

地连墙槽壁采用三轴搅拌桩工艺进行加固，三轴搅拌桩采取两搅一喷的方式进行施工，桩径850 mm，加固深度为地下15 m范围；随着槽段加深，泥浆压力的余量提高槽壁稳定的作用逐渐增加，超过地下15 m范围可通过适当提高泥浆比重来保持槽壁稳定。三轴搅拌桩槽壁加固施工参数如下：下沉速度0.8 m/min，提升速度1.8 m/min，搅拌转速16 r/min，喷浆压力1.0 MPa，浆液流量280~320 L/min（双泵），水灰比1.2，水泥掺量15%，28 d无侧限抗压强度≥1 MPa。

淤泥质土层属于软土，地连墙成槽采用泥浆护壁，成槽机抓槽即可，适当提高泥浆比重，利于槽孔稳定。同时，应避免采用旋挖钻或冲击锤成孔、方锤修孔等方法，以减少对槽壁的扰动的次数，控制槽壁稳定。

淤泥质土层地连墙成槽要合理划分槽段，不宜过大，首开幅选择一字幅槽段，采用三抓成槽，中间一抓按0.3~0.7倍抓斗单元长度控制，槽宽控制在5~6 m最为合适；转角幅单独进行划分，以避免槽段宽度过大，尽量避免出现“Z”形幅，角槽两边不等长时，应先施工短边再施工长边，避免第一抓时槽壁偏斜、塌孔；闭合幅需避开转角等不规则部位，采用合适的槽壁宽度，应充分考虑到工字钢接头两边各自翼缘板的影响。

3.2 坑内及基底土体加固

淤泥质土层自身具有高含水量、高压缩性、高灵敏度、低承载力、低强度、遇水即化等特性，导致出现混凝土支撑底模漏浆变形、土方开挖边坡失稳、基底承载力不足、基坑变形敏感等一系列问题，故可对基坑内需开挖土方进行弱加固。

加固形式采取裙边加抽条，平面布置沿地连墙内边四周加固3~4 m宽，垂直于基坑长边间隔4 m抽条加固4 m，平面加固位置与混凝土支撑位置中心线重合，竖向加固位置为每道混凝土支撑下及基底下3 m范围，这样即可保证加固后基坑土体的稳定性，又可保证混凝土支撑底模的牢固性。加固工艺可选择三轴搅拌桩和双重管高压旋喷桩进行施工，无地下障碍物的情况下尽量选择三轴搅拌桩进行加固，效果较好；有地下障碍物时选择高压旋喷桩进行加固，更易于桩位的布置。相比较而言，三轴加固效果更佳。

坑内土体弱加固28 d无侧限抗压强度达到0.3 MPa即可，水泥掺量过大，加固土体过硬将影响后续土方开挖效率且无意义，而水泥掺量过少，加固起不到作用，故需严格控制施工参数。三轴搅拌桩弱加固施工参数如下：下沉速度1 m/min，提升速度2 m/min，搅拌转速16 r/min，喷浆压力1.0 MPa，浆液流量280 L/min（双泵），水灰比1.5，水泥掺量8%。双重管高压旋喷桩施工参数如下：提升速度0.40 m/min，压缩空气压力0.7 MPa，搅拌转速14 r/min，喷浆压力20 MPa，喷浆量32 L/min，水灰比1.2，水泥掺入量8%。

3.3 基坑降排水

淤泥质土层低渗透系数的特性是降排水最大的不利因素，土体中含有的水分不易流出到管井中，开挖时土体中水分会慢慢流到开挖面最低处，降水效果极差，故基坑降排水采用管井降水加明排的方式，管井降水分为降压井和疏干井，明排采用挖设排水沟和集水坑，由水泵抽排至地面。

地连墙理论上隔断了承压含水层，但实际可能存在渗漏，为规避基底突涌风险，故设置降压井。结合站位实际水位、需降水深度等参数，根据抗突涌稳定性计算，基坑降压井按照每1 000 m2设置1口，反循环钻机成井，井深42 m，直径800 mm，采用直径325 mm桥式滤管，滤管外包60目铁丝网。

疏干井按照每400 m2设置1口，反循环钻机成井，井深至基底以下4 m，直径800 mm，采用直径273 mm圆孔式滤管，滤管外包60目铁丝网。

考虑淤泥质土层低渗透系数的特性，明排水是重中之重，除做好管井降水、疏干等工作外，必需设置排水明沟和集水坑，将坑内明水集中处理，方可达到预期降排水效果。

3.4 土方开挖及支撑架设

3.4.1 混凝土支撑施工

在混凝土支撑施工过程中，尤其要注意几个问题：（1）混凝土支撑按照每2根作为一个施工单元最优，施工速度越快越好，尽量缩短基坑变形的真空期，支撑达到设计要求强度后再进行下步工序。（2）混凝土支撑施工时，特别注意支撑底部混凝土垫层的稳定性，若出现土体加固效果不佳，及时搅拌石灰硬化土体，垫层混凝土采用C20混凝土，厚度20 cm。同时，混凝土支撑轴线及线形非常重要，混凝土浇筑前，需严格检查支撑轴线位置及模板垂直度等指标，方可保证混凝土支撑受力效果。（3）混凝土支撑前期强度至关重要，由于基坑开挖的特殊性，应缩短基坑开挖的时间，尽快封底是保证基坑稳定的最好办法，混凝土支撑一般不可能等到28 d龄期再进行下步工序，一定要保持混凝土前期强度上升足够快，故必需采用早强配比混凝土，必要时可提高混凝土标号。

3.4.2 钢支撑施工

钢支撑施工需注意以下几个方面：（1）为保证钢支撑架设的及时性及受力效果，钢支撑与地连墙连接处一定要在地连墙内埋设3 cm厚钢板，不建议使用钢围檩。（2）组装钢支撑规划需谨慎，钢支撑接头不宜多于4个，减少接头，能够更好地保证钢支撑的受力效果。（3）淤泥质土层基坑钢支撑预加轴力需更大，通过实践证明，一般轴力加设至1.4倍设计轴力效果最佳。

3.4.3 土方开挖施工

针对淤泥质土层的地质特点，基坑开挖应充分考虑时空效应，开挖应采取分小段、分矮层、减少层与层之间的交叉作业、拉长每层土开挖的平面距离、缩短每段土方的开挖时间等。

基坑土方开挖设备选择长臂挖机和抓斗机，坑内设置小挖机进行喂土，以减少扰动，不能采用挖机逐个台阶传送的方式进行开挖。挖运设备每天出土量至少保证800~1 000 m3。

车站土方开挖根据支撑布置形式，约每20 m划分为一段，每开挖6~8 m后，及时架设支撑，钢支撑确保12 h内完成架设，混凝土支撑确保2 d内完成施工；竖向共分为7层，每层厚度3.5~4 m，混凝土支撑层开挖至支撑底标高下20 cm，钢支撑层开挖至支撑以下50 cm；边坡放坡坡度设置为1∶3；在开挖至基底标高以上300 mm处，采用小挖机配合人工开挖，以尽量减少对基底土的扰动。

土方开挖过程中，西溪湿地站深基坑出现个别混凝土支撑轴力达到15 000 kN、地连墙墙体变形达到55 mm、地表沉降达到45 mm，通过在混凝土支撑上增设钢支撑、增大混凝土支撑截面面积、加密架设钢支撑、加密监测等措施，及时控制住了支撑轴力的增加、地墙墙体变形及地表沉降。

4 结语

杭州地铁机场快线西溪湿地站深基坑施工中，通过围护结构地连墙槽壁加固、坑内土体加固、降排水方案优化、土方开挖方法及设备选择和支撑架设合理规划等措施，有效减少了淤泥质土层地铁车站基坑变形，降低了安全风险。后续在淤泥质土层地铁车站深基坑施工中，钢支撑可采用伺服系统，该系统在控制基坑变形方面更加有效。