地铁车站深基坑支护及降水施工技术研究

彭 军

（福建省水文地质工程地质勘察研究院，福建 漳州 363000）

0 引言

进入二十一世纪以来，随着城市发展和人口规模的扩大，地铁交通方式的出现，大大缓解了城市地面交通的压力。但是，深基坑工程地质条件复杂、地下水问题突出、支护难等工程难题也随之而来［1］。因此，深基坑开挖与支护技术对于地铁工程质量安全乃至人身和财产安全显得尤为重要。

近些年来，许多专家针对不同地质条件下深基坑的开挖与支护、降水施工、边坡稳定性等一系列工程技术问题进行了研究与讨论［2-7］。魏纲等［8］利用基坑开挖过程中隧道围岩的应变及内力变化来表征其影响性，对深基坑开挖过程中的影响因素进行分析并提出了相应的解决办法。陈江等［9］运用数值模拟技术对软土区域的深基坑开挖与支护进行建模，通过调整支撑的水平和竖向布置，合理优化了支护方案。曾超峰等［10］对基坑开挖前后进行数据监测，考虑前后降水对施工的影响，开展室内试验并进行了验证，结果表明施工时抽降水影响会导致墙体的渗透水压明显降低，以至于引起墙体所受侧向压力重分布。陈绍清等［11］在建立深基坑层次结构模型的基础上，采用与层次分析法相结合的方法对深基坑的致灾因素进行定量和定性分析。本研究以武汉市某车站深基坑开挖建设工程为研究对象，对其深基坑开挖中面临的重点、难点问题进行了分析，讨论了存在的问题与解决措施，研究结果对于同类型深基坑的支护与降水施工建设具有借鉴意义。

1 工程概况

为满足城市地铁交通运输需求，武汉某车站建于交通分布密集区段。车站设计总长度为331.201 m，为方便行人通行设计为地下两层结构的单柱岛式站台，站台的设计长度为140 m，站台宽度为12 m。基坑周边建筑环境情况如图1 所示。车站主体起点里程右DK25+908.900，终点里程右DK26+240.101；有效站台起点里程右DK25+994.000，有效站台终点里程右DK26+134.000，有效站台中心里程为右DK26+064.000。

图1 基坑周边建筑环境

车站结构由主体结构和附属结构两部分组成。主体结构均采用明挖顺做法施工，基坑开挖采用台阶法开挖，基坑支护采用地下连墙及内支护体系的方式施工。主体围护结构采用800 mm 厚地下连续墙支护，水平支撑系统为一道钢筋混凝土支撑+三道Φ800 壁厚16 mm 钢管支撑+一道Φ800 壁厚16 mm钢管换撑。围护结构与主体结构之间形成复合墙结构，施工期间采取基坑内降水。

1.1 工程地质

车站基坑开挖处位于冲积平原区，地面的标高区间为21.7～22.0 m，地势相对平缓。根据前期的地质勘察报告，结合以往区域地质资料分析可知，场地区内的土层除上层分布为人工填土外，被第四系全新统冲积层覆盖，主要为粉质黏土、和粉砂，且分布比较均匀。而其下基岩则以白垩纪—古近纪砾岩为主，主要揭露不同程度胶结的砾岩。

1.2 水文地质

根据现场勘察和水文地质图分析结果，可将施工区域内的地下水分为上层滞水和孔隙水两种类型。上层滞水主要赋存于地表人工填土中，根据前期现场勘察，上层滞水水位高度不同、水量大小不一。水位浮动在勘察期间为2～3 m，水位标高17.63～20.16 m，上层滞水主要来源于大气降水和地表水补给。第四系冲积层由于存在较多的粉砂、粉土、粉质黏土互层，导致其赋存于较多的孔隙承压水。含水量受长江水力影响较大，水位标高14.94～16.84 m，承压水头在4.4～5.9 m。

2 工程重难点分析

2.1 管线迁移影响施工

车站的主体结构施工纵向管线主要有JS600 铸铁给水管、PS1500 排水管、WS500 污水管、RQ300pe燃气管，和电力电信及信息网络管线，影响车站施工。

应对措施：总体筹划，并与规划红线相结合；安排专人紧盯各类管线单位，做好管线改移设计及预算；改移避开车站出入口和风亭，减少管线二次迁改，为整个标段施工争取时间。

2.2 基坑深且地质情况较为复杂

车站端头井开挖深度约19 m，标准段深度约17 m，施工过程中要组织好基坑开挖工序，保证基坑安全性。该基坑开挖范围内底部存在3-5 粉砂、粉土、粉质黏土互层，开挖难度大。

应对措施：按时空效应原理组织开挖，加强施工过程中基坑的纵向土坡稳定性控制，加强坑内降水。此外，加强钢筋混凝土冠梁和角板及钢支撑稳定性控制，基坑主体开挖示意如图2所示。

图2 基坑主体开挖示意

2.3 车站建设工期紧张

因车站预留支线进行了方案变更，工期相对延后，在此工程中，如何组织好各个工段的施工进度极为重要。

应对措施：制定合理的施工计划，分期接受场地，保证多工序同时进行；加速推进之前的管道迁移工作，强化基坑的加固、建筑物的保护和监控工作；提高早期混凝土结构强度，为下一步施工做准备。

3 深基坑开挖施工要点

基坑开挖使用台阶法，在开挖第一层的时候，每段开挖长度要控制在24 m。在开挖其他各层时，每段施工要控制在6 m 的范围内，且开挖时要按1∶1～1∶1.5 的坡度放坡施工，一次开挖深度要控制在4 m以内，如图3所示。

图3 土方纵向开挖示意

当开挖到距离基坑底部20 cm 时，要组织相关技术人员对基坑进行验槽，在符合条件的情况下，再人工将残余的土方清理到基坑底部。结构施工分三次浇筑成型——底板结构浇筑施工、侧墙及中楼板结构浇筑施工、侧墙及顶板结构浇筑施工，使用满堂脚手架+钢模板拼装作为结构模架。

4 深基坑支护施工要点

4.1 支护结构的设计

确保支撑稳定性是安全施工的要点所在，要以钢筋混凝土冠梁、角板支撑及钢支撑为施工关键节点。对于钢筋混凝土冠梁、角板支撑的施工，需要满足深基坑结构强度要求，在结构施工时可在混凝土中增加混凝土早强剂，以满足早期强度要求，还可以节约深基坑的开挖时间，也可以减少上下土层之间的挖掘时间，满足角板和钢筋混凝土冠梁的支撑强度要求，从而有效减小基坑开挖出现的变形。

对于钢支撑，要注意钢支撑活络端头偏斜问题。活络端头的设计按照规范要求伸出长度应小于150 mm。如果活络端头伸出长度在150～300 mm 范围内，在端头两侧必须焊接30 a槽钢加固杆，且需要在预应力施加完毕后焊接。若活络端头的伸出长度大于300 mm，应将中间管加在支撑中间并且重新布设排列方式，以保证支撑轴线与围护结构和内支撑的接触面保持垂直，以便充分发挥受力。在中间支点的部位，钢支撑则采用在临时格构柱上面焊接三角支架的方式。

4.2 深基坑纵坡稳定性控制

在施工过程中，应采取混凝土和钢支撑复合支护的施工方法，并采取分层施工，以避免施工过程中放坡过长、过高。为避免雨水的冲击，应在基坑周围设置一定的挡水设施，在坡面上铺上塑料薄膜，以防风挡雨，并在坡面上设置集水沟，配置强力水泵，以保证坡面不被雨水冲刷。另外，还应在坡面布置多个监测点，对坡面进行了动态追踪和监测。在基坑开挖过程中，应在挖到二道支撑后，再进行放坡开挖，以减小纵坡的高度。

5 降水施工技术要点

前期勘察中发现该场地存在较为丰富的地下水。因此，在基坑周围设置了观测井，以便在降雨时，可以随时观察到坑外水位的变化。

5.1 降水井施工方法

为了防止地表雨水冲刷基坑，导致塌方，在冠梁上方构建高出地面100 cm 的防淹挡墙，在基坑挡墙外设置30 cm×30 cm 截水沟（纵坡0.3%，截水沟示意如图4 所示）。为了避免堵塞下水道，在排水沟的沿线，每隔50 m 就会设置一个沉淀池，沉淀池一共有三个小池，每个小池的尺寸为1.5 m（宽）×1.5 m（长）×1.0 m（深），这三个小池分别为进水池、沉淀池、出水池。沉淀池中的沉渣应及时进行清理，避免将泥沙带入下水道，从而堵塞管道。经过处理的污水从城区的污水井中流出，再经市政网络排放。

图4 基坑外截水沟示意（单位：mm）

首先，使用冲击钻井技术，对降水井进行施工，可减小对周边地层的干扰；其次，为了确保降水井的施工质量，在施工过程中要及时洗井，进行防渗处理后使用清水清洗钻机，并在下放降水井的井管和过滤料后进行清洗。在施工时一次性成孔，且保证降水井直径≥0.6 m，允许误差为±2 cm，井管的垂直度＜1%。为防止在基坑施工过程中受到降雨影响，应做好明渠排水的准备工作。在排水过程中，要对泵进行定期检测，如有异常，要及时调整和修理。在降雨的过程中，要确保电力供应，如果遇到电力中断，相关机构要在两小时之内通知施工人员，这样才能及时采取相应的措施，确保施工的安全。

在下管投砾时，井管使用钢管。在下置的过程中，在滤管的周围要缠绕过滤布，使用动水投法来进行投滤处理。通常情况下，按照对称进行投填，要对投砾过程进行实时监控，投出的计算量与实际量应该保持一致，在填充过程中，要及时将泥浆从外面排出，以避免再次流入井内。

5.2 降水方案

降水井、观测井兼做备用井，以减少不必要的损耗。钻孔直径为600 mm，降水井直径为273 mm，用钢管做井管，滤管的外面缠绕铁丝网和尼龙网，在孔的底部填充石英砂。降水井水泵使用深井泵，按照设计要求，达到最大降水量48 口降水井可以同时打开，才能保证抽排水工作，降水井平面如图5 所示。排水沟拟通入市政管网的排水口。排水主管坐墩应起到支撑排水主管的作用，沿基坑周边布置，每隔8 m 布置一座，现场施工时按3‰坡降确定坐墩高度，靠近排水口处高度最低。

图5 降水井平面监测（单位：m）

此外，在浇注基础底板前，提前安装好止水钢环，以确保地下室不会被承压水渗透。井下工作完成后，用开挖土砂进行回填处理，对井下的井眼进行封闭，焊接封闭钢板。

6 结语

该车站所在区域位于冲积平原区，地势比较平缓，但地下水较为丰富，车站周边环境相对复杂，给施工造成一定难度。经前期地质勘察，深基坑的支护采用地下连续墙及内支护体系的方式，同时基坑内设48 口降水井。为观测降水时坑外水位变化情况，在基坑外布置观测井，兼做减压井。从工程的安全性和经济性方面来看，完成了预期目标，本研究对类似区域地质水文条件的深基坑支护与降水施工设计具有参考。