轨道交通平行换乘车站基坑开挖围护结构变形案例分析

王少卿WANG Shao-qing；许立XU Li；杜丽辉DU Li-hui

（苏交科集团股份有限公司，南京 211100）

0 引言

近年来，中国城市轨道交通建设发展迅速，其车站一般位于城市繁华地段，车站附近的建筑物、管线密集，交通繁忙，除去少数逆作法车站以外，绝大部分轨道交通车站采用明挖法施工。轨道交通深基坑开挖过程是基坑开挖面及挡墙面水平方向的卸荷过程，由于卸荷作用引起坑底产生隆起变形，围护结构在迎土面和背土面两边压力差作用下产生水平方向的变形，随着围护结构的变形支撑系统所受压力增大，当围护结构刚度不足或入土深度不够，或者支撑系统刚度不足或稳定性不强时，会造成支护结构失稳，这给基坑变形控制方法带来了一定的困难。

为此，许多学者针对深基坑支护结构的内力、变形以及地表沉降规律等问题进行深入研究，成果十分丰富。Peck[1]对软土深基坑开挖引起的地表沉降进行了详细研究，给出坑外土体沉降的估算公式。孙长军等[2]研究了北京地铁车站地连墙支护结构受力变形特性。郑刚等[3]通过天津某深基坑案例对非对称基坑分布降水开挖引起的围护结构变形性状进行了分析。吴小将等[4]通过上海地铁车站深基坑案例，对深基坑地下连续墙弯矩估算方法进行了研究。廖少明等[5]通过苏州广播电视总台现代传媒广场大尺度深基坑的分析，对苏州地区大尺度深基坑变形性状进行了实测分析。丁智等[6]通过对浙江地区37 个基坑实例的研究，对浙江地区软弱土深基坑变形特点进行了预测分析，并得出了一些有价值的结论。

在城市轨道交通工程换乘设计中，多采用交叉换乘，较少采用平行换乘。盖因平行换乘需要超宽车站，而超宽车站又会造成征地面积增加，从而给交通疏解带来很大的困难。超宽车站深基坑施工，又因其宽度大，与标准车站相比在施工流水段划分和土方开挖顺序上带来了一些不尽相同的地方，处理不好这些不同之处，往往会给支护系统的安全稳定带来一定的风险。

1 工程概况

1.1 设计概况

某市轨道交通2 号线A 车站为双岛四线平行换乘车站，地下3 层站。车站主体基坑长221m，标准段宽46m，盾构井开挖最大深度约17m，标准段开挖最大深度约16m。基坑采用800m 厚地下连续墙+3 道内支撑体系，第一道支撑为钢筋混凝土支撑，间距8~9m；第二道除盾构井段采用钢筋混凝土支撑，间距4~6m，其余均为Φ609/800 钢支撑，壁厚t=16mm，间距2.5~3.0m。第三道盾构井段Φ800 钢支撑，壁厚t=16mm，间距2.5~3m，其余均为Φ609 钢支撑，壁厚t=16mm，间距2.5~3.0m。基坑中间设置两排临时立柱，临时立柱桩基础采用Φ1500mm 的钻孔灌注桩兼作抗拔桩，临时立柱采用4L160×16 钢格构柱。车站采用明挖法施工，两端接盾构区间。

在土方开挖过程中，基坑小里程盾构井部位在4 月20 日~4 月26 日期间出现了地连墙体水平位移监测数据超控制值情况，本案例主要涉及小里程盾构井部位，如图1 所示。

图1 A 车站首道支撑平面图

1.2 地质概况

根据调查及钻孔揭露，A 车站小里程盾构井地层范围内地质情况（见图2、图3）如下所示：

图2 A 车站地层断面位置图

图3 A 车站小里程盾构井地层剖面图

<1-2>素填土（Qs）：主要由黏性土（局部夹少量碎石）等回填而成，偶见植物根系。钻探揭示层厚0.60~2.70m。

<4-1>淤泥（Q4m）：该层场地范围内广泛分布，揭露厚度0.80~2.60m，顶板埋深1.80～3.90m，顶板标高1.92～0.73m。

<8-1-2>粉质黏土（Q3al-pl）：主要由粉、黏粒组成，约含10%~15%的石英砂粒（局部达到20%)）。揭示层厚1.50~6.40m，顶板埋深0.60～4.50m，顶板标高-2.98～1.02m。

<8-1-3>粉质黏土（Q3al-pl）：主要由粉、黏粒组成，含10%~15%的石英砂粒。揭露厚度1.80~3.90m，顶板埋深2.80~6.00m，顶板标高-4.27~1.53m。

<11-3-2>凝灰熔岩残积黏性土（Qel）：成分主要由火山碎屑物等风化的黏、粉粒及石英组成。揭露厚度3.10~8.90m，顶板埋深3.40~8.90m，顶板标高-6.67~1.16m。

<11-3-3>层凝灰熔岩残积黏性土（Qel）：成分主要由火山碎屑物等风化的黏、粉粒及石英组成。揭露厚度5.20~17.40m，顶板埋深6.30~16.50m，顶板标高-14.86~-5.04m。

<12-1>全风化凝灰熔岩：原岩矿物主要由石英质晶屑、岩屑和凝灰基质组成。钻探揭示该层层厚6.50~10.90m，顶板埋深14.00~25.20m，顶板标高-23.85~-12.14m。

<12-2>散体状强风化凝灰熔岩（J3nc）：原岩矿物主要由石英质晶屑、岩屑和凝灰基质组成。钻探揭示该层层厚3.70~17.40m，顶板埋深20.5~35.50m，顶板标高-33.88~18.37m。

2 施工工况与监测数据

2.1 施工工况

4 月20 日~4 月29 日A 车站小里程盾构井段施工工况及现场照片如图4 所示。

图4 A 车站小里程盾构井段施工工况及现场照片

2.2 基坑监测数据

2.2.1 监测点布设情况

A 车站小里程盾构井位置主要监测项目为地连墙体水平位移、支撑轴力和地下水位三种，共有地连墙体水平位移监测点2 处，支撑轴力监测点2 断面，地下水位监测点1 处。各监测点布设位置如图5所示。

图5 各监测点布设位置

2.2.2 地连墙体水平位监测数据

位于A 车站小里程盾构井位置的两个地连墙水平位移监测数据在4 月23 日发生突变，突变位置位于10m 上下，位于土方开挖面的下方3m 左右。ZQT9 监测点3 天变量约16mm。ZQT10 监测点3 天变量约13mm。均超出了3mm/d 的日变量控制值（如图6）。

图6 地连墙水平位移监测数据

2.2.3 支撑轴力监测数据

位于A 车站小里程盾构井位置第二道砼支撑的支撑轴力监测数据在4 月23 日也发生了较大增加，而第一道砼支撑变化较第二道砼支撑不明显（如表1、图7 所示）。

表1 支撑轴力监测数据

2.2.4 地下水位监测数据

位于A 车站小里程盾构井位置有地下水位监测点1处，地下水位较高，但在本次监测数据异常期间，未发生较大变化（如表2）。

表2 地下水位监测数据

3 数据分析

结合现场施工工况和监测数据来看，监测数据的陡增，集中在4 月20 日至4 月23 日范围内，这三天对应工况恰好是第二道砼支撑下土方开始开挖阶段，三天时间盾构井两组斜撑下方土方开挖至第三道支撑层面。由于本车站为超宽站，盾构井位置宽度达50m，其宽度远远大于正常20m 宽度的开挖流水段，在3 天时间内将50m 宽4m 厚的土方开挖完毕，造成了应力在短时间内释放过快，给支护系统造成了较大压力，进而导致地下连续墙体变形和支撑轴力监测数据的超控制值现象。由于施工单位吸取了小里程盾构井开挖过程中的经验，相对应的本站大里程盾构井的开挖过程，整个支护系统的监测数据就很稳定，不仅仅在土方开挖过程中对其纵向分块开挖，而且对于盾构井外侧的盾构始发加固区在土方开挖前进行了施做，所以大里程盾构井支护系统的变形更小。

4 总结

在城市轨道交通建设过程中，车站宽度超50m 的并不多见，而在土方开挖施工组织的过程中，为保证分层分块开挖，又保证能够流水作业，每个施工流水段的宽度一般为20m 左右。但在车站宽度超出50m 的基坑中，靠近车站盾构井的流水段，虽然也是20m 左右宽度，但整体车站宽度50m，就造成了应力释放过快，从而给支护系统造成了较大压力，根据本案例经验，类似超宽车站盾构井土方开挖可参考以下经验：

①土方开挖方案编制应细化，不仅要在基坑纵向分层分块，还应考虑到基坑宽度方向上进行分层分块。

②盾构井外如有盾构区间的加固区，应尽量先施做加固区，再进行盾构井内的土方开挖。