地铁车站深基坑开挖围护结构与施工技术研究

地铁车站深基坑开挖围护结构与施工技术研究【摘要】本文以实例分析了地铁车站深基坑开挖维护结构的施工技术，希望能够对实际的施工提供指导。

【关键词】地铁车站；深基坑；结构；技术1、前言城市地铁深基坑处在各类建筑密集地区，周围环境复杂，施工难度大。

因此，要保证施工顺利进行，就要加强基坑开挖围护结构施工技术的控制。

2、工程概况尹山湖中路站位于郭新东路和尹山中路路口下方，为地下两层岛式站台车站，车站长度为457.1m，标准段宽度为21.2m，深16～19m，覆土深度约3m左右。

车站共有7个出入口，3组风亭(其中7号出入口与3号风亭合建)。

车站总建筑面积24350㎡，其中车站主体结构建筑面积20068㎡，附属结构建筑面积4248㎡。

本站基坑范围内主要为粉质粘土层和粘土层，主体围护结构采用800mm 厚地下连续墙，采用明挖顺筑法施工。

车站主体基坑围护支撑竖向设置4道，其中第一道为钢筋砼结构，其余采用钢支撑，采用明挖顺筑法施工，主体支护形式见下图1。

图1主体支护形式3、支护结构选型原则及结果3.1、支护结构选型原则在车站特定的工程条件下，该车站深基坑支护结构选型原则可分为四项。

(1)安全可靠地铁车站深基坑工程不仅综合性强，而且影响基坑安全的不确定性因素很多，风险性较大，稍有不慎就可能酿成巨大的安全事故。

因此，确保基坑安全是基坑支护选型的首要目标。

在选型中，应结合工程当地的施工经验与技术能力进行具体分析，充分研究和论证施工工艺、挖土、降水等各环节，选择成熟、可靠的支护方案。

车站工程范围内主要为粉质粘土层和粘土层。

盾构区间工程范围内地质主要为粉土夹粉质粉土、淤泥质粘土、粉土、粉质粘土。

地下水丰富，水位较高，地质情况属典型的软土。

局部地区有②Y淤泥质粘土层、明浜、暗浜分布，给区间盾构施工增加了难度。

本标段车站主体结构标准段基坑深度为16～19m 左右，开挖深度较深。

车站地下结构所处地层主要为粉质粘土、粘土地层，地下水位高，属典型的软土地区深基坑，土体具有“四高三低”的特性，基坑开挖时，极易产生侧向变形导致开挖面隆起变形而引起边坡失稳及基坑涌水等危险，施工中必须严格按工艺要求控制，确保安全，故该段需采用混凝土支撑。

(2)便于施工便于施工是地铁车站深基坑支护结构的重要选型原则之一。

在采用先进技术及合理组织施工的条件下，不仅可以降低工程费用，还能节约工期，提高支护结构的安全性。

因此，在地铁车站深基坑支护结构选型时，应结合当地的施工经验与技术能力，合理设计施工工艺、土方开挖、降水等各环节，并做好监控与测试。

在条件允许下，还可以进行方案评价，从而选出最大限度满足便于施工和保障工期的支护方案。

虽然混凝土支撑对于基坑的安全更有利，但车站考虑到土方开挖的方便，基坑在安全允许的情况下也尽量采用钢支撑。

(3)环境保护地铁车站深基坑工程通常位于城市交通干线上，其场地周边一般都分布有各类建(构)筑物、地下管线、市政道路等环境保护对象，特别是临近历史保护建筑、共同管沟等敏感而重要的保护对象时，环境保护要求更为严格。

当地铁车站基坑周边存在环境保护对象时，在充分了解保护对象的保护及控制要求基础上，使基坑的变形能满足环境保护对象的变形控制要求，必要时在基坑内、基坑外采取适当的加固措施，减小坑支护结构的变形，减弱车站深基坑施工对周边环境的影响。

提前准备一定数量的钢支撑，及时架设临时支撑。

提前准备双液注浆、旋喷注浆机械各一套，编织袋、短木桩等相关应急物资若干。

根据预案，进行地基加固处理。

加大对地面沉降监控量测及信息反馈的频率，随时观察变形动态，发现异常，立即增设或加密支撑，并以监测信息指导开挖。

建筑物沉降主要控制标准及保护措施见下表。

序号项目控制标准应采取的保护措施备注1 建筑物沉降 20～30mm 注浆实际根据建筑物自身的结构、裂缝等情况综合判断30mm以上顶撑加固等2 建筑物倾斜 a. 混凝土基础倾斜：基础倾斜方向两端点的沉降差与其距离的比值超过0.004；b. 框架结构、桩相邻基础沉降差：超过0.002L（L为相邻桩基的中心距离,单位为mm）注浆（或顶撑等加固措施）建筑物沉降主要控制标准及保护措施表(4)因地制宜在不同的项目中，地铁车站深基坑施工面临的环境条件不尽相同，在深基坑支护选型中需要做到因地制宜，综合考虑水文地质条件、基坑开挖深度、场地大小、周围环境等因素，结合实际情况选择合理的支护方案。

车站横跨主干道，故为了减小基坑施工对交通的影响，该区段设计采用钢支撑+临时顶板的支护形式。

3.2、车站支护选型结果根据现场的实际情况，充分考虑影响深基坑的支护形式的各种尺寸因素、地质因素、和周边环境因素，将基坑施工方法和支护形式也分成了三种。

(1)车站中部与友谊大道相交处围蔽后施工围护结构并架设简易钢便桥，完成后拆除围蔽，开通便桥，然后采用盖挖法施工，这一区段的支护体系为排桩+钢支撑，但顶面有刚便桥，相当于临时顶板，主体结构任和两端主体结构一样挖到基坑底部后，顺作上来，同时拆除钢支撑，待车站主体结构施工完毕后，拆除刚便桥恢复路面交通。

(2)车站北端小里程方向基坑宽度约为20m，为标准车站宽度，该区段采用明挖法施工。

这一区段深基坑的支护体系也为排桩+钢支撑的结构，但是少了上面的刚便桥。

车站基坑开挖前先施工围护结构排桩，然后边开挖基坑边安装钢支撑，直到挖至开挖到基坑底部，再顺作车站主体结构，同时边拆除钢支撑，最后回填地面。

(3)车站南端大里程方向基坑宽度达45m，且临近有一栋26层楼高的建筑，因此该区段采用排桩+混凝土撑+钢支撑的形式，其中在支护体系中最上面两层支撑采用混凝土撑，并作成“井”框架结构，最下面的第三层支撑采用钢支撑。

基坑开挖前先施工排桩和第一层混凝土撑，待混凝土撑达到设计强度后，开始开挖土方，当土方开挖到第二层混凝土撑的位置，再施工混凝土撑，带混凝土撑达到设计强度再开挖最下层土方，边挖边安装钢支撑，直到基坑底部，最后顺作车站主体结构，且边拆除钢支撑和混凝土撑，待车站主体结构施工完毕，回填恢复地面。

虽然基坑的支护体系分为三种，但是车站整个基坑在开挖过程中是连在一起的，之间没有隔离，既相互独立又相互联系。

在基坑监测过程中我们可以十分直观地进行比较，搜集的监测数据就更有可比性和可参考性。

站车站深基坑支护体系的选型研究具有很强的特殊性又有很强代表性。

4、施工及支护方案东方大道站～独墅湖站区间，本区间线路始于东方大道站东端，下穿花泾港河道后线路稍向北偏，下穿独墅湖公园、赏湖路、规划地块(一类居住地)以及京杭运河后，线路转向下穿过规划地块(二类居住地)后折向启月街到达独墅湖南站。

右线长1794.2m，左线长1772.729m，左右线总长3566.929m。

区间最小曲线半径450m，左右线间距为13～16.5m，线路埋深10.8～19.1m，最大纵坡为25‰，最小纵坡为3.5‰，与车站相连端的竖曲线半径为3000m，其余为5000m。

区间设置联络通道2处，1处联络通道与泵房合建，采用冷冻法加固地层+矿山法施工。

本区间端头加固采用Φ850@600三轴搅拌桩+Φ600单管旋喷桩，外圈采用Φ850@600三轴搅拌桩止水帷幕。

图2围护及主体结构原施工示意图基坑共有3个出土口，分别在东端、中部和西端。

挖机首先开挖东端，出土，加支撑。

因为加支撑时无法继续开挖，故挖机转移至中部开挖。

此时，东端开始架设横向支撑。

重复完上述过程后，东端的支撑已达设计强度，挖机再回来继续开挖东端，如此反复。

东端和中部因为开挖深度较大，均采用龙门吊出土，而西端因暂时开挖较浅，故采用挖机直接出土。

按照调整后的方法，开挖、出土、加撑连续作业，直到开挖至离基坑底面标高30cm时，采用人工开挖至基底。

这样既减少了基坑无支撑暴露时间，提高了安全性，又加快了出土速度，缩短了工期。

本基坑采用1000mm厚地下连续墙作围护结构，采用钢筋混凝土撑作内支撑。

内支撑总共布置5排，第一排截面尺寸为600*1000mm，间距8m；其余四排截面尺寸均为700*1200mm，间距4m。

5、基坑施工难点及处理措施尹山湖中路站基坑深约16～19m，长457.1m；东方大道站基坑深约17.2～18.9m，长223.6m。

车站均为地下两层双跨框架结构。

深大基坑施工是本工程的一大难点。

针对本工程难点所采取的对策是：1、项目领导负责组成建构筑物保护小组，与产权单位和业主密切联系，核实建构筑物基础、地面建构形式。

2、对施工影响范围内的建构筑物进行量测监控，跟踪动态，制定保护预案，备好加固、保护的机械设备、材料。

3、与相关单位共商临时搬迁或原地保护的具体步骤和措施，确保各建构筑物安全。

4、加强现场指挥，积极与业主配合，监督检查，保证施工组织目标的实现。

5、做好危险建（构）筑物及建（构）筑物重点部位、关键阶段的力学分析和提前抓好施工中应注意环节。

6、在地铁施工影响范围的建（构）筑物的沉降进行观测的同时，并对其水平位移、倾斜状态进行必要的观测，通过观测结果的分析，把握基坑施工对地表建（构）筑物的影响程度，判定建（构）筑物的安全性，以及采用的工程保护措施的可靠性。

7、明挖法结构钢筋混凝土按照从下至上的顺序逐层施工，为配合结构施工支撑也需从下至上逐层拆除或换撑，此时应处理好拆支撑、换支撑和结构混凝土施工的关系，施工中必须待结构混凝土强度达到设计要求后才能拆除或替换支撑。

5.1、地下连续墙施工止水（1）止水方案的选取为确保地下连续墙施工时槽段开挖的稳定性，建议在地下连续墙外侧增设一道止水帷幕，降低中（细）砂、卵石层的渗透性，防止泥浆渗漏和槽段坍塌。

止水帷幕可采用注浆法（包括静压渗透注浆和高压喷射注浆）和水泥搅拌桩法施工。

对于车站的地层条件，地表素填土中含有大量卵石和建筑垃圾，圆砾粒径约1～2cm，矿物成分以石英质为主，采用水泥搅拌桩止水帷幕是否合适，宜根据现场试验结果确定。

综合考虑各种因素，建议采用袖阀管注浆法形成止水帷幕。

（2）袖阀管注浆设计袖阀管注浆法为法国首创，在国内20世纪80年代末开始广泛用于砂砾层渗透注浆。

袖阀管注浆法通过孔内封闭泥浆、单向密封阀管、注浆芯管上的上下双向密封装置减小了不同注浆段之间的干扰，降低了注浆时冒浆、串浆的可能性。

根据车站地下连续墙的设计条件和地层的条件，参考国内相关施工经验，对袖阀管注浆进行设计：1)注浆孔布置注浆孔布置于建筑物周边桩与地梁周边，主要在桩周布置，间距 1.5m，孔深根据建筑物桩基深度确定。

2)注浆浆液采用水泥浆—水玻璃双液浆，浆液配合比初步确定：注浆浆液浓度由稀到浓逐级变换，水灰比控制在0.8：1～1：1；水玻璃浓度35～40Be’；水泥浆与水玻璃的体积比为1：0.6。

具体的浆液配合比通过在注浆前及开始几个孔注浆时的现场试验确定。

3)注浆量及压力注浆以加固土体，提高建筑物基础承载力为目的，同时也考虑到建筑物的安全，施工过程中通过加强监测，缓慢加大注浆压力，注浆压力一般控制在1～2Mpa；注浆量根据地层加固区需充填的地层孔隙数量及现场试验来确定；同时也应加强各方面的监测，以便指导注浆。