新建站房臨近既有鐵路線基坑圍護(hù)體系選型方案探討

儲天月 上海鐵路局建設(shè)管理處

1 工程概況

1.1 工程基本情況

新建杭州東站站房工程位于杭州市江干區(qū)，周邊有滬杭甬高速、德勝快速路等城市道路。站房建筑共六層，地下一層為出站層，地下二、三層為杭州地鐵東站站，地上為站臺層和高架層。站房總建筑面積為155569m2（地下67438 m2，地上88131 m）2，站房主體建筑東西向長463.45m，南北面寬143.60m。工程等級為特級，耐久年限為100年，結(jié)構(gòu)安全等級為一級。

滬昆鐵路線的存在將新建站房工程分為東西中三個施工區(qū)域。基坑工程在滬昆鐵路線（位于待建站房中部區(qū)域）東西兩側(cè)(一期和二期)，基坑基本同時支護(hù)開挖，西側(cè)基坑距離既有線約26m，東側(cè)基坑距離既有線約49m，基坑開挖深度為8.55 m，圍護(hù)體系長度為217m，基坑重要性等級為一級。

1.2 工程地質(zhì)和水文條件

工程地基土有10個工程地質(zhì)層及若干亞層，以砂質(zhì)粉土為主。

工程淺層地下水屬孔隙性潛水，主要賦存于表層填土及2～6層粉土、粉砂中，由大氣降水和地表水徑流補(bǔ)給，地下水位隨季節(jié)變化。淺層地下水水位年變幅為1.0～2.0 m，多年最高地下水位約埋深0.5～1.0 m，抗浮水位取高程5.0 m。

1.3 施工現(xiàn)場調(diào)查

基坑周邊施工條件復(fù)雜。上部有既有線以及附屬構(gòu)筑物，緊鄰基坑支護(hù)存在大小不等的承臺基坑；在東西通道基坑下部有地鐵1號線和4號線分別采用盾構(gòu)穿越和蓋挖逆作通過；在基坑?xùn)|側(cè)有在建的地鐵杭州東站站，其施工范圍與本工程交錯進(jìn)行。

該既有線是滬昆正線，它與多條鐵路干支線相連，是我國長江以南東西向最重要的繁忙干線，在溝通華東與華南、中南、西南及華東地區(qū)內(nèi)部之間起著積極作用，不能停運，必須保證東站施工全過程的暢通和運營安全。這就對基坑圍護(hù)的安全提出了更高的要求。

2 圍護(hù)方案選型依據(jù)

基坑圍護(hù)體系選型需考慮以下因素：

(1)站房外圍總體圍護(hù)體系已經(jīng)確定，并進(jìn)行施工。

(2)由于鐵路線的沉降要求較高，全過程需控制在20 mm以內(nèi)，應(yīng)避免采用坑外降水的形式。

(3)依據(jù)鐵路相關(guān)規(guī)范，基坑變形需控制在2 cm以內(nèi)，絕對不能突破該警戒值，否則將視為危及鐵路運營線安全，需立即啟動鐵路搶險應(yīng)急預(yù)案，后果影響較嚴(yán)重。

(4)在自然地面以下15 m左右（相對標(biāo)高-20.25 m）有地鐵盾構(gòu)線路穿越，所選圍護(hù)形式必須保證日后不成為地鐵盾構(gòu)穿越的障礙物。

(5)該圍護(hù)為臨時支護(hù)，待鐵路線轉(zhuǎn)線以后，該范圍日后還需開挖和施工后續(xù)結(jié)構(gòu)，特別是地鐵4#線區(qū)間段地連墻圍護(hù)與其垂直相交，因此圍護(hù)體系還需考慮拆除的方便性，減少對站房后續(xù)施工的影響。

(6)由于需保留站臺和雨棚，使得該段既有線圍護(hù)在西側(cè)空間受限，不能采用大放坡的形式。

3 施工方案比選

3.1 施工方案一：工法樁加錨桿對拉

采用三軸SMW工法水泥攪拌樁，攪拌樁直徑850mm，間距600mm，樁體采用P.O42.5級普通硅酸鹽水泥，內(nèi)插HN750×300×13×24mm型鋼，對拉錨桿采用30mφ32錨桿(見圖1)。

圖1 工法樁加錨桿對拉圍護(hù)形式剖面圖

該方案采用對拉的形式，支護(hù)效果應(yīng)較好，從設(shè)計方案自身而言，費用相對較低。但該方案的實施難度極大，其中方案設(shè)計的核心即φ32對拉錨桿施工十分難以控制：(1)直接推送錨桿或采用頂管穿越后管內(nèi)再放入錨桿。由于錨桿推送和頂管均較難控制精度，無法做到穿過27.4 m的土層后恰好從另一端工法樁空隙穿出，施工不具備可操作性；(2)采用鉆機(jī)鉆孔法。鉆機(jī)鉆桿剛度相對較大，比頂進(jìn)的方式定位具備一定的可靠性，但也無法保證定位精度，易造成廢孔，并且由于穿越鐵路線，列車振動可能造成塌孔，施工效果無法保證，可操作性同樣較差。

同時，若采用對拉形式，兩側(cè)基坑均需同步開挖至基坑底，而地鐵地連墻在西端頭井局部頂標(biāo)高-4.75m處有一道0號支撐，作為地鐵基坑開挖過程中對既有鐵路線的保護(hù)，該區(qū)域地鐵尚未開挖，一旦臺后土方移除，將導(dǎo)致地鐵基坑失穩(wěn)。

根據(jù)以上情況，該方案無法實施。

3.2 施工方案二：工法樁加預(yù)應(yīng)力錨索

方案一對拉的支護(hù)形式無法實施，而內(nèi)支撐或斜撐的方式又受到結(jié)構(gòu)形式、場地條件、基坑尺寸和工期要求的影響也無法實施，綜合考慮圍護(hù)選型因素，最終本基坑工程采用了西側(cè)工法樁密插并加預(yù)應(yīng)力錨索，東側(cè)高壓旋噴樁止水結(jié)合大放坡的圍護(hù)方案并現(xiàn)場予以實施(見圖2)。

圖2 既有鐵路線圍護(hù)平面示意圖

3.2.1 既有線東側(cè)基坑開挖圍護(hù)

既有線東側(cè)基坑開挖邊界距離既有線約49 m，自然地坪相對標(biāo)高約-4.75 m（絕對標(biāo)高5.50），底板墊層標(biāo)高-13.00（絕對標(biāo)高-2.75 m），基坑深度約8.25 m。支護(hù)方式采用上部2 m按1：1放坡，掛網(wǎng)噴混，預(yù)留1 m操作平臺；下部實施三軸Φ850@600 mm水泥土攪拌樁(見圖3)。

圖3 既有線東側(cè)支護(hù)剖面圖

3.2.2 既有線西側(cè)基坑圍護(hù)

既有線西側(cè)基坑開挖邊界距離既有線約26 m，自然地坪相對標(biāo)高約-1.35 m(絕對標(biāo)高8.90)，底板墊層標(biāo)高-13.00（絕對標(biāo)高-2.75 m），基坑深度約11.65 m。支護(hù)方式采用上部3 m按1：1.5放坡，掛網(wǎng)噴混，預(yù)留3 m操作平臺；下部實施三軸Φ850@600 mm水泥土攪拌樁，并間隔1.2 m內(nèi)插HN750×300×13×24 mm 型鋼，在-4.85 m，-7.35 m，-9.85 m 處分別放置三道預(yù)應(yīng)力錨索，每排錨索與水平面夾角按15°和20°交錯布置。樁頂采用C30鋼筋混凝土壓頂冠梁，第二、三道錨索處采用鋼腰梁(見圖4)。

圖4 既有線西側(cè)支護(hù)剖面圖

為了確保明挖結(jié)構(gòu)基坑穩(wěn)定，便于土方開挖及結(jié)構(gòu)的施工，減少對周邊環(huán)境的不利影響，還須認(rèn)真做好降水及施工用水的排放工作。

止水措施：將三軸水泥土攪拌樁深入淤泥粉質(zhì)粘土層至少3.0 m作為止水帷幕。

降水措施：本基坑外側(cè)緊鄰既有運營鐵路，為防止沉降，不單獨作降水處理，基坑內(nèi)的降水與出租車通道基坑施工時一并考慮。

排水措施：基坑坡頂、坡腳設(shè)置深300 mm排水溝，采用C20混凝土砌筑，及時排出地表及坑內(nèi)集水，并要求對基坑坡頂?shù)牡孛孢M(jìn)行硬化處理，以防止地表水滲入到加固土體中。

3.2.3 工法樁加預(yù)應(yīng)力錨索施工方案的補(bǔ)充完善與加強(qiáng)

該方案在經(jīng)過上海鐵路局組織的施工方案審查會等相關(guān)論證后又做了進(jìn)一步完善與加強(qiáng)：

(1)基坑圍護(hù)采用的SMW工法樁H型鋼加長，插入比不得小于 1：1。

(2)圍護(hù)樁與既有4號站臺主動加固區(qū)加強(qiáng)形式采用高壓旋噴樁格構(gòu)形式進(jìn)一步加強(qiáng)，高壓旋噴樁直徑為600 mm，搭接100 mm，格構(gòu)樁的基底標(biāo)高與SMW工法樁的基底標(biāo)高一致。橫線方向格構(gòu)間距為7.5 m，順線路方向為5～6排的樁距。

(3)預(yù)應(yīng)力錨索要安排應(yīng)力檢測，確保達(dá)到設(shè)計預(yù)定的效果。

綜上所述，SMW工法樁插入基坑底以下15 m，主動區(qū)采用Φ600@500高壓旋噴樁搭接形成格構(gòu)加強(qiáng)體，高壓旋噴樁采用水泥標(biāo)號為P.O42.5，水灰比1：1，每米水泥用量200 kg，預(yù)應(yīng)力錨索進(jìn)行應(yīng)力檢測試驗得到的錨索極限抗拔力不得低于設(shè)計值。

高壓旋噴樁加固平面圖如圖5。

圖5 高壓旋噴樁主動區(qū)加固平面圖

4 基坑監(jiān)測與分析

4.1 基坑各監(jiān)測項目的報警值

(1)沉降：鐵路路基垂直沉降量不大于20 mm，沉降變形速率達(dá)到3.0 mm/d；基坑邊坡坡頂垂直沉降量不大于50 mm，沉降變形速率達(dá)到3.0 mm/d。

(2)水位：基坑開挖引起坑外水位下降不得超過1 000 mm，每天發(fā)展不得超過100 mm，基坑開挖引起坑內(nèi)水位下降要保證地下水位低于基槽500 mm；監(jiān)測數(shù)據(jù)繪制成曲線形式，綜合分析地下水位的變化，在必要的位置增設(shè)監(jiān)測點。

(3)水平位移：基坑坡頂水平位移量不大于0.006H（H為基坑開挖深度），累計位移不超過4 cm，水平位移變形速率達(dá)到3.0 mm/d。

(4)土體深部位移量：土體深部位移變化曲線出現(xiàn)明顯的拐點變化。

(5)錨索內(nèi)力檢測：錨索內(nèi)力不得超過設(shè)計值的80%（允許最大內(nèi)力325.5 kN）。

4.2 監(jiān)測結(jié)果分析

(1)鐵路沉降經(jīng)鐵路專業(yè)單位每日巡查滿足要求，基坑邊坡沉降36.3 mm。

(2)水位變化最大累計量910 mm。

(3)水平位移8.98 mm。

(4)土體深部位移曲線無明顯拐點變化。

(5)錨索內(nèi)力61.44 kN。

從土體位移、水位變化、預(yù)應(yīng)力錨索內(nèi)力檢測成果來看，基坑處于安全受控狀態(tài)。

5 結(jié)束語

既有鐵路線邊基坑圍護(hù)的安全風(fēng)險巨大，一旦出現(xiàn)問題，將導(dǎo)致極為嚴(yán)重的后果。尤其是涉及轉(zhuǎn)線安排中的圍護(hù)設(shè)計，還受制于站房總體圍護(hù)形式的選擇及后續(xù)結(jié)構(gòu)施工。杭州東站站房工程中最終選擇的SMW工法樁加預(yù)應(yīng)力錨索的支護(hù)形式應(yīng)用效果良好，安全可靠，施工效率較高，費用較低，并且對后續(xù)結(jié)構(gòu)施工影響較小，特別是工法樁拔除后不影響日后地鐵盾構(gòu)穿越，是符合各方施工要求的合理選擇。