北京地鐵明挖車站深基坑支護監測分析及穩定性研究

陳 雷

北京建工土木工程有限公司

北京地鐵明挖車站深基坑支護監測分析及穩定性研究

陳 雷

北京建工土木工程有限公司

伴隨著城市化的進程不斷加快，城市擁堵問題成為了城市化進程的一大障礙。地鐵車站多位于城市的繁華地段，基坑開挖在地鐵建設中扮演著舉足輕重的地位，基坑開挖施工難度大、造價較高，一旦出現事故，結果往往是毀滅性的，因此在基坑的施工過程中，必須要將基坑的安全放在首位。在城市化進程如火如荼發展的今天，基坑工程迅猛發展，并且其規模越來越大，對于安全性、穩定性的要求也越來越高，因此進一步加強對其的研究非常有必要。基于此本文分析了北京地鐵明挖車站深基坑支護監測分析及穩定性。

北京地鐵；明挖車站；深基坑支護

1、深基坑工程特點

深基坑工程的特點主要有以下幾點：

(1)基坑開挖面積較大，有的甚至長達百米以上，是一項大型的土建工程，需要考慮諸多因素的影響；(2)由于建筑物的高度及規模的擴大，深基坑在面積和深度上將會變得更大；(3)深基坑為臨時性工程，但是其開挖周期長，支護復雜，開挖過程中坡頂的堆載可能會增大基坑的變形；(4)地質條件較差時，深基坑的開挖可能會影響到周邊管線及既有建構筑物的正常使用；(5)伴隨著時間的增長，巖土體的螺變會導致基坑的進一步變形，甚至會影響基坑的正常使用。

由于基坑工程具有以上特點，故在基坑的開挖期間需要進行監測工作，以便于掌握基坑的穩定性狀態，為設計、施工提供依據，同時盡可能地維護周邊環境的原有狀態，消除安全隱患，盡最大努力將事故扼殺在萌芽狀態，保證工程安全順利的進行。

2、工程概況

北京地鐵14號線工程土建施工13合同段，位于北京市朝陽區，其中南八里莊～北京工業大學站區間位于弘燕路和西大望路下方，北京工業大學站位于西大望路北京工業大學西側，北京工業大學站～平樂園站區間位于西大望路下方。本工程主要包括一座明挖車站、一個盾構區間、一個礦山法區間。

工程設計簡介：本工程名稱為北京地鐵14號線13標段，位于東西向的弘燕路和南北向的西大望路。本工程施工車站位于西大望路與松榆北路交匯的南側，沿西大望路南北向布置。車站東側為北京工業大學，西側為50m寬的西大望路，南側為松榆東里天橋。車站結構總長222.9m，標準段寬度21.1m，頂板覆土為3.0m，底板埋深17.85m。主體結構型式為地下二層三跨箱型框架結構，采用明挖法施工。車站南端的區間隧道采用盾構法施工，車站南端設盾構始發井，因北端擴大段上方存在暫時不能遷移的110KV高壓電線所以將盾構吊出孔改移至車站中部與軌排井合建，車站附屬結構設有3個出入口及2組風亭，C出入口及1、2號風亭在主體結構東側，A、D出入口在車站主體西側。

3、明挖車站施工方法

3.1 土方開挖施工方法

3.1.1 土方運輸

基坑內的土方水平運輸采用自卸汽車外運。局部機械開挖不到的地方，由人工開挖，用手推車運土至機械開挖處。馬道收尾采取挖掘機挖土，最后剩余土方由人工開挖，汽車吊吊裝外運。

3.1.2 明挖土方施工總體方案。

明挖土方的施工方法為：基坑豎向分層開挖，縱向由北向南開挖，每次挖到鋼支撐以下0.5m，開始架設鋼支撐。車站施工場地比較狹小，施工現場不設臨時堆土場，所有土方，隨挖隨運。由于北京城內白天禁止土方運輸車輛行駛，土方開挖安排在夜間進行，白天主要進行基坑支護結構施工，包括掛網噴射混凝土和鋼支撐架設。如果現場具備條件，也可突破只在夜間進行土方施工的局限性，縮短土方施工工期。根據總工期的要求來合理地組織好土方施工，保證本工程順利按時完成。

3.2 主體結構施工方法

3.2.1 主結構防水施工方法

全包柔性防水層防水：側墻與底板采用天然鈉基膨潤土凈含量不小于5.5kg/m2的膨潤土防水毯，頂板防水層采用單組分聚氨酯防水涂料，車站防水等級為一級。并根據不同位置設置與其相適應的防水層的保護層。

結構自防水：車站結構二次襯砌采用防水混凝土，抗滲等級不小于P10，外加劑、摻合料等需經過試驗確定。防水混凝土結構底板的混凝土墊層，強度等級不應小于C20，厚度不應小于150mm，底板防水保護層為50mm厚C20細石混凝土。

3.2.2 接地網施工

本工程接地網施工順序為：

土方開挖→基坑清理→地質鉆機成孔→垂直接地體施工→人工成槽→水平接地體施工→測試→隱蔽驗收。

(1)垂直接地體施工

在土方挖至設計標高后、人工平整場地，測放出接地網垂直接地體的位置，用直徑為100mm的地質鉆機按設計要求的深度和位置成孔。將品鑄銅包鋼棒插入孔內，銅管周邊施放降阻劑。施工按GB50169-92《電氣裝置安裝工程接地裝置施工及驗收規范》執行。

(2)水平接地體及接地引出線施工

在基坑上測放出接地網水平接地體的位置，人工開挖成槽、水平接地體在槽里焊接成形，然后與垂直接地體連接。

(3)接地網施工質量控制

垂直接地體與水平接地網周邊施放降阻劑，降阻劑的使用依照廠家指導進行。接地網焊接采用銅焊、搭接焊。其中水平接地體扁銅之間搭焊長度不小于扁銅寬度的兩倍，且至少三邊焊接，當50mm扁銅與40mm×4mm扁銅搭焊時，搭接長度不小于100mm；扁銅與銅管焊接時，除在其接觸面部位兩側焊接外，還將由扁銅本身與銅管圍成的弧形與銅管焊接，焊接長度不小于80mm。水平接地網敷設好后采用素土回填并夯實。

接地網敷設完工后，實測接地電阻、接觸電位差、跨步電位差，如不滿足相關標準要求，則及時與甲方(監理)及設計院聯系。如滿足要求則請甲方(監理)、質監站及有關部門進行隱蔽驗收后方可進行隱蔽。測量方法參照DL-475-92《接地裝置工頻特性參數的測量導則》執行。

3.2.4 接口處理

本車站主體與附屬結構及區間接口眾多，接口施工的重點主要包括：接口處結構混凝土澆筑前，應對該處進行平面位置和高程復核測量，保證明挖車站與附屬結構和區間的連接正確；接口位置防水做法不同于普通施工縫防水做法，該部位的預留防水接頭必須做好保護，嚴禁損壞；當車站側墻混凝土施工完畢后，預留洞附近中樓板的支撐嚴禁拆除，當交接處混凝土澆筑完畢且達到設計要求的強度后支撐才能拆除。

3.3 附屬結構施工

車站主體結構施工完畢后施工附屬結構。明挖結構施工包括圍護結構及土方開挖施工和結構施工。

施工順序為：施工準備→鉆孔灌注樁→土方開挖及樁間網噴混凝土→鋼支撐安裝→基底處理→防水層施工→二襯結構施工。

樁采用旋挖鉆機成孔，導管法灌注商品混凝土水下成樁。

鉆孔樁施工完畢，進行樁頂冠梁施工。

基坑土方開挖時，地面至首層鋼管支撐下0.5m部分擬用挖掘機配合人工開挖。首層鋼管支撐以下部分采用多臺挖掘機水平分層、縱向分段開挖。施工時逐層施設鋼支撐，基底標高以上20cm預留在結構施工前人工開挖，然后進行附屬結構施工。

結構防水、鋼筋、模板及混凝土施工參照主體結構施工相關部分。

4、監測方案

明挖車站深基坑監測的主要內容有圍護樁頂水平位移及沉降、圍護柱體撓曲位移、錨桿內力、水土壓力、地下水位變化、地表沉降、建筑物沉降及傾斜、圍護柱內力和鋼支撐軸力等。

4.1 圍護樁水平位移及沉降

圍護結構樁頂水平位移控制點觀測采用導線測量方法，監測點采用極坐標法觀測，使用萊卡全站儀進行觀測。

4.2 測點的埋設及布置

測點按監測設計圖紙布點位置在基坑四周圍護結構樁(墻)頂上設置，布置的原則為：測點應盡量布設在基坑冠梁、圍護樁的頂部等較為固定的地方，最大限度顯示出變化量。

樁頂沉降監測樁頂沉降采用普通幾何測量的方法進行觀測，儀器使用萊卡水準儀，它自帶數據記錄和處理軟件，可以最大限度提高工作效率，并不斷提升工程的精確性。

量測方法：進行閉合水準測量時，只測一次就可以，若是附和水準測量，則需要往返監測，對測量結果做平差處理。觀測順序：往測：后、前、前、后，返測：前、后、后、前。

5、基坑支護質量控制

1)基坑施工前，對建筑物基礎進行預注漿處理，增加建筑物基底土的剛度和承載力；基底加固見圖1：

圖1 建筑物基底加固示意圖

2)加強監測，如發現建筑物沉降異常，立即用袖閥管對建筑物進行補充注漿，控制樓房差異沉降及傾斜；

3)在施工期間，加強監控量測和信息反饋，做到信息化施工，堅持“監測反饋”的原則，將施工過程中得到的支護結構反應、地層反應、周邊管線反應、地面沉降等信息及時分析處理，指導施工。

總之，基坑工程是一個綜合性的巖土工程問題，伴隨著土建工程的蓬勃發展，基坑工程設計、施工也在一步步走向成熟。隨著基坑的開挖越來越深、面積越來越大，基坑圍護結構的設計和施工越來越復雜，進一步加強對其的研究非常有必要，從而能夠更好的確保工程的順利進行。

[1]高立新.地鐵車站深基坑變形規律監測及FLAC模擬研究[D].西安科技大學，2009.