地鐵車站軟土深基坑施工技術分析

高 飛 （中鐵十六局集團地鐵工程有限公司，北京 101100）

在軌道交通行業發展進程中，地鐵車站在周邊商業經濟發展中的帶動作用逐漸凸顯。而車輛運輸與商業聯合發展模式的應用，也為地鐵車站建設模式創新提供了良好的機遇。隨著地鐵車站逐步向更深地下空間發展，軟土地層對地鐵車站也造成了極大的安全威脅。因此，對地鐵車站基坑施工過程中軟土深基坑施工技術的應用進行適當分析具有非常重要的意義。

1 項目概述

上海地鐵一號線總長18.6km，一號線下具有地下車站11座。地鐵車站大多數設置在兩旁建筑密集區域，總長為235～255m，主要為雙柱三跨箱型結構、單柱雙跨箱型結構、無柱折線拱頂結構。一般車站基坑深度在14.5～16.5m之間[1]。本工程施工地層為飽和含水流塑性、軟塑性黏土層，含水量＞42%，靈敏度及抗剪強度較低，具有高度壓縮性及流變性。

2 地鐵車站軟土深基坑施工技術應用

2.1 地鐵車站軟土深基坑開挖技術

該地鐵車站施工項目主要地層為軟土地層。在軟土地基深基坑開挖施工階段，地鐵車站工程技術人員可依據時空效應規律，控制基坑開挖支撐施工階段每一分步開挖空間幾何尺寸、擋墻開挖部分無支撐暴露時間在規定限度以內。同時綜合考慮地鐵車站基坑規模、幾何尺寸、基坑地基加固、施工條件、維護墻體體系等因素，選擇地鐵車站基坑分層分步、對稱、平衡開挖、支撐順序及時限，保證開挖分層層數、分步開挖時間限制、支撐預加軸力、每層分部數量、分步開挖完成支撐時間限制等數據符合工程設計要求。

在具體地鐵車站施工方案設計階段，地鐵車站工程技術人員可結合車站端頭井情況，依據分層分段原則，進行開挖支撐單元劃分。并設置每一開挖單元分層長度在5.8m左右，支撐鋼板數量在2～7根之間，開挖時間在6.5～7.5h之間，支撐架設時間為1.5～2.5h。同時控制車站基坑開挖縱向總坡度在1/3以下，臺階小坡在1/1以下[2]。同時為確定車站基坑臺階小坡穩定性，工程技術人員可假定開挖土層為均質土層，利用穩定數分析的方法，可確定臺階小坡穩定性。穩定數計算公式為：土的重度×臺階高度/粘聚力。由于該車站基坑邊坡處于極限狀態時土的重度為17.8kN/m3，粘聚力為11.6kN/m2，臺階高度為3.8m。則邊坡穩定所要求的粘聚力為7.44kN/m2。

考慮到交通條件對基坑開挖作業的影響，在地鐵車站基坑開挖施工階段，可采用單邊開挖的方式進行開挖施工。具體施工步驟如下。

①在地鐵車站基坑第一分層第1、2分塊開挖階段，由角部向中間開挖，分層高度為2.0m，開挖方量為250m3，架設支撐數量為6根。在第3分塊開挖階段依據從中間三角區到中間拉槽的方式，進行兩個中間柱挖設。分層高度為2.0m，開挖方量為480m3，架設支撐為兩個立柱連系桿。在第4分塊開挖階段，需要利用兩臺普通挖掘機，分別開挖槽兩側土方，分層高度為2.0m，開挖方量為400m3，支撐架設為3根鋼板。在第5分塊開挖時，施工人員需要由一側倒退開挖，一直挖設到第三個立柱樁，并在西北角6根斜支撐架設完畢后，進行連系桿架設，分層高度為2.0m，開挖方量為300m3。

②在第二分層開挖階段，施工人員首先需要進行中間三角區開挖，分段高度為3.2m，開挖方量為450m3，不需進行支撐桿架設；隨后進行東南角三角區、東北角三角區開挖，土方量為580m3，需共架設5根鋼支撐；在后續土方開挖階段，由于土方寬度較大，開挖量較多，可依據先中間、后兩邊的順序，最大限度降低基坑開挖階段圍護結構形變，同時在兩立柱連桿間架設4道長支撐。最后，利用挖掘機與地面長臂挖掘機配合，沿北側順鋼支撐方向逐步向南側推進。并在西南角位置上下交錯設置6根直鋼鋼板支撐。

③在地鐵車站基坑第3/4/5分層開挖階段，需要依據前一個分層開挖順序及方法進行。需要注意的是，在最后一個分層開挖階段，施工人員需要直接開挖到基底，不需支撐桿、連系桿架設。并在底部，由人工作業的形式，進行清底抄平。同時為降低基坑變形、隆起風險，施工人員可采用22cm厚C30早強混凝土，進行基底封閉措施。

2.2 地鐵車站軟土深基坑支護方法

為促使地鐵車站軟土深基坑支撐結構發揮最大的效用，施工人員可依據具體基坑施工內容，選擇合理的支撐布置方式。考慮到施工場地對鋼支撐節點構造的限制，施工人員可選擇受力直接、節點簡單的正交布置模式[3]。而在支撐標高設計階段，由于地鐵車站東西側基坑開挖會形成較大的土壓力差，土壓力差的存在，將會導致地鐵車站向西側發生位置移動。因此，為保證地鐵車站安全運行，地鐵車站施工人員可選擇基坑與地鐵運輸線交界位置，利用基坑圍護土壓力平衡地鐵車站主體結構東西側土壓力差。同時考慮到支撐模式過于集中對地鐵車站基坑開挖工作的影響，施工人員可依據地鐵車站地下一層樓板標高，進行支撐標高設計。并在支撐梁、地鐵車站地下連續墻交界位置，進行加勁板的設置，保證支撐效果。

2.3 地鐵車站軟土深基坑施工過程監測

依據基坑分層開挖內容，地鐵車站基坑開挖工程技術人員可在每層、每步開挖階段合理設置監測點，并在擋墻內設置測斜管。同時在地表及建筑物周邊設置誤差＜0.20mm的精密水準儀、支撐軸測壓傳感器及空隙水壓計。在施工階段，通過上述施工方案應用，最大限度地降低了基坑開挖形變。依據監測結果得出該地鐵車站維護墻體水平位移最大量在26mm，基坑周邊房屋沉降最大值在6.5mm，周邊管線最大沉降為6.5mm，周邊環境較穩定。

3 地鐵車站軟土深基坑周邊建筑保護措施

雖然地鐵車站軟土深基坑施工對周邊建筑無明顯影響，但是為了最大程度保障地鐵車站周邊建筑安全、穩定，施工人員可根據基坑施工內容，選擇合理的周邊建筑保護措施。

3.1 跟蹤注漿保護

針對軟土深基坑開挖卸載導致的維護墻體回彈隆起，或者圍護墻土體變形損失情況，施工人員可在基坑施工各個階段進行嚴密監測，以便及時發現基坑土體回彈或變形情況，及時采取處理措施。一般基坑注漿維護需緊貼坑外設置注漿管，進行分層、低壓速注漿，并回填土塊，避免基坑土體損失導致的周邊建筑沉降、位移問題[4]。同時考慮到基坑開挖深度較大、圍護墻體剛度較小的特點，施工人員可利用雙液分層注漿技術，提高被動區抗變形能力。結合支撐預應力的施加，可控制地鐵車站基坑變形。

3.2 降水糾偏保護

由于施工區域軟質黏土地下水位高于標準值，且夾雜有薄層粉砂。因此，在施工階段，施工人員可在施工前期，對地鐵車站基坑開挖工程地質、周邊環境進行深入調查。確定地鐵車站施工階段減少地層位移的施工參數、支護方式。同時針對環境允許強度，預先進行隔斷或地基加固措施。在這個基礎上，針對地鐵車站基坑施工階段存在的降水沉降風險，施工人員可利用降水糾偏技術，對地鐵車站地下管線及鄰近建筑物區域內地下水位進行調整。即利用真空深井的方式，將降水后土層有效應力轉移到土骨架上，避免孔隙水壓大量增加導致的地表及建筑物沉降問題。

4 結束語

綜上所述，地鐵車站深基坑工程施工復雜程度較高，支撐體系施工難度較大。因此在地鐵車站軟土深基坑施工過程中，施工人員可依據時空效應規律，結合分層、分步開挖原則，合理設置各模塊開挖厚度及支撐方案。同時依據地鐵車站軟土深基坑施工階段監測數據，采取適當的地鐵車站軟土深基坑周邊建筑保護措施，保證地鐵車站穩定運行。