地鐵車站基坑圍護施工技術的應用

王學明

(中鐵十八局集團第四工程有限公司，天津 300000)

隨著城市的快速發展，城市地面交通越來越擁堵，為了緩解交通壓力，很多城市開始修建地鐵。在地鐵的修建過程中，地鐵車站一般位于城市建筑、人口比較密集的位置，由于受周邊復雜環境的影響，地鐵車站基坑工程引起設計單位和施工單位的關注，基坑圍護結構的選型和施工方案受周邊環境影響較大。本文結合工程實例，探討地鐵車站基坑圍護結構的選型及針對圍護方案采用的主要施工技術。

一、內撐式圍護結構的特點

目前，基坑圍護結構的類型主要有放坡開挖、內撐式圍護結構、懸臂式圍護結構和重力式圍護結構，本文只介紹內撐式圍護結構的特點。由于內撐式圍護結構具有剛度大、變形小的特點，因此在地鐵車站項目中較為應用廣泛，分為擋土結構和內支撐結構。其傳力路徑明確，由土壓力和水壓力到擋土結構再到內支撐，在地下水較淺或較多的地方擋土結構還可以作為止水帷幕，有效承擔了水壓力和防止了水體的滲漏問題，常用的擋土結構有混凝土排樁、鋼板樁、地連墻等。內支撐結構有混凝土支撐和鋼支撐，在一些工程項目中會采用混合支撐，即第一道采用混凝土支撐，第二、三道采用鋼支撐，鋼支撐施工靈活、安全環保，混凝土支撐剛度大、整體性好，變形小，混凝土支撐把力安全有效傳遞給鋼支撐，解決了基坑的變形和穩定問題，綠色環保，有效縮短了工期，保證了施工質量。

表1 基坑開挖周邊環境

表2 基坑開挖周邊地下管線

二、工程案例

（一）工程概況

某地區地鐵車站項目，車站總長度為195米，基坑開挖深度為16.4～18.4米，共設計了4個出入口，包括1個預留出入口，車站兩端部均與隧道相連，考慮到兩端隧道后期施工出土問題，在兩端預留了出土條件。本項目基坑南北兩側為市政道路，基坑周邊60米范圍內的建筑物如表1所示，地下管線情況如表2所示。

（二）工程地質和水文地質情況

依據地質報告，本工程屬于“上軟下硬”的地質情況，土體從上到下依次為雜填土、黏土、灰巖和溶洞。不良地質條件為溶洞，根據地質報告顯示，溶洞少量為半填充或未填充，大多為全填充，填充物為黏土和風化巖塊。

本工程的地下水由上層滯水和碳酸鹽巖裂隙巖溶水組成。上層滯水主要由地表水體滲透、大氣降水等形成，只有在大雨和地表水體滲透補給充分的時候才會有短暫的滯水，主要賦存于雜填土層中。

碳酸鹽巖裂隙巖溶水，主要賦存于灰巖中。依據本工程抽水試驗結果可知，多數孔點基巖中含水量少，無明顯的回水補給，及個別孔點基巖中含水量多，基巖層含水量分布不均。

（三）基坑圍護結構選型

依據本工程周邊環境和水文地質情況，本工程基坑開挖形式采用明挖法，基坑圍護結構采用“吊腳樁+內支撐+錨噴支護”。車站基坑圍護結構如下附表1所示。

（四）吊腳樁有限元對比分析

本工程采用MIDAS有限元分析軟件，對吊腳樁在基坑開挖階段的變形情況進行了數值模擬。采用M-C本構模型來模擬吊腳樁與圍護結構的變形，定義為彈塑性材料；圍護結構與支撐間采用彈性單元，定義為彈性材料；錨索自由段采用植入式桁架單元，錨固段采用桁架單元。

根據有限元計算結果，吊腳樁最大變形為1.38mm，位于第二道鋼支撐處，查看監測結果吊腳樁最大變形為1.76mm，可知有限元的計算結果與實測值接近。有限元模型能夠較準確地反應本工程的基坑圍護結構體系。

（五）主要施工技術

1.鉆孔灌注樁施工順序及技術要點

（1）為了方便基坑的開挖，先需要平整場地，場地平整完后，進行圍護樁的定位，并在其周圍設置保護樁，方便以后核對樁位；（2）制作護壁泥漿工作，護壁泥漿的黏度、pH值、砂石配料等需要滿足規范要求，在施工過程中需對泥漿的性能指標進行實時檢測，依據實際情況隨時進行調整，保證孔的施工質量和安全；（3）埋設護筒工作，埋設護筒時利用人工和機械相結合的方式施工，避免樁中心偏差、傾斜超出規范規定的范圍，施工完成后及時回填夯實護筒外側土體，避免護筒發生沉降和位移；（4）鉆機成孔作業，先將鉆機放置到指定位置，鉆機剛開始工作，為避免塌孔或孔位偏移，鉆機速度不應太快，為避免斜孔，要時刻監測鉆機的平整度和鉆桿的垂直度，整個成孔過程中盡量不要停鉆，如有特殊原因需要停機，需確保孔內泥漿的黏稠度、比重滿足規范要求；（5）清孔、成孔檢查工作，清孔過程中應及時補充泥漿，泥漿密度控制在1.15～1.25之間，用泥漿循環清理孔底沉渣，當孔底清理干凈后，檢查成孔質量是否滿足要求，檢查內容包括：孔徑、孔深、孔的垂直度、孔的中心位置、孔底沉渣；（6）鋼筋籠制作與吊裝，在制作鋼筋籠的過程中，應注意鋼筋的除銹調直，依據設計圖紙制作，鋼筋籠制作好之后按照類別堆放在指定位置，確保底部架空，吊裝過程中，用機械吊裝鋼筋籠，人工輔助鋼筋籠對正孔位，避免碰撞孔位，鋼筋籠吊放示意圖如圖1所示；（7）灌注混凝土工作，灌注前需先進行導管水密性試驗和接頭抗拔試驗，且導管安裝到合理位置，不要埋入太深，以防鋼筋籠上浮和混凝土堵管，導管安裝好之后，需利用導管再次清孔，使泥漿各項指標滿足規范要求，然后連續澆注混凝土，避免中斷，防止灌注樁出現空心或斷樁情況，最后拆管時慢慢提出導管，禁止將導管提出混凝土面，灌注樁澆筑結束后，待強度達到規范要求后，需對灌注樁樁身完整性進行檢測，待檢測合格后才能繼續施工。

圖1 鋼筋籠吊放示意圖

2.鋼支撐施工順序及技術要點

首先依據設計圖紙將鋼圍檁、鋼支撐加工完成，由于本工程最長鋼支撐長度為22.8米，選擇臂長34米、工作范圍為22米，額定起重量為16.5噸的起重機吊運鋼支撐。支撐的安裝與基坑開挖同時進行，遵循“隨挖隨撐”的原則，當圍護樁施工好后，先安裝鋼圍檁，安裝鋼圍檁時，應定位鋼圍檁的軸線和標高，定位準確后將鋼圍檁與三腳架焊接，同時找平圍護樁與圍檁之間的縫隙，當兩者縫隙無法找平時，可以在縫隙處加鋼板墊塊，確保支撐軸向傳力；隨后安裝鋼支撐，為了確保鋼支撐順利安裝，防止因基坑位移引發支撐脫落，于支撐兩端分別焊接4個“”型焊件，短邊焊接于支撐端板或活絡端端板上，長邊焊接于鋼支撐上。支撐安裝完成后，檢查支撐的各項指標，滿足設計施工要求后開始施加預應力，在施加預應力的過程中，應觀察支撐預加軸力數值的變化及支撐的連接和變形，如果出現預加力損失時，將預加力加到設計值，找出預加力損失的原因，做好記錄工作，預應力施加到設計值后，把斜鐵鋼楔安放到活絡頭固定住鋼支撐。

3.錨索施工順序及技術要點

首先依據設計圖紙定位出錨孔的位置，錨孔的定位的誤差需滿足規范要求，一一核實，如出現誤差超出規范規定，應重新定位。其次泥漿護壁，采用潛孔沖擊鉆成孔，鉆孔過程中，鉆機保持與孔壁垂直，防止偏斜，鉆孔深度不應超出設計值0.5米，在鉆孔完成后再穩鉆1～2分鐘，保證鉆孔深度和孔徑滿足設計要求，隨后用高壓空氣將孔內雜物清理干凈，為了保證孔壁的完整性，禁止用高壓水清理。然后錨索按規范要求組裝好，隨后安放錨索，將注漿管底口封堵，錨固段做成花管形式。安裝錨索時，檢查排氣管和止漿密封裝置是否工作正常，如不能正常工作，應及時找到原因，使之正常工作。錨索安裝好后，因在錨孔周圍布置波紋管，防止塌孔。錨索注漿時，控制好注漿壓力、水灰比及灰砂比等注漿質量，分兩次注漿，第一次用水泥砂漿，第二次用純水泥砂漿。之后錨索腰梁施工，注意處理腰梁與圍護樁之間的縫隙，兩者之間的縫隙用材料填充，同時保證腰梁上的鋼墊塊與錨索保持90度。最后錨索預應力張拉施工，用隔一拉一的方法對錨索張拉，張拉前做好讀數、監測設備的檢查工作，待錨固強度達到設計要求后開始張拉，張拉過程中，采用預張拉措施使錨索平直且與各部位緊密貼合，鎖定前應考慮鎖定期間的預應力損失，張拉結束后鎖定。然后給自由端注漿，待強度滿足要求后，先封錨錨頭，留出60～100mm的鋼絞絲，切除其他的鋼絞絲，給材料涂刷防銹劑等，保證鋼筋保護層的厚度大于50mm，用C25細石混凝封錨。

4.噴錨施工順序及技術要點

基坑開挖到工作面時，對基面及時處理，減少坡面外露時間，先在基面噴50mm厚的混凝土，然后測放出錨孔位置。鉆孔時注意錨孔的傾角，用風動潛孔鍾，鉆機的高程、就位差應滿足規范要求；鉆孔過程中不得隨便調整壓力，保持鉆壓和進尺速度的穩定。遇到破碎巖石時應采用低鉆壓，防止碎石傷人，保證施工安全，遇到完整巖石時可采用高鉆壓，在保證安全的前提下，盡快完成鉆孔工作。鉆孔工作完成后，開始巖石錨桿的施工工作，清理干凈孔內的雜物，固定好錨桿后，對錨桿注漿，掛φ8@200×200鋼筋網，第二次噴射混凝土至100mm，鋼筋網之間要可靠連接，避免混凝土復噴時振動，按要求做好混凝土終凝后的養護工作，確保混凝土的施工質量。

附表1 車站基坑圍護結構

三、結語

本文以新建項目的圍護結構為研究對象，依據工程地質、水文條件，結合周圍建筑物分布和地下管線的布置情況，選取了適合本工程的基坑圍護結構，通過有限元分析軟件，對吊腳樁進行了分析對比，詳細介紹了鉆孔灌注樁、鋼支撐、錨索、噴錨的施工順序及主要技術要點，確保了施工的安全與進度，可以為類似工程的施工要點提供參考依據。