昆明市軌道交通大樹營車站施工監測技術分析

劉剛

（中鐵北京工程局集團城市軌道交通工程有限公司，安徽 合肥 230088）

隨著城市地鐵建設的飛速發展，各種復雜地質條件的地鐵車站施工越來越多，由于勘察數據不準或施工措施不當等原因造成的工程事故案例很多。為了確保施工安全，信息化施工在確保地鐵結構本身和周邊環境的安全上扮演著重要的角色。本文以昆明市軌道交通大樹營車站，介紹復雜地質情況下地鐵車站的施工與監測，以期為今后類似工程參考。

1 工程概況

大樹營站位于東風東路與昆河鐵路的交叉口，呈東南向布置在昆河鐵路下面，與3 號線大樹營站通道換乘，是昆明市軌道交通4 號線工程的中間站。車站全長146.4m，標準段寬度為22.3m，站臺寬度13m，有效站臺長度118m，頂板覆土厚度約為4m，底板埋深約25.43 ～26.68m，為島式車站，標準段為三層三跨結構。車站附屬共設5 個通道（2 個出入口通道、2 個換乘通道、1 個緊急疏散通道），2 個活塞風亭和1 組新排風亭組。車站兩端接盾構區間，車站為兩端均為盾構吊出。大樹營車站圍護結構最大開挖深度26m，采用1000mm 連續墻＋內支撐支護的支護形式，其中第1、3 道支撐為砼支撐，2、4、5 道支撐為Q235B 鋼的Φ800mm、壁厚t=16mm 鋼支撐。

2 場地地質情況

本站范圍內上覆第四系全新統人工堆積層（Q4ml）、第四系全新統沖洪積層（Q4al+pl）、第四系全新統沖湖積層（Q4al+l）、第四系上更新統沖湖積層（Q3al+l），新生代第四系中更新統沖湖積層（Q2al+l），場地屬于沖洪積及沖湖積平原，地貌類型單一，巖土層次較多，均勻性差，分布有軟土層及可液化砂土，典型的地質圖如圖1 所示。

本場地勘探范圍內埋藏分布有孔隙潛水及孔隙承壓水，易產生潛蝕、管涌、對抗浮及抗隆起不利。

3 施工總體安排

3.1 基坑斷面

基坑的施工斷面圖如圖2 所示。

3.2 施工進度安排

根據大樹營車站工期及節點工期要求，制定的施工進度橫道圖如圖3 所示。

4 工程重點、難點及對策

4.1 工程重點、難點

（1）有效地保證周邊構筑物在基坑開挖期間安全是本工程重點，在施工過程實施監控量測，信息化反應構筑物安全；明挖基坑最大埋深高達26m，基坑臨近既有建筑物較近，深基坑支護施工難度大。

圖1 大樹營站地質橫剖面圖

圖2 大樹營站位置示意圖

圖3 施工進度橫道圖

（2）昆明市降雨頻繁，雨量大，車站處集水量大。地表水的疏排對深基坑明挖結構的影響較大，在施工現場設置連續、順暢的排水系統，合理組織排水是工程的重點。

（3）基坑土方量約8.6 萬方，市區對渣土運輸嚴格管制，土方外運組織協調難度大，基坑土方開挖進度對關鍵線路工期制約較大。

（4）施工作業面、作業工點多、工序復雜，施工范圍分布較廣，施工組織難度大。

（5）基坑東西側均有建筑物，基坑開挖后，對兩者圍護結構的附加荷載較大，因此，在開挖過程中，控制圍護結構變形及位移是難點，控制基坑無支撐暴露時間及東側路面沉降是重點。

（6）大樹營站施工場地內分部有<2-5>、<2-6>粉土層，含水量較大、滲透系數高，施工中容易出現縱坡失穩、滑坡等現象。

（7）大樹營站毗鄰官渡區周轉房及天鹿飯店等構建筑物，深基坑降水及基坑開挖可能會造成周邊建筑物沉降。

4.2 應對措施

針對上述難重點，擬采取以下工程應對措施：

（1）在車站主體基坑范圍外設置兩個臨時存渣池解決臨時渣土外運受阻情況。一個位于付費區換乘通道擴大端處，長18.5m、寬11.2m、深3m（含側墻），臨時存渣量621m3。一個位于車站大里程端至黎明路方向靠曙光鐵路小區側，長100m、寬4m、深2.5m（含側墻），臨時存渣量1000m3。

（2）基坑開挖過程中，采取“先支撐后開挖，限時支撐”的施工方案，開挖過程中加強對基坑沉降和位移的監控量測。

（3）基坑開挖前對開挖地段進行降水，將地下水位降至開挖面以下3m，將粉土層中的水疏干，增強粉土層抗剪強度。

（4）根據現場施工組織情況，疏干井在基坑開挖前即全部施工完成，在每段基坑土方開挖前20 天開始該開挖段預降水，確保疏干效果。

（5）基坑開挖臺階縱坡按照1:3 進行控制，減小縱坡坡度，防止邊坡溜坍。

（6）坡頂嚴禁堆載土方及其它重物，避免對坡腳產生額外荷載。

（7）在基坑周邊設置水位觀測井，確定坑內外水系是否與坑內有聯系，若坑內降水對坑外水位影響較大，周邊建筑物及管線變形趨勢明顯，則立即停止抽水，并在坑外設置回灌井，將抽出的地下水通過基坑周邊的回灌井點持續地再灌入地基土層內，并使降水井點的影響半徑不超過回灌井點的范圍，避免降水對周邊環境造成過大影響。

（8）為避免基坑過于降水對周邊管線及建構筑物的影響，根據現場施工組織，需要開挖的或者影響開挖的部位提前20 天降水，暫時不需要開挖或不影響開挖的部位就暫時不要降水。

（9）在基坑開挖期間，做到“隨挖隨撐”，減少基坑暴露時間，進而控制圍護結構及周邊建筑物的變形。

（10）在基坑開挖期間，對周邊建筑物變形進行密切觀測，若發現周邊環境或圍護結構變形速率過快，則通過在變形較大位置增設支撐及將分區縮短至10m，減少基坑暴露時間及封底時間，確保周邊環境及建筑物變形可控。

4.3 基坑降水

4.3.1 降水工程特征分析及對策

（1）基坑上部孔隙潛水主要存于填土和淺部黏土、淤泥質土、粉土、粉砂及圓礫層中。受沉積特性影響，砂層與粘土層往往相互交錯，造成垂向滲透性差不易疏干，且開挖過程中易形成滯水等情況影響開挖效果，因此，布井間隙不宜過大，為保證疏干效果建議提前疏干降水。

（2）基坑下部的3-6 粉砂、3-10 礫砂、6-6-1 粉砂承壓水含水層，理論上被止水結構隔斷，考慮到圍護結構可能存在滲漏，且其抗突涌驗算不滿足要求，需要降低水頭保證基坑安全。對于淺部及中部的3-6 粉砂、3-10 礫砂，可由疏干井加深進入該層聯合降水；對于深部的6-5-1 粉土，安全系數大于1.05，暫不布置降水井，正式降水運行前應做抽水試驗，驗證方案是否可行，優化降水方案。

（3）擬建車站兩側建筑物較多，地下管線分布復雜，工程周邊環境與工程相互影響大，降水過程中要密切關注周邊水位下降情況及地表沉降情況。

4.3.2 基底抗突涌穩定性分析

如圖4，隨著基坑開挖深度的增加，基底至承壓含水層之間的覆土厚度減小，下部承壓水有引發基底突涌的風險，本次對基底下部的3-6-1、6-5-1、6-6-1 承壓含水層進行突涌分析，基坑底板抗突涌穩定條件：基坑底板至承壓含水層頂板間的土重力應大于承壓水的頂托力，即：

式中：Kh為突涌穩定安全系數，不應小于1.1；D 為承壓含水層頂面至坑底的土層厚度（m），D=Ha-Hb；γ 為承壓含水層頂面至坑底土層的天然重度（KN/m3）；對多層土，取加權平均值；為hw承壓含水層頂面的壓力水頭高度（m）；γw為水的重度（10kN/m3）；Ha基坑開挖底板高程（m）；Hb為含水層頂板高程(m)。

由上式可求得安全水位：

式中：ha為承壓水頭安全水位高程(m)；則承壓水位降

圖4 基坑底板抗突涌驗算示意圖

根據地勘資料，3-5-1、3-6-1 含水層的水位標高為取1889m，6-5-1 含水層水位標高取1887m，土重度取19.8kN/m3。由此計算得到的抗突涌如表1 所示。

根據計算分析，對于淺部、中部的承壓含水層<3-5-1>、<3-6-1>層不滿足抗突涌要求，需要布置降水井降低水頭，由于該層被圍護結構隔斷，可以將部分疏干降水井加深進入該層，聯合降水。

對于深部的<6-5-1>、<6-6-1>層，其安全系數大于1.05，暫時不針對該含水層布置降壓井。但其安全系數小于規范要求的1.1，在施工前應進行抽水試驗，觀測水位情況，查明其與上部含水層之間的水力聯系情況，暫不布置降水井。

4.3.3 疏干井設計

基坑地連墻理論上隔斷了潛水含水層，淺部、中部承壓含水層的坑內外水力聯系，此類疏干降水設計通常根據單井有效抽水面積a 的經驗值來確定，而經驗值又根據疏干土體的特性及基坑的平面形狀來確定，一般為150 ～250m2。根據文獻[3]和該類地層疏干降水經驗，單井有效疏干面積a取200m2。坑內疏干井的數量根據下式進行計算：

式中：n 為井數（口）；A 為基坑疏干面積（3388m2）；a 為單井有效抽水面積經驗值（200m2）。

根據計算共需布置疏干井17 口。

4.3.4 降水井布置

疏干井井深31 ～44m，井管采用直徑273mm、壁厚3 ～4mm 的鋼管；底部設1m 沉淀管；下設置27m 濾管(加深降水井為15m 濾管)，濾管為同規格的橋式濾管，濾料為中粗砂，為增強疏干效果，可以考慮提前20 天抽水。

5 監測方案

5.1 監測目的

本工程地質條件較復雜，該工程周邊建筑物密集、地下管線交錯，增加了施工難度。因此，在施工期間對結構工程及施工沿線周圍重要的地下、地上建(構)筑物、地面道路、初支結構等實施變形等方面的監測，以便為建設、施工、監理等單位提供及時、可靠的信息；評定該工程在施工期間的安全性及施工對周邊環境影響，并對可能發生危及施工、周邊環境安全的隱患或事故及時、準確的預報，以便及時采取有效措施消除隱患，避免事故的發生。

監測的數據和資料要求：

（1）使甲方能完全客觀真實地了解工程安全狀態和質量程度，掌握工程各主體部分的關鍵性安全和質量指標。

（2）根據監測成果按照預警體系發出信息，及時把潛在的險情通報給各參建單位，以便積極采取對策。

（3）通過監測，掌握施工對圍巖及既有建(構)筑物的影響程度，用以修改設計參數，達到信息化設計目的。

（4）通過積累數據，豐富設計人員和專家對類似工程的經驗，以利專家解決工程所遇到難題。

5.2 監測項目

車站監測項目主要包括：現場巡查，地表、管線、周邊建筑物、墻頂垂直位移，墻體水平位移，支撐軸力，水位監測等。按照規范要求，本基坑監測項目見表2。

表1 抗突涌驗算表

表2 基坑監測項目

5.3 監測注意事項

（1）監測工作應以獲得定量數據的專門儀器測量或專用測試元件監測為主，以現場目測檢查為輔。

（2）各監測項目在支護施工前應測得穩定的初始值，且不小于兩次。

（3）各項監測工作的時間間隔根據施工進程確定，在開挖卸載急劇時段，間隔時間不應超過1 天，其余情況下可延至3 ～5 天。當變形超過有關標準或場地條件變化較大時，應加密觀測。當有危險事故征兆時，則需進行連續監測。

（4）量測數據必須完整、可靠，對施工工況應有詳細描述，使之真正能達到施工監控的目的，為設計和施工提供依據。

（5）所有測點均應反映施工中該測點受力或變形等隨時間的變化，即從施工開始到完成、測試數據趨于穩定為止。

（6）及時編制量測報告，內容包括：測點布置、測試方法、經整理的量測資料、反分析的主要成果、結論及建議、量測記錄匯總等，施工過程中，根據監測資料判斷支護狀態。

5.4 監測數據分析

按照監測要求，對車站基坑在開挖和施工期間進行了監測，監測結果如圖5 所示。

監測結果表明，在基坑開挖和施工期間，最大地表沉降為13.5mm，最大墻體水平位移為45.5mm，最大支撐軸力為2345kN，周邊建筑物和管線變形數據較小，以上監測結果均在設計控制值內，監測數據變化平緩，表明施工方案是合理的。

6 結語

昆明市軌道交通大樹營車站地質條件較復雜，該工程周邊建筑物密集、地下管線交錯，施工難度大，本文針對該地鐵車站提出了具體的施工針對性措施，并結合監測方案進行了分析。監測數據表明，該工程的設計和施工是可靠的，達到了預期效果，可以作為類似工程借鑒。

圖5 大樹營站監測結果曲線圖