軟弱地層地鐵車站臨近建（構）筑物深基坑工程應對措施

劉文禮 中鐵北京工程局集團城市軌道交通工程有限公司

1 項目簡介

1.1 工程概況

雨潤路站位于南京市建鄴區泰山路與嘉陵江東街東南交叉口，基坑開挖深度為15.1m～16.3m，開挖范圍由上至下主要有雜填土、淤泥質粉質粘土、粉細砂層，屬軟弱地層，車站主體東側3m 距離有一220kV 架空高壓線，距地面凈空21m～26m，采用樁基礎，樁徑1m，樁長18m，樁端持力層為細粉砂層。

1.2 圍護體系概況

車站東側主體采用600mm 厚TRD 工法槽壁加固+800mm厚地下連墻+砼支撐+鋼支撐體系?？紤]到東側高壓線凈空，采用了高度滿足安全距離的TRD-III型工法機器，圍護結構采用剛度較大，厚度800mm 的地下連續墻。車站第1 道支撐采用800mm×800mm 的鋼筋混凝土支撐，其余均采用Φ609×16mm的鋼支撐作為支撐體系。為控制東側高壓鐵塔的穩定及保障基坑開挖支護的安全，在東側高壓鐵塔附近沿基坑深度的第2、3道鋼支撐，縱向范圍內鐵塔附近4根，兩層共8根鋼支撐采用鋼支撐軸力伺服系統（鋼支撐軸力自動補充系統）。

2 鋼支撐軸力伺服系統原理

圖1 鋼支撐伺服系統組成

支撐軸力伺服系統是由硬件設備和軟件程序共同組成的1套智能基坑水平位移控制系統，它適用于基坑開挖過程中對基坑圍護結構的變形有嚴格控制要求的工程項目，可以24 小時實時監控，低壓自動伺服、高壓自動報警，對基坑提供全方位多重安全保障?；诨娱_挖支護自身安全及對周邊鐵塔的保護。雨潤路站采用了TH-AFS鋼支撐軸力伺服系統，它主要有三大部分組成：主機、數控泵站、支撐頭（總成），組成部分如圖1所示。

2.1 主機

主機位于項目部工程部，由程控主機及顯示器組成，是伺服系統的“大腦”，可以與現場數控泵站進行數據傳輸，軸力值調整及監測報表生成。

2.2 數控泵站

數控泵站也稱為控制柜，由一系列機械及電子的元器件組成，數控泵站工作的核心組成為PLC 控制器、變頻電機、液壓泵和無線通訊模塊，還包括液壓閥組件、電源組件、交流接觸器、線纜及油管的接口等。數據泵站作為中間紐帶將程控主機和支撐頭總成連接起來，在兩者之間進行信息的傳遞，實現人對鋼支撐軸力的測控。

2.3 支撐頭總成

支撐頭總成與鋼支撐連接，并安裝在基坑圍護結構的設計指定位置。它與數控泵站是通過油管、線纜連接進行工作的。支撐頭總成內部包含千斤頂，用以對鋼支撐施加軸力。

3 現場安裝

3.1 安裝流程

鋼圍檁安裝→地面支撐頭拼接→帶支撐頭鋼支撐吊裝→預應力施加→實時軸力監控。

（1）本站在臨近東側高壓線位置前后12m增設了鋼圍檁，鋼圍檁使用兩根I45a 工字鋼，采用三角托架支撐在同一水平面上，并將各段鋼圍檁整體焊接。鋼圍檁與地連墻之間使用水泥砂漿充填密實，保證鋼圍檁受力穩定。

（2）現場鋼圍檁安裝的同時，在地面上安裝支撐頭總成，支撐頭采用與鋼支撐匹配的螺栓大小及間距，支撐頭的一端直接配備了鋼板，采用高強度螺栓連接，方便可靠。

（3）現場采用履帶吊將連接好的鋼支撐吊裝至高壓鐵塔附近需要安裝的區域，緩慢下落至鋼圍檁上，同時人工輔助將鋼支撐調整到設計位置。

（4）鋼支撐安裝完成后，立即通過數據泵站與支撐頭直接的預留口連接好油管路及壓力、位移數據線，并通過放置于基坑周邊的數控泵站對支撐頭總成按照軸力值進行加載，當支撐軸力或位移值達到設計數值后，停止加載，這是位于千斤頂兩側的雙機械鎖自動鎖止，設定好軸力值范圍，開啟自動軸力監測，可以根據溫度的變化，鋼支撐長短微變，實時進行千斤頂油缸的伸縮，保證鋼支撐軸力一直處于設計值，以達到基坑變性控制及周邊高壓鐵塔的沉降。

圖2 支撐頭總成安裝

圖3 支撐頭總成安裝完成

圖4 鋼支撐安裝完成

圖5 數控泵站

圖6 監控主機

3.2 實時監控

支撐頭總成內置壓力傳感器及超聲波位移傳感器，用以監測鋼支撐的軸力及位移；系統根據設置好的設計軸力值及動態范圍進行動態調整。當監測到鋼支撐的實際軸力低于設計值時，即系統會啟動，進行軸力自動補償；當系統監測到鋼支撐的軸力值大于設計值時，系統會自動降低軸力，使之保持在設計值范圍內，得以保證基坑變形及周邊高壓線的沉降。同時，該系統還能在監控端手動對軸力值大小進行調整，以適應不同工況下的軸力值大小。當監測數據超過預警范圍，就會產生自動報警，可按需設置預警值（軸力限值或位移限值）。自動報警中心展示屬于自己的報警審批流程，未處理過的報警會突出顯示，報警等級可以根據標題顏色區分。

4 基坑監測

通過對高壓鐵塔附近的縱向范圍4根鋼支撐，豎向范圍第二、三道鋼支撐監測數據分析，選取了從安裝完成至5月14日的地連墻深層水平位移與高壓鐵塔傾斜監測數據。

（1）地連墻圍護結構測斜數據對比。

分別統計了從2019 年4 月6 日安裝完成至2019 年5 月14日鋼支撐伺服系統與未安裝鋼支撐伺服系統的地連墻測斜數據。

表1 地連墻圍護結構測斜數據對比圖

通過數據可以得知：采用伺服系統的鋼支撐深層水平位移累計變量小于未采用伺服系統的鋼支撐深層水平累計變量，可得知在同一段時間內，位移變化較未采用伺服系統的鋼支撐小。由此可見，鋼支撐伺服系統對圍護結構地連墻的變形控制取得了良好的效果，基坑變形未發生預警。

（2）高壓鐵塔沉降累計變化量。

表2 高壓鐵塔沉降累計變化量表

通過以上數據可以得知：布置在高壓鐵塔基礎上四個方向的四個監測點，在一段時間內，累計變量與變化速率均較均勻，未出現沉降差異較大情況，保證了高壓鐵塔在基坑開挖支護階段的穩定。

5 結論

鋼支撐伺服支撐系統在南京地鐵七號線雨潤路站的實施，有效控制了基坑變形及高壓鐵塔的穩定，對深大基坑起到了重要監測作用，也是近年來比較推崇的一項技術，后在南京地鐵臨近建（構）筑物的其他項目也得到應用。

（1）通過輸入軸力與位移控制值后，可實現自動化監測，自動保壓、加壓，從而保證基坑處于安全及周邊建（構）筑物的穩定。

（2）整裝設備占地面積小，安裝便捷，靈活，安裝速度快，可實現與傳統鋼支撐的直接對接。

（3）主機端可以生成報表，詳細記錄監測信息，并與施工監測聯合進行監測，實時動態調整，指導基坑開挖支護作業，無疑為“雙保險”。