地鐵蓋挖半逆作車站基坑變形預警分析

李大為

（深圳市地鐵集團有限公司，廣東 深圳 518000）

迄今為止，各個城市在設立地鐵站時都會將位置選擇在較繁華的地方，這樣能為人們的生活提供便利，但也增大了施工困難。地鐵站的位置比較復雜，周邊生活的居民人數多、分布廣，且周圍有很多建筑物，進一步增加了地鐵車站施工過程中的復雜程度。若是對車站采用明挖的方式，則會嚴重影響附近的居民、交通；若是對車站采用暗挖的方式，則會在施工過程中引發沉降、變形。因此采用蓋挖法最為適宜，既安全可靠又經濟節約，是目前各個城市修建地鐵車站時的首選方法。

1 工程概況

某城市計劃將地鐵車站修建在該市的東西方向，規劃的車站長度為278.0m，寬度為45.0m，其中有4 個風亭、8 個出入口。使用鋼筋混凝土搭建車站的主體結構和修建中間樁柱，以五柱六跨為結構形式。施工隊采用蓋挖半逆作法、局部明挖法完成了地鐵站主體結構、出入口以及風亭的修建，采用了暗挖法完成了地鐵站偏北方向的通道修建。地鐵站的結構為雙層，上部主要以雜填土做覆土，車站頂部與地面相距5.5m，底部深度為15.0m，基坑的實際寬度為46.0m。

2 蓋挖半逆作法概述

蓋挖順作法應用中，頂板為臨時結構，待主體結構成型后需將該部分拆除，經填土后恢復永久路面，局限性在于會干擾路面交通。蓋挖逆作法則解決了該問題，將頂板視為主體結構的一部分，頂板施工后，恢復的路面則為永久路面，此施工工法的應用優勢在于可減小對道路交通的不良影響。但從蓋挖逆作法的施工流程來看，其在頂板之下從上向下修筑，易由于控制不當出現結構沉降和變形問題，需予以高度重視，做好監控量測工作，采取控制措施。

蓋挖半逆作法施工中，沿開挖輪廓修筑圍護結構并設中間樁柱，隨開挖量的逐步增加，待其到達頂板底部標高位置時用未開挖土體作模，組織鋼筋籠的綁扎作業，再制備混凝土用于頂板的澆筑施工。此后，若頂板成型且無質量問題則回填土至路面標高，至此則可以有效恢復永久路面。

在頂板遮蓋的條件下開挖，到達底板標高位置時從基坑底部開始逐步向上設置主體結構。通過對蓋挖半逆作法與蓋挖順作法的對比分析發現，兩者存在諸多異曲同工之妙，即均開挖至底板標高后再向上設置主體結構，同時以因地制宜的原則采取防水措施，但兩者也有所區別，即在蓋挖半逆作法應用中，頂板被視為永久結構，回填后形成的路面也是永久路面。相比之下，蓋挖順作法則將頂板獨立于永久結構之外，將其視為臨時性結構，后續需要拆除。

2.1 蓋挖半逆作法技術特點

根據前述分析，蓋挖半逆作法與蓋挖順作法在技術層面存在諸多相似之處，在實際施工中，需充分關注圍護結構和中間樁柱的沉降值，對其采取針對性的控制措施，盡可能減小沉降。此外，充分考慮到中間樁柱的定位精度要求，切實提高定位精度，否則將給施工帶來錯誤的導向。

2.2 蓋挖半逆作法優缺點

蓋挖半逆作法是一種升級方法，其融合了蓋挖順作法和逆作法的應用優勢，設置的是永久結構頂板，可以規避二次開挖路面施工，減小對現狀道路交通的干擾。按照自下而上的順序依次設置主體結構，有效保證結構的完整性，同時給防排水等工作的開展創設了良好的條件。但在蓋挖半逆作法應用中，對中間樁柱的精度提出較高的要求，而該處的受力較為復雜，易由于控制不當而出現受力異常的情況，隨之顯現出裂縫。

3 地鐵車站基坑圍護結構常見的幾種變形類型

控制基坑變形的首要任務是防止基坑圍護結構變形，該結構的變形會導致車站周邊建筑物和基坑整體的穩定性減弱，所以控制基坑圍護結構變形是地鐵車站施工中的重難點。基坑圍護結構變形的形式繁多，下文將其類型歸納為四點：弓形變形、深埋型變形、前傾型變形、踢腳型變形。

（1）弓形變形類型。弓形變形曲線呈現的是基坑內發生變形的圍護結構為弓的形狀，上下兩個部分變形程度較小、中間部分變形程度較大，基坑的底層有反彎點產生。通常會在軟土基坑中出現這種形式的曲線，圍護結構在基坑中嵌入的深度相對較小。

（2）埋深型變形類型。埋深型變形曲線呈現的是基坑內發生變形的圍護結構上部沿基坑內側的方向彎曲，下部沿基坑外側的方向彎曲。

（3）前傾型變形類型。前傾型變形曲線呈現的是基坑內發生變形的圍護結構存在一個最大值，經過最大值之后曲線開始遞減出現前傾。該變形曲線是一條傾斜的直線，通常這種變形類型會在上層橫撐操作不當、圍護結構橫向支撐不足的狀態下產生[1]。

（4）踢腳型變形類型。踢腳型變形曲線呈現的是基坑內發生變形的圍護結構由于產生了大距離的位移，出現了踢腳的形狀。若是圍護結構對基坑的嵌入力度較小就會發生這種變形，一般淤泥環境中容易出現踢腳型變形。

上述的四種變形類型顯示，圍護結構與基坑之間的嵌入深度和圍護結構變形狀況息息相關。若是圍護結構嵌入基坑的深度合適，則基坑的安全性、穩定性都會得到保障，通過實際操作發現，嵌入基坑的深度必須科學合理，不論是過深還是過淺都會對工程的質量造成影響[2]。地鐵車站的修建位置通常在繁華的市中心，周邊居民、車輛、建筑物比較多，故建筑單位在進行地表沉降、基坑變形控制的過程中一定要嚴格對待，綜合各種影響因素，設計出既經濟節約又穩定安全的圍護結構。

4 廣場地鐵車站基坑變形預警值的制定

深圳城市修建廣場地鐵車站要根據自身的特點制定。根據該城市的土質狀況、設計要求、國家針對地鐵出臺的規范標準以及檢測的數據制定出符合該廣場車站特點的預警值標準[3]，之后通過車站中各個檢測項目的區別制定出相應的預警值標準：

（1）制定基坑圍護樁水平方向位移的預警值標準。若光滑圍護水平位移曲線呈現出的折點有明顯變化，則啟動報警裝置，及時對變形進行控制，基坑圍護樁水平方向位移的預警值是預期值的0.9 倍，為25mm。

（2）制定圍護結構頂部水平方向位移的預警值標準。要根據設計方案制定圍護結構頂部水平方向位移預警值，預警值是預期值的0.9 倍，為21mm，未開挖基坑前，圍護結構頂部每日在水平方向上發生的位移必須＜6mm。

（3）制定建筑傾斜、沉降的預警值標準。建筑傾斜、沉降的預警值標準要根據建筑的基礎、結構進行制定，必須滿足沉降累積值＜21mm，傾斜度＜0.003。

（4）制定土體側向變形的預警值標準。若是土體側向的變形值達到預警值時必須及時進行變形控制，土體側向變形的預警值為31mm，最大值為51mm。

根據工程實例可以發現，很多發生在基坑工程中的事故原因是沒有及時發現基坑變形和未準確掌握變形情況，其中最重要的是缺乏變形標準，工作人員沒有判斷的標準和依據，進而出現錯誤與失誤。制定變形的預警值標準是為檢測部門提供參考值，根據預警值判斷當前發生的變形，可以及時控制，選擇最合適的方法，避免重大工程事故的發生[4]。制定基坑邊形預警值標準可以有效控制變形，幫助工作人員更快、更準地判斷變形情況，既減少了事故的發生率，又為之后各項目的變形控制提供了參考。不論是對地鐵車站設計還是修建、檢測，每一個環節都要重視變形預警值，及時根據現實狀況對預警值進行調整、反饋，嚴格按照變形預警值標準開挖基坑、控制變形，根據實際工程的需求補充完善預警值，為之后的變形控制提供有價值的參考標準[5]。

根據以前施工經驗來說，支護小于樁體部位有很大的關系，一般來說越靠近頂變形越大，樁體中間位置由于受力原因也會發生較大的變形，而靠近樁體底部的地方一半不會發生變形，這主要是因為底部一半采用混凝土固定的方式，減少了樁體變形幾率。另外，護樁變形與工況和墻體支撐密切相關，在基坑過程中基坑步驟與開挖尺寸以及墻體撐的時間等施工參數會對支護樁的受力產生重要影響。在過程中施工人員發現隨著基坑開挖進行，支護樁的形會逐漸變大，當基坑開挖達到設計深度時支護樁的變形達到最大值，但是隨著支撐施工的開始，支護樁變形會得到一定程度的改善具體情況。見圖1、圖2。

圖1 支護樁水平位移情況

圖2 支護樁累計位移情況

圖1 中，觀測日期分別是：2019 年11 月11 日、11 月13 日、11 月15日、11 月17 日、11 月19 日、11 月21 日、11 月23 日、11 月25 日。

圖2 中，觀測日期分別是：2019 年11 月12 日、11 月14 日、11 月16日、11 月18 日、11 月20 日、11 月22 日、11 月24 日、11 月26 日。

通過對比可以明顯看出，支護樁的最大位移是5.2m，這超過設計要求的3.6m 位移控制要求。技術人員通過分析，主要是因為當施工人員開挖到第二道位置以后，支撐未能按照計劃要求及時施工，超挖的結果就是支護樁產生了超量的位移。鑒于此，技術人員通過在支撐設置后迅速施加軸力，使支護體系穩定。

5 結束語

控制地鐵車站基坑的變形是施工過程中的難點，近幾年投入使用地鐵的城市越來越多，建設的力度越來越大，有效控制基坑變形成為一個越來越難的問題，但是控制變形的方法與理論不斷更新，制定的變形預警值越來越準確。相信隨著我國經濟的發展，建設技術會不斷完善，我國控制基坑變形的技術會更加完善，地下工程的施工技術會更加先進。