復雜周邊環境下地鐵深基坑變形控制要點研究

周正永，馬江偉，高威

（中建二局土木工程集團有限公司，廣東 佛山 528000）

1 引言

隨著近幾年我國地鐵項目建設不斷推進，給城市發展帶來了良好的推動作用，但是在地鐵車站建設中，經常面臨著周邊環境復雜，地下管線眾多、地下水位較高等不利因素，這為地鐵車站深基坑施工帶來了較大的難度，為了有效控制地鐵車站深基坑變形問題，國外相關學者已經做出了深入研究，并在實際控制中取得了良好的成效。我國的地鐵項目建設起步較晚，為此，必須積極借鑒先進的施工方法，加強深基坑變形控制，提高地鐵車站的施工水平[1]。

2 項目概述

以廣州市芳白城際地鐵夏茅站為例，為地下3層單島四線越行車站，整體結構全長430 m，地鐵車站深基坑的寬度為36.1 m，深基坑開挖總深度在30.2 m；圍護結構采用1 000 mm厚的地下連續墻，支撐系統采用3道混凝土支撐+1道φ609 mm鋼支撐。車站沿夏茅商業大道布置，呈西南—東北方向，周圍主要為夏茅村村民自建房、工業廠房及臨街商鋪，部分房屋需要拆遷，拆遷總面積為35 640 m2。車站東南側為夏茅小學在，最近距離為12 m，車站的東西兩側均為商業開發區，如圖1所示，將與車站同步進行開挖施工，存在“群坑空間效應”，控制車站基坑的變形是本工程重點、也是難點。

圖1 車站地質總坡面示意圖

從地質環境和水文條件分析來看，項目位于廣從斷裂帶、古流溪河大地質區，溶洞發育且灰巖上部多上覆富水砂層。通過詳勘鉆孔，平均見洞率76%，巖溶發育程度為巖溶強發育，溶洞規模，0.1～10.8 m，平均洞高1.87 m。地層穩定性差，極易引起地表沉降，施工風險極大。

3 復雜周邊環境下地鐵車站深基坑變形原因

由于地鐵深基坑大多位于城市地區，基坑周圍有許多密集的建筑物，其中包括工業廠房、村民自建房以及臨街商鋪，因此，對基坑變形的環境影響也是嚴格要求的。影響基坑變形的因素很多，包括設計因素、施工因素和自然土體因素[2]。其中，設計因素包括基坑的平面尺寸和深度、擋土墻的剛度和深度、支座的剛度和支座的數量、支座的位置、預應力的水平和土體的加筋。據統計，設計因素引起的基坑事故占46%。因此，有必要從設計本身來研究設計參數對基坑變形的影響。由于數值模擬方法可以考慮不同工況下深基坑的變形和內力變化，并且取得了大量的研究成果。根據某地的環境特點，揭示了當地的地鐵深基坑的損壞規律。

4 復雜周邊環境下地鐵車站深基坑變形控制要點

地鐵項目建設中經常遇到復雜的周邊環境，而在本項目的地鐵車站深基坑工程建設中，需要對周邊部分房屋進行拆遷，因此，必然會導致施工區域內地基受到影響，最常見的就是深基坑變形，根本危害就是對周邊構筑物或者地下管線等環境帶來結構沉降影響，具體影響環節包括基坑降水、土方開挖以及深基坑支護等。為了有效降低地鐵車站深基坑支護產生的影響，必須加強地鐵車站深基坑項目施工的有效控制，明確影響施工的各類因素，同時采取有效解決對錯，將地質結構對深基坑施工造成的影響降至最低，從而達到良好的施工效果，滿足城市地鐵項目順利實施的需求。以下針對地鐵車站項目各工序的影響因素以及變形控制要點進行細致分析。

4.1 土方開挖環節深基坑變形控制要點

4.1.1 開挖施工方式

以上述地鐵車站深基坑項目建設為例，在實際施工中選用明挖施工方式，施工過程中先做好周圍的維護施工，將地下連續墻作為圍護結構，同時建設格構柱與降水井。完成準備工作后，便可進行深基坑土方開挖施工。本項目土方開挖施工采用分段和分層開挖方式，開挖過程中，應結合每一段的開挖順序，及時開展基坑支護，選擇混凝土結合與鋼架結構混合支撐施工。當基坑開挖后，可以分單元進行車站基坑主體結構施工，在這個環節施工完成后，對盾構區域與車站的其他結構進行施工。結合地鐵車站主體結構，沿著主結構進行施工單元劃分，保證每個單元的長度在12.76～34.1 m。在土方開挖施工中，主要包括兩個開挖面，通過兩端井巷基坑中心部位同時開展土方開挖，并且還要在盾構井部位設置平行的工作面，在地鐵車站的深基坑開挖過程中，還要做好基底雜物的及時清理，從而保障底板單元施工的順利進行[3]。

4.1.2 土方開挖準備階段變形控制

對于維護結構，主要是利用鋼支撐和混凝土支撐結構完成地下連續墻的支護施工。在實際施工中，將5個鋼支撐結構與1個混凝土支撐結構設置在端頭井位置，將4個鋼支撐結構與1個混凝土支撐結構設置在標段位置，并且保證每一段的支撐結構都與土方開挖同步開展，隨著地鐵車站主體結構的建設，及時對支撐結構進行拆除。為了滿足建筑工期要求，在實際施工中也要結合實際規劃，對施工現場的條件和交通情況，遵循開槽支護的原則，并且保證先設置支撐結構，然后進行開挖，而開挖也要逐層進行，以免出現超挖現象。另外，施工區域內基坑開挖范圍要達到硬化標準，符合土方機械設備對地面強度的要求，并且保證施工現場具備良好的排水效果，避免出現現場深基坑積水現象。

在基坑開挖前，要做好井點降水效果檢查，如果降水效果與深度均滿足基坑開挖要求，便要組織控制網測量，并且對施工區域內的樁點進行復測，重點關注導線點、高程點以及GPS網點測量。結合設計人員提供的數據以及對周邊建筑情況的測量，進行放樣測量，并對出現沉降的區域進行及時的糾偏。

4.1.3 深基坑變形控制

在本項目的基坑開挖過程中要加強現場檢測，避免影響周圍環境，并且要做到先探后挖，避免出現超挖現象。開挖過程中需要做好基坑降水工作，減少維護結構暴露在外部環境下的時間。對降水井附近的土方要謹慎開挖，避免對降水井造成破壞。為了避免地鐵深基坑土方開挖產生的變形問題，可以采取以下措施：（1）要重視地下支撐結構，嚴格控制連續墻的成型質量，并且保證連續墻無縫、無襯線等問題，避免坑內存在流沙或管涌；（2）要保證土方開挖后暴露在外側的土質情況與實際勘察無較差偏差，基坑開挖范圍與深度與設計一致，場地水排放情況正常，基坑降水設施完善；（3）保證周邊管道無泄漏或破損現象，檢查周圍道路地面陳建現象，避免存在裂紋和不規則沉陷[4]。

4.2 深基坑支護施工變形控制

4.2.1 冠梁、混凝土支撐施工控制要點

在降水井以及格構柱的施工環節中，要做好支撐部位與冠梁位置的土方開挖，拆除超灌的底線連續墻，并且保證混凝土支撐和冠梁施工保持一致，進行墊層夯實施工時，采用原土進行夯實，保證混凝土墊層厚度約為10 cm，并在上層設置隔離板，以此實現開挖支撐的作用，同時避免混凝土掉落對基坑內部施工人員造成傷害。在混凝土的支撐施工環節，還要結合作業面的寬度進行合理的挖槽，避免大面積開挖施工。在本地鐵車站的深基坑開挖中，需要在陰角位置設置混凝土支撐，并且在主體結構施工達到預設強度后進行支撐拆除。

4.2.2 鋼支撐施工控制要點

在地鐵車站標準段的施工過程中，需要采用鋼支撐結構和混凝土支撐結構共同完成支護，并且在盾構施工區域設置4道鋼結構與1道混凝土結構，而且鋼結構支撐還要設置鋼聯系梁，將其固定在聯系梁上，起到良好的支撐效果。在鋼結構支撐中，對深基坑穩定性具有一定的影響，所以，為了保障深基坑施工質量，必須做好鋼支撐架設的準確度，并且嚴格按照設計圖進行預應力施加，尤其是要做好斜支撐的制作，并且提高穩定性與輕度，滿足抗變形要求。鋼支撐架設能夠確保深基坑土方開挖以及主體結構建設的安全性，有效控制基坑的位移與收斂，因此，還要結合時空效應，開展分層分段開挖施工，在土方完成后的8 h內進行支撐結構安裝，并且設置預應力，在鋼支撐安裝過程中，還要嚴格遵守先設置支撐結構再進行土方開挖的順序，保證基坑施工進度達到預期標準。

4.3 基坑降水控制要點

1）在地鐵車站深基坑降水前，必須嚴格遵循專家設定的方案開展施工，并且做好相關培訓工作；

2）基坑降水環節還要做好全方位的實時監控，基于提前設置在深基坑周圍的監測點對基坑內水位和沉降變化情況進行觀測，并且及時計算沉降量，當沉降到達報警值后，要及時制定有效應對措施；

3）降水環節中，還要對抽水設備和設備的運行情況進行仔細檢查，保證抽水設備的工作壓力和溫度均符合正常運行要求，如果抽水泵運行過程中存在異常，要及時采取應對措施，使抽水泵快速恢復正常運行[5]。

在深基坑降水運行環節中，還要結合基坑開挖深度和開挖范圍適當調節抽水泵的位置，避免抽水超前，在抽水環節中也要時刻關注水位情況，合理控制水位，滿足基坑開挖需求，避免出現周圍地質結構產生變形的現象。

4.4 承壓水處理控制措施

一般而言，深基坑抽降承壓水勢必對周邊環境影響較大，對承壓水的處理控制措施要求較高，考慮到埋深不深，增加地墻構造配筋，隔斷的承壓水持續減弱，坑內承壓降低就會對周邊環境造成影響，同時鄰地鐵側設置減壓觀測井及回灌井監測坑外承壓水水位，并監測降水引起的周邊環境變化，如出現明顯沉降，可及時回灌。

5 結語

綜上所述，地鐵項目建設是我國城市建設的核心工程，但是在地鐵車站建設中，經常會對周圍復雜環境帶來嚴重的影響，導致深基坑變形等危害，不僅影響周邊建筑結構，同時也會存在破壞市政管線等風險。為此，人們模擬復雜周邊環境的地鐵車站深基坑變形施工情況分析，明確有效的控制方案，提高地鐵工程的順利實施。