富水砂層下的城市地鐵車站深基坑施工方法

易路行

（佛山市地鐵建設(shè)有限公司，廣東 佛山 528041）

在設(shè)計城市地鐵工程的過程中不僅要考慮線路布局，還須設(shè)計不同的地下軌道施工方案。由于深基坑工程風險較大且深基坑的技術(shù)難度較高，因此設(shè)計深基坑工程需要考慮很多因素，而設(shè)計城市地鐵車站深基坑，更需要注重安全，該工程的主體為桂城站，地面建筑物與地下地鐵的主體結(jié)構(gòu)距離較近[1]，如果工程施工處理得不嚴謹，就會增加工程風險，為能夠在安全可靠、經(jīng)濟合理的環(huán)境中進行施工，需要對地鐵的地下富水砂層進行分析[2]。我國的地下工程建設(shè)發(fā)展較晚，但隨著基建行業(yè)不斷發(fā)展，目前已經(jīng)取得巨大的進步。地鐵車站的施工為一個全階段過程，需要從工程總體入手，對可能產(chǎn)生的風險進行預判，并對不同的施工項目中的風險進行識別和控制[3-4]。因此該文以富水砂層的城市地鐵車站深基坑為研究對象，設(shè)計施工順序和具體操作內(nèi)容，保障工程項目施工的安全。

1 工程概況

佛山市城市軌道交通三號線工程3205—標段包括一站兩區(qū)間，分別為桂城站、鎮(zhèn)安—桂城站區(qū)間和桂城—西約站區(qū)間，均沿南海大道布置。

鎮(zhèn)安—桂城站區(qū)間采用盾構(gòu)法施工，區(qū)間長度為1308m，由鎮(zhèn)安站始發(fā)，沿南海大道向北，連續(xù)下穿420m河流和支渠并下穿或側(cè)穿多個建構(gòu)筑物，在桂城站接收。區(qū)間分別設(shè)置2處聯(lián)絡(luò)通道，采用冷凍法施工。

桂城—西約站區(qū)間采用盾構(gòu)法施工，區(qū)間長度為781m，由西約站始發(fā)，沿南海大道向南，期間側(cè)穿多個建筑物，同時上跨溶洞區(qū)并穿越擂崗斷裂帶，在桂城站接收。區(qū)間設(shè)置1處聯(lián)絡(luò)通道，采用礦山法施工。標段地理位置平面如圖1所示。

圖1 標段地理位置平面圖

桂城站與在運營廣佛線桂城站為“T”字換乘車站，鋪蓋系統(tǒng)處采用蓋挖法施工。三號線車站設(shè)置實施A2號出土口通道、接入既有B號出入口通道、接入既有D2號出入口通道及E號出入口通道，與廣佛線出入口配合使用；其中，A2號出入口通道接入越秀地產(chǎn)地下商業(yè)通道，E號出入口沿南海大道設(shè)置于商貿(mào)大廈旁停車場。

三號線車站共設(shè)置二組風亭，1號風亭組位于越秀地產(chǎn)A地塊內(nèi)，土建工程己由越秀地產(chǎn)施工完成并在結(jié)構(gòu)側(cè)墻預留門洞，待三號線車站施工時接入，2號風亭位于南海大道電信局旁邊停車場內(nèi)。

2 富水砂層下的城市地鐵車站深基坑施工方法

2.1 富水砂層地質(zhì)分析

車站從上至下土層分別為<1-1＞素填土、<2-2＞粉砂、<2-1A＞淤泥、<3-1＞粉細砂、<3-2＞中粗砂、<5N-2＞粉質(zhì)黏土、<6＞全風化巖、<7-2＞強風化巖、<8-2＞中風化巖，基底主要位于<5N-2＞粉質(zhì)黏土層、<6＞全風化碎屑巖層，局部位于<8-2＞中等風化泥質(zhì)粉砂巖層；連續(xù)墻底主要位于<6＞全風化碎屑巖層、局部位于<5N-2＞粉質(zhì)黏土層、<8-2＞中等風化泥質(zhì)粉砂巖層。

該工程中的富水砂層地質(zhì)，主要為<2-2＞、<2-2-1＞、<3-1＞和<3-2＞層，這幾類巖土層富水性較強，水徑流通暢，透水性強。該車站地貌屬于海陸交互相沖洪積平原地貌，地下水位普遍較淺，實測砂層靜止水位埋深為1.50～4.30m，平均埋深為2.42m，高程為-2.06～2.73m，平均高程為-0.20m；基巖靜止水位埋深為2.10～3.00m。因此該工程被劃分為富水砂層地質(zhì)施工，該工程土質(zhì)含水豐富，透水性較強，多屬中、強透水層。巖土工程地質(zhì)特征情況見表1。

表1 巖土工程地質(zhì)特征情況表

2.2 圍護結(jié)構(gòu)施工措施

該站圍護結(jié)構(gòu)采用1m厚地下連續(xù)墻，豎向采用兩道砼支撐+兩道鋼管支撐。第一道為700mm×900mm混凝土米字撐，支撐水平間距9m，支撐在1300mm×900mm的混凝土冠梁上；第二道和第四道為?609mm（t=16）鋼支撐，水平間距3m，鋼腰梁均為雙拼工45C組合型鋼；第三道為1000mm×1200mm混凝土米字撐，支撐水平間距9m，支撐在1200mm×1200mm的混凝土腰梁上。跨度較大位置處設(shè)置臨時中立柱（組合型鋼）減跨，砼支撐處采用600mm×800mm的砼連系梁，鋼支撐處采用雙工63a連系梁。

在地連墻施工前，須先采用旋噴樁、袖閥管注漿和三軸攪拌樁施工。鄰近沃爾瑪?shù)叵率乙粋?cè)連墻在施工前，須對外土體進行旋噴樁加固然后對地下室與基坑間土體進行袖閥管注漿加固[5]。其余地連墻內(nèi)外側(cè)，采用三軸攪拌樁對其進行槽壁加固防止成塌孔。

在地連墻施工完成后，基坑開挖前對換乘節(jié)點新舊續(xù)接口角部處采用MJS旋噴樁進行止水施工。

鋼筋混凝土支撐防護圍擋采用密目式防護圍欄，欄桿頂與鋼筋混凝土支撐頂面高度不低于1.2m。防護圍欄欄桿底座與混凝土擋墻用膨脹螺栓固定。

當車站基坑第一層土方開挖至第一道支撐底標高時，停止開挖，進行冠梁和第一道混凝土支撐施工，對盾構(gòu)端頭井處混凝土支撐施工來說，當每層土方開挖至支撐底標高時及時做腰梁和支撐。

當開挖至鋼筋混凝土支撐設(shè)計底標高時，停止開挖，對鋼筋混凝土支撐中心線兩側(cè)各90cm內(nèi)進行夯實處理，根據(jù)鋼筋混凝土支撐中心線做5～10cm厚的混凝土墊層。為讓鋼筋混凝土支撐與墊層在降水和土方開挖過程中徹底分離，鋼筋綁扎前，在墊層面上鋪設(shè)兩層塑料薄膜。

2.3 布置基坑降水井

當架設(shè)基坑施工支撐后，可以在深基坑周圍布置降水井，因工程地理特殊位置，隔斷了基坑內(nèi)外水力聯(lián)系。外部為較厚的砂質(zhì)含水層，水量豐富，補給量大，降水后坑內(nèi)外水頭差大，在坑外高差較大影響下，容易滲漏，導致管涌流砂等，危害基坑安全。因此，該工程降水井選用疏干井和坑外觀測井。

該站圍護結(jié)構(gòu)為地連墻，進入下部基巖風化層，基本隔斷基坑內(nèi)、外水力聯(lián)系，按需布置。單井的有效面積為a井，通過開挖降水井，可對范圍內(nèi)的土體進行疏干處理，單井有效疏干面積a井一般為150m2～250m2，通過確認土體的特性，該工程的有效疏干面積a井取200m2，計算坑內(nèi)疏干井的數(shù)量如公式（1）所示。

式中：n為井口數(shù)；A為基坑中所存在的面積；a井為單井中所能抽取到的有效水體面積。

關(guān)于坑外觀測井，在基坑南北兩個擴大端頭及標準段中間西側(cè)分別布置1個水位觀測井，共計3個，考慮地連墻止水通常較難起到止水作用，因此須對降水井中的水位沉降參數(shù)等進行測試，根據(jù)參數(shù)結(jié)果對基坑中細節(jié)處的降水問題進行調(diào)整優(yōu)化[6]。

根據(jù)該工程巖土工程勘察報告，計算M3-Z3-SNH-02，M3-Z3-SNH-05（M3-Z3-SNH-02和M3-Z3-SNH-05為不同的巖土層分布情況位置編號）。在計算過程中，綜合考慮基坑深度內(nèi)巖土層分布的不同情況，單井出水能力如公式（2）所示。

式中：q為理論上的單井出水能力；r為過濾器半徑；l為慮水厚度；k為所取透水系數(shù)的平均值。

2.4 施工難點及措施

2.4.1 換乘節(jié)點施工

已換乘節(jié)點處的圍護結(jié)構(gòu)施工，當澆筑完負三層底板，鑿除第五道混凝土腰梁時，為控制工程風險，現(xiàn)場堆放沙袋反壓，并對負三層南北側(cè)尚未拆除的混凝土腰梁進行施工。同時，對東西部分墻體及南北側(cè)靠西邊的四根支柱也進行相關(guān)圍護結(jié)構(gòu)限制的建設(shè)，并對負三層進行沙土回填。換乘區(qū)域已施工的中立柱、底板及側(cè)墻存在質(zhì)量問題，有侵限風險。

施工包括以下4個步驟：1）在廣佛線連接處地墻施工前，使用工程地質(zhì)鉆機切除侵限結(jié)構(gòu)。2）在基坑開挖前，對換乘節(jié)點新舊連續(xù)墻接口角部采用MJS旋噴樁進行止水，并做抽水試驗，合格后可以開挖，注意換乘節(jié)點兩側(cè)基坑保持同步。3）在開挖前應對換乘節(jié)點位置1號線的連續(xù)墻進行抽芯檢測。4）在施工過程中，對廣佛線軌道進行連續(xù)自動化監(jiān)測，一旦位移過大應停止施工并立即通知運營，以保障行車安全。

2.4.2 深基坑開挖施工

桂城站基坑深度為24.22m～26.72m，開挖土層自穩(wěn)能力差，易坍塌導致潛蝕、管涌和流砂等工程液化危害。

施工包括以下3個步驟：1）嚴格控制地下連續(xù)墻等圍護結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量，保證不滲漏。加強過程控制，保證止水施工質(zhì)量。2）高度重視基坑降水管理，詳細編制降水專項方案，保證基坑降水的質(zhì)量。以基坑內(nèi)疏干降水為主，根據(jù)抽水試驗結(jié)果減壓降水為輔的方案降水，預設(shè)減壓井，做好基坑內(nèi)排水，及時施作墊層封底[7-8]。3）處理好拆支撐和結(jié)構(gòu)砼施工的關(guān)系。4）加強監(jiān)測，認真做回歸分析，及時反饋信息指導施工。

2.5 基坑開挖保障措施

2.5.1 防涌砂水措施

當開挖時，對圍護結(jié)構(gòu)拐角等薄弱部位設(shè)專人監(jiān)視，若出現(xiàn)少量滲漏須及時處理，先堵漏后注漿再開挖防止?jié)B點擴大；通過及時反饋的監(jiān)測信息嚴格控制圍護結(jié)構(gòu)變形，必要時加密支撐，避免變形過大導致遇薄弱環(huán)節(jié)錯位開裂，出現(xiàn)滲水通道須及時處理；配備堵漏經(jīng)驗豐富的施工隊伍，成立漏水涌沙救急小組，當出現(xiàn)險情時能立即行動，投入搶險工作；配備注漿機、足沙袋及材料，當基坑出現(xiàn)涌水砂時，立即拋填鉆孔注化學漿液（即水玻璃＋泥）形成固砂止帷幕。

2.5.2 防邊坡失穩(wěn)措施

根據(jù)場地實際情況和設(shè)計要求，合理規(guī)劃開挖的順序和范圍，通常從上部開始逐層開挖，以保證邊坡穩(wěn)定；在基坑四周及坑內(nèi)，設(shè)置完善的排水系統(tǒng)，保障雨季施工安全；密切觀測天氣預報，當暴雨來臨前停止開挖，并立即對邊坡進行覆蓋防護。同時，在基坑周圍設(shè)置臨時排水渠，將積水引入已有的排水系統(tǒng)中。

2.5.3 防支撐失穩(wěn)措施

支撐拼接采用扭矩扳手，保證法蘭盤螺栓連接強度。拼接好支撐后，質(zhì)檢工程師檢查合格后可以安裝。對千斤頂、壓力表等加力設(shè)備進行定期校驗，并制定嚴格的預加力操作規(guī)程，保證預加軸力準確；當支撐軸力超過警戒值時，立即停止開挖，對其進行研究，并將有關(guān)數(shù)據(jù)反饋給設(shè)計部門，問題解決后再開挖。

3 施工結(jié)果

為驗證場內(nèi)水位控制，根據(jù)該工程對富水砂層的城市地鐵車站深基坑施工方法的設(shè)計要求，對施工前后的水位沉降值進行檢測，該施工檢測的水位沉降以降水井為準，其中一個以抽水井為試驗對象，另一個以觀測井為觀測對象。關(guān)于測定施工前后水位，該試驗以兩口井的初始水位為準，每隔一段時間對水位進行測定，在一定間隔過程中，每2h觀測一次水位，以12次為一個時段，該試驗共觀測6個時段，取各時段水位的平均值作為試驗結(jié)果，施工前和施工后各以6個時間段為試驗基準，工程前后關(guān)于施工周邊地區(qū)降水位的處理效果如圖2所示。

圖2 施工前后周邊地區(qū)降水位的處理效果

對設(shè)計富水砂層的城市地鐵車站深基坑施工方法來說，因工程中深基坑水量過多，所以對施工后的降水位進行了處理。由圖2的數(shù)據(jù)可知，施工前的初始水位為0.8m，隨著時段增加，水位的沉降值逐漸上升。工程施工后，初始水位為0.4m，與施工前相比，初始水位減少一倍，在一定程度上控制了水位沉降值。由于變更時段，施工后的水位沉降值為0.2m～0.5m，水位沒有呈上升趨勢，因此，該設(shè)計可以有效控制水位，在富水砂層中對深基坑水位控制有較好的輔助效果。

4 結(jié)語

該文對富水砂層的城市地鐵車站深基坑施工方法進行研究，并分析了富水砂層地質(zhì)，對布置基坑降水井和澆筑深基坑混凝土等多個方面進行設(shè)計，在符合工程規(guī)范的前提下，較少地控制了工程水位。