郑州轨道交通1号线一期工程基坑围护方案探讨

皮景坤 任 磊 赵运臣

0 引言

随着经济的发展及农村人口不断向城市的涌进和私家汽车的增多,城市交通正变得日益拥挤,全国各地大、中城市都在发展地下轨道交通。轨道交通工程深基坑围护结构的安全稳定是能否顺利开挖的关键因素之一。郑州市轨道交通工程如何本着国家发改委批复的“安全、经济、可行”的原则进行基坑的支护设计,是各参建单位急需解决的问题之一。

1 工程概况及水文地质条件

郑州市轨道交通1号线一期工程全长26.2 km,全线设车站20座,全部为地下线。全线跨越了2个地貌单元,大致以京广线为分界,呈西高东低。西段自工程起点至郑州火车站范围属山前冲洪积缓倾平原,地形略有起伏,地面标高100 m～122 m;东段自郑州火车站至工程终点属黄淮冲洪积平原,地形平坦开阔,地面标高83 m～100 m。全线的工程水文地质条件受地形地貌控制,各段的地质及水文特点如下：1)山前冲洪积缓倾平原地质及水文特点：地表分布种植土或人工填土,以下为粉土、粉细砂(中密～密实)、中砂(密实)、粉质黏土(硬塑～坚硬)等,压缩性中等～低,承载力较高,场地土类型属中硬土,场地类别属于Ⅱ类。地下水埋藏较深,实测稳定水位为地面下18 m～32 m,属上部潜水。2)黄淮冲积平原地质特点：地表分布种植土或人工填土,以下为粉土、粉细砂、中砂、粉质黏土(硬塑),上部土层具承载力低、压缩性高的特点。场地土类型属中软土,场地类别属于Ⅲ类。地下水类型主要为砂、砂砾石含水层的孔隙水,大部分地下水埋藏较浅,属上部潜水,实测稳定水位2.0 m～8.5 m,局部范围分布有弱承压水。

2 基坑围护形式比较

基坑工程是个风险相对较大的系统工程,具有工程量大、技术难度高、不可遇见因素多等特点,且地下车站主体基坑工程一般在16 m以上,在换乘站处基坑深达24 m左右,且都是在城市中进行开挖,周边环境对基坑要求较高。从工程水文地质条件可见,郑州市轨道交通1号线一期工程沿线地质变化较大,因此可采用的围护方案也是多样的,可选择围护方案的形式见表1。

表1 基坑围护结构形式

3 郑州市轨道交通1号线一期工程基坑围护方案的选择

郑州市轨道交通1号线一期工程自西向东设凯旋路站、西三环站、秦岭路站、桐柏路站、碧沙岗站、郑州大学站、中原东路站、郑州火车站站、二七广场站、市体育馆站、紫荆山站、东明路站、民航路站、会展中心站、黄河东路站、农业东路站、七里河站、新郑州站站、博学路站、体育中心站共20个站,具体围护方案见表2。

3.1 基坑围护方案

1)凯旋路站—郑州火车站站：线路穿越建成区,建筑物密集、交通繁忙。站位均位于道路下方,基坑周边管线密布。秦岭路站、桐柏路站、中原东路站位于道路十字路口需局部盖挖,其余全部为明挖法施工。地层主要以粉土和粉质黏土为主,地下水位在15 m～25 m,除郑州火车站站为三层岛式车站外,其余均为双层岛式车站,基坑深约16 m～24 m,标准段宽 18.5 m,车站底板主要位于粉土层。基坑侧壁安全等级、基坑变形控制等级均按一级考虑,为保证周围建筑物和交通安全,采用混凝土灌注排桩作为基坑围护结构,并需采取一定的降水或桩间止水措施。

2)二七广场—紫荆山站、东明路站—七里河站：线路穿越建成区,建筑物密集、交通繁忙,多次穿越文物保护范围,站位均位于道路下方或者绿地内,基坑周边、建(构)筑物管线密布。二七广场站位于商业闹市区需局部盖挖,东明路站、民航路站位于交通繁忙或边界条件限制地段,采用盖挖法施工,其余全部为明挖法施工。地层主要以粉土和粉质黏土为主,地下水位在15 m～25 m,除紫荆山站为三层岛式车站外,其余均为双层岛式车站,基坑深约16 m～24 m,标准段宽18.5 m,车站底板主要位于粉土层。基坑侧壁安全等级、基坑变形控制等级均按一级考虑,为保证周围建筑物和交通安全,采用钻孔灌注桩作为基坑围护结构,为减小降水对周边环境的不利影响,采取坑内降水、坑壁止水的措施,围护桩外侧设三轴搅拌桩止水帷幕。

3)紫荆山站：紫荆山站位于紫荆山公园内与2号线十字岛岛换乘,周边有商城遗址、金水河、紫荆山立交、黄河博物馆等重要文物或建(构)筑物,三层岛式车站。地层主要以粉土和粉砂层为主,地下水位在4 m,基坑深约24 m,标准段宽 25.9 m,车站底板主要位于粉砂层。基坑侧壁安全等级、基坑变形控制等级均按一级考虑,为保证周围建筑物,采用地下连续墙作为基坑围护结构。

4)新郑州站站—体育中心站：新郑州站站、博学路站、体育中心站位于规划建设用地,周围地势开阔平坦,无房屋和管线,地层主要为粉土和砂层,地下水位较高。车站采用地下二层岛式车站,基坑深16 m～18 m,基坑底位于砂层,侧壁安全等级、基坑变形控制等级均按一级考虑,车站周边条件较好,具备放坡条件。地下水位以上采用放坡开挖,采取一定的降水措施。

表2 各站点采用的围护方案

3.2 支撑系统

由于轨道交通基坑多为长条形,周边建筑物、管线密布,与锚杆(索)支撑相比钢支撑具有不占用基坑外地下空间、可重复利用、造价省、对控制基坑变形有利等优点,所以1号线一期工程基坑优先采用钢管内支撑作为支撑系统。但是在周边环境要求较高的西三环站、郑州大学站、郑州火车站站、市体育馆站、东明路站、民航路站第一道采用混凝土支撑,二七广场站、紫荆山站采用三道混凝土支撑。

4 结语

基坑工程围护结构的多样化解决了在轨道交通施工中施工多样性和复杂性。选用何种类型围护结构施工,根据其场地的具体情况、地质条件、经济合理和施工工期等因素确定。郑州市轨道交通1号线一期工程的基坑根据郑州市工程水文地质条件以及周边环境的要求采用了各自相适应围护结构形式,引进了一些新的围护结构形式。目前基坑开挖比较顺利,可为后续轨道交通、城市建筑、市政建设的基坑设计施工提供参考和借鉴。

[1] 李超志.西安地铁明挖车站基坑工程的支护形式选择[J].中国市政工程,2009,139(2)：56-57.

[2] 中铁第四勘察设计院集团有限公司.郑州市轨道交通1号线一期工程总体设计[R].2009.

[3] 李自明.长沙市某基坑支护加固案例分析[J].山西建筑,2008,34(4)：141-142.