复杂换乘地铁车站基坑支护技术分析

陈 进

(深圳市地铁集团有限公司，广东深圳 518026)

0 引言

我国城市地铁建设如火如荼，但美好的事物往往来之不易，地铁尤其如此，主要原因是地铁建造复杂、技术难度大。另外，地铁建设的工程事故较多，其中以地铁基坑支护的事故最多发，有时甚至是惨痛事故。这就表明了地铁基坑支护技术难度较大。国内较复杂的地铁站之一——深圳地铁老街站换乘综合体是成功进行复杂地铁站基坑支护的典型。

1 工程概况

深圳地铁老街站换乘综合体地铁站，换乘综合体长约100 m，宽约70 m，地下分为4层，最底层埋深25.5 m。地铁线罗宝线(1号线)和龙岗线(3号线)在此相会、平行同台换乘，它们上下行的两条地铁线在此同时变成上下重叠，南北相对排列。地下第四层，罗宝线为驶往罗湖火车站，龙岗线为驶往龙岗，顺方向者可在本层实现换乘;地下第三层，罗宝线为驶往机场，龙岗线为驶往益田，顺方向者可在本层实现换乘。不顺方向者可在本楼的第三层和第四层之间就实现了换乘。这是所有地铁换乘方式中最便捷的。节假日期间出入老街站的最大客流量近40万人次，异常繁忙。老街站换乘综合体设计功能取得了成功，在基坑支护施工技术方面同样取得了成功。

老街站换乘综合体的基坑支护复杂，基坑的平面形状是不规则的四边形，南边长92 m，北边长91 m，东边长69 m，西边长39 m;南北边线的夹角为19.4°，东西边线的夹角为8°。基坑周边环境条件:南边是正在运营的地铁罗宝线，将开挖出露的是其地下连续墙;北边是解放西路，其地下是当时待建的地铁龙岗线老街站;东边是永新商业城，是一座20世纪80年代末建成的地面8层、地下1层的混凝土框架结构建筑，基坑边距其外墙的距离为4.5 m(地铁一期工程施工时，已出现扰动变形);西边是建设路，建设路外侧是走向与其平行的广深高架铁路，建设路的路面下有一条宽2 m的雨水箱涵，走向也与建设路平行，广深铁路外侧的不远处是布吉河。具体情况见图1。

2 基坑支护的设计过程和施工过程

2.1 支护方案选择

基坑所处的地层主要为软弱的深厚粉质粘土，夹有粉砂，下卧片麻花岗岩，原布吉河从此处经过，特区建设时将其改移;地下水埋深2.5 m。基坑开挖深度:27.5 m。基坑的特点归纳为:平面形状不规则，紧邻80年代末建筑物，既有地铁罗宝线地铁老街站必须加以保护，开挖深度大。支护方案比较选择论证如下:

根据JGJ 120-2012建筑基坑支护技术规程，安全等级为一级，可供选择的支护结构为支挡式结构。支挡式结构还可细分为:锚拉式、支撑式、悬臂式、双排桩、支护结构与主体结构结合的逆作法。若选锚拉式，正在运营的罗宝线地铁老街站得不到保护，基坑开挖后，其南侧的巨大主动土压力将使地铁站向基坑变形，甚至破坏，锚拉式受周边建筑物及地下管线限制不可行。对于支撑式，因基坑平面不规则，且对撑点间距过大，不可行。对于悬臂式，因基坑开挖深度大、不能保护正在运营的罗宝线地铁老街站，不可行。对于双排桩，因东侧永新商业城的净距离限制，不能保护正在运营的罗宝线地铁老街站，且基坑开挖深度超出其适用范围，不可行。排除以上方案后，本工程选择了支护结构与主体结构结合的逆作法。接下来选择支护结构的挡土结构，可供选择的方式有两种:排桩结构和地下连续墙结构。

图1 基坑支护与地面建筑及道路关系图

排桩结构的优点是:造价低于地下连续墙结构，施工机械没有地下连续墙复杂，易于组织施工;缺点是基坑止水效果不好，需在排桩背面配旋喷桩止水。地下连续墙在这些方面正好与排桩相反。考虑到节约工程投资，本工程采用的是排桩结构。初步布置方式是:基坑西侧和北侧采用直径1 m的混凝土桩，桩间距1.6 m;为保护永新商业城，东侧采用直径1.2 m的混凝土桩，间距2 m;所有桩与桩之间的空隙在基坑外侧用直径0.8 m的旋喷桩堵塞止水。采用钢筋混凝土桩和不含钢筋的素混凝土桩间隔布置，桩与桩之间有0.6 m或0.8 m的孔隙，称为疏排布桩，进一步节省了投资。方案定案时，取消桩间空隙，桩与桩相切紧密布置，称为密排布桩，同时旋喷桩直径减小为0.6 m。

为了充分发挥支护桩的悬臂挡土能力，在支护桩和旋喷桩都施工完成后，将基坑土方挖至－1层，从－1层开始逆作施工，因此，称为半逆作法施工。为确保永新商业城的安全，在基坑东侧－1层处增设一排预应力锚索。逆作法可加快施工进度，完成主体结构桩柱施工和－1层梁板施工后，向下施工地铁换乘综合体和向上施工66 m高的商务公寓可同时进行。

2.2 施工过程对支护方案的检验

先按施工图施工支护桩，再施工三重管旋喷桩。旋喷桩的成桩效果不理想，跟随的钻孔抽芯结果是:浅层0 m～5 m水泥与土的混掺胶结情况好，中层5 m～10 m的胶结情况一般，深层10 m以下的胶结情况差、很差。随深度增加旋喷成桩直径减小，原因是深度增加地层应力增加，旋喷切割、搅动的难度增大，直径与深度成反相关关系。

支护桩完成后，将坑内土弃挖至－1层，下挖深度5 m，按设计图纸要求在基坑东侧施作一层预应力锚杆，单根锚杆锁定力为450 kN。基坑开挖后支护桩的质量情况是:支护桩墙面平整，墙面无渗水。基坑顶面位移情况:南面的罗宝线地下连续墙为零，北侧中部的最大位移19 cm，东侧为零，西侧中部最大位移1.5 cm。坑内仅少量积水，积水处位于基坑西端。基坑支护桩在－1层的质量较好，有效地满足了支护设计要求。

挖桩前实施了坑内人工降水。根据JGJ 120-2012建筑基坑支护技术规程来进行降水设计计算，管井数量n≈3.7，取n=4。在基坑内布置4个管井降水。东西侧各布设一口井，北侧布置两口井。

逆作法是先施工人工挖孔桩，浇筑－4层底板以下的桩基，从－4层安装钢管柱至－1层，在钢管柱周边焊接剪力键或钢环梁用以支撑梁板，再浇筑－1层板梁，以－1层板梁支撑基坑周边的支护桩和地铁罗宝线老街站，下挖－2层。依次类推施作－3层和－4层。

基坑在人工挖孔桩施工阶段基坑内的地下水位降深最大，周边的建筑、道路和地铁罗宝线未受影响，东边的永新商业城最大沉降为50 mm。整体状况较好，仅出现一次险情。险情发生在西侧中部紧贴支护排桩的第54号人工挖孔桩。当下挖至地面下约15 m时出现突涌，基坑外侧建设路下流塑状粉质粘土在基坑外侧与桩孔内的压力差作用下透过旋喷止水层和支护桩间的空隙涌向了桩孔，在建设路形成约4 m3的塌陷坑。原因为该处路面下有雨水箱涵，因其渗漏不断向地下补充水量，使该处坑外地下水位不随坑内下降。另外，建设路车辆震动和紧邻的广深铁路的高速动车震动的激发诱导突涌。险情出现后，在支护桩外侧采取了袖阀管注浆增强原旋喷桩止水帷幕。

逆作－2层和－3层的施工很顺利，因实施了基坑降水，基坑土质含水少，便于作业，逆作出土很快，用于逆作梁板的地模施工顺利。在最深－4层施工过程中，基坑的支护结构出现了两次险情。第一次是在－4层出土时，基坑西端上次出现突涌的第54号桩柱处又突发透过支护桩间空隙的粉质土涌流，建设路又出现约3 m3的塌陷坑。涌流出的粉质土摊在第54号桩柱周围的－3层混凝土楼板上。同一位置发生两次突涌，说明这样一个事实:旋喷桩和袖阀管注浆对老街站粉质土的处理效果甚微。事后用网喷法将该处的支护桩间空隙填实。第二次险情出现在－4层土方即将挖完，－4层的土方从西向东挖，剩余的东端土方有保护支护桩，进而保护基坑顶部永新商业城的作用。施工时，采用了跳槽开挖法。挖完第一槽后，检查发现支护桩中的直径1 200 mm素混凝土桩在中偏下部位出现了裂缝，最宽的裂缝有4 mm。险情发现后立即组织全部力量对裂缝桩进行钢管斜支撑加固。为什么薄弱的素混凝土桩只开裂而未像前两次险情发生突然垮塌。原因是该部位坑外地下水位跟随坑内地下水位同时降落，坑外的粉质土因地下水降低由总应力状态变成了有效应力状态，强度增大很多，失去了流动性。在素混凝土受主动土压力作用向基坑内凸出变形开裂后，通过素桩后面土的水平拱效应将土压力传给了钢筋混凝土桩，素桩后的土压力不再增加。从这一角度看，此次险情未扩大为事故得益于旋喷桩止水效果不佳，这点与上两次险情是相反的。同时说明了永新商业城的地下给排水管网未渗漏。坑外地下水位随坑内降水而下降的情况，从开挖完成的第一槽支护桩之间的缝隙的干湿状况得到了证实，若坑外水位高，缝隙必然很湿或泌水，实际观察的结果是缝隙是干的。

从地面到－4层施工结束，逆作基坑支护体系充分发挥了稳固支撑、保护作用，地铁罗宝线未产生位移、紧邻的永新商业城得到了保护等，达到了设计要求。基坑支护剖面图见图2。

图2 基坑支护剖面图

3 结语

通过施工过程的实践检验，复杂的老街地铁站的基坑支护设计是成功的。总结经验和教训，可作下列优化:

1)支护桩不能间隔采用素混凝土桩，应全部采用钢筋混凝土桩。前者的基坑支护结构重要性系数γ0仅能达到0.9，后者才能达到1.1，JGJ 120-2012建筑基坑支护技术规程要求为1.1。

2)旋喷桩和袖阀管注浆对本工程土质条件的止水处理效果差，可改为深层搅拌。

3)排桩的成孔方法应改进，目前的钻孔机和冲孔机的成孔垂直度不理想，能勉强达到JGJ 120-2012建筑基坑支护技术规程要求0.5%。若偏差方向相反，在20 m深度处，就可能形成20 cm的间隙，此间隙足以引起基坑外粉质土涌入坑内。

［1］JGJ 120-2012，建筑基坑支护技术规程［S］.

［2］陈忠汉，黄书秩，程丽萍.深基坑工程［M］.北京：机械工业出版社，2003：3.