北京地铁明挖车站深基坑支护监测分析及稳定性研究

陈 雷

北京建工土木工程有限公司

北京地铁明挖车站深基坑支护监测分析及稳定性研究

陈 雷

北京建工土木工程有限公司

伴随着城市化的进程不断加快，城市拥堵问题成为了城市化进程的一大障碍。地铁车站多位于城市的繁华地段，基坑开挖在地铁建设中扮演着举足轻重的地位，基坑开挖施工难度大、造价较高，一旦出现事故，结果往往是毁灭性的，因此在基坑的施工过程中，必须要将基坑的安全放在首位。在城市化进程如火如荼发展的今天，基坑工程迅猛发展，并且其规模越来越大，对于安全性、稳定性的要求也越来越高，因此进一步加强对其的研究非常有必要。基于此本文分析了北京地铁明挖车站深基坑支护监测分析及稳定性。

北京地铁；明挖车站；深基坑支护

1、深基坑工程特点

深基坑工程的特点主要有以下几点：

(1)基坑开挖面积较大，有的甚至长达百米以上，是一项大型的土建工程，需要考虑诸多因素的影响；(2)由于建筑物的高度及规模的扩大，深基坑在面积和深度上将会变得更大；(3)深基坑为临时性工程，但是其开挖周期长，支护复杂，开挖过程中坡顶的堆载可能会增大基坑的变形；(4)地质条件较差时，深基坑的开挖可能会影响到周边管线及既有建构筑物的正常使用；(5)伴随着时间的增长，岩土体的螺变会导致基坑的进一步变形，甚至会影响基坑的正常使用。

由于基坑工程具有以上特点，故在基坑的开挖期间需要进行监测工作，以便于掌握基坑的稳定性状态，为设计、施工提供依据，同时尽可能地维护周边环境的原有状态，消除安全隐患，尽最大努力将事故扼杀在萌芽状态，保证工程安全顺利的进行。

2、工程概况

北京地铁14号线工程土建施工13合同段，位于北京市朝阳区，其中南八里庄～北京工业大学站区间位于弘燕路和西大望路下方，北京工业大学站位于西大望路北京工业大学西侧，北京工业大学站～平乐园站区间位于西大望路下方。本工程主要包括一座明挖车站、一个盾构区间、一个矿山法区间。

工程设计简介：本工程名称为北京地铁14号线13标段，位于东西向的弘燕路和南北向的西大望路。本工程施工车站位于西大望路与松榆北路交汇的南侧，沿西大望路南北向布置。车站东侧为北京工业大学，西侧为50m宽的西大望路，南侧为松榆东里天桥。车站结构总长222.9m，标准段宽度21.1m，顶板覆土为3.0m，底板埋深17.85m。主体结构型式为地下二层三跨箱型框架结构，采用明挖法施工。车站南端的区间隧道采用盾构法施工，车站南端设盾构始发井，因北端扩大段上方存在暂时不能迁移的110KV高压电线所以将盾构吊出孔改移至车站中部与轨排井合建，车站附属结构设有3个出入口及2组风亭，C出入口及1、2号风亭在主体结构东侧，A、D出入口在车站主体西侧。

3、明挖车站施工方法

3.1 土方开挖施工方法

3.1.1 土方运输

基坑内的土方水平运输采用自卸汽车外运。局部机械开挖不到的地方，由人工开挖，用手推车运土至机械开挖处。马道收尾采取挖掘机挖土，最后剩余土方由人工开挖，汽车吊吊装外运。

3.1.2 明挖土方施工总体方案。

明挖土方的施工方法为：基坑竖向分层开挖，纵向由北向南开挖，每次挖到钢支撑以下0.5m，开始架设钢支撑。车站施工场地比较狭小，施工现场不设临时堆土场，所有土方，随挖随运。由于北京城内白天禁止土方运输车辆行驶，土方开挖安排在夜间进行，白天主要进行基坑支护结构施工，包括挂网喷射混凝土和钢支撑架设。如果现场具备条件，也可突破只在夜间进行土方施工的局限性，缩短土方施工工期。根据总工期的要求来合理地组织好土方施工，保证本工程顺利按时完成。

3.2 主体结构施工方法

3.2.1 主结构防水施工方法

全包柔性防水层防水：侧墙与底板采用天然钠基膨润土净含量不小于5.5kg/m2的膨润土防水毯，顶板防水层采用单组分聚氨酯防水涂料，车站防水等级为一级。并根据不同位置设置与其相适应的防水层的保护层。

结构自防水：车站结构二次衬砌采用防水混凝土，抗渗等级不小于P10，外加剂、掺合料等需经过试验确定。防水混凝土结构底板的混凝土垫层，强度等级不应小于C20，厚度不应小于150mm，底板防水保护层为50mm厚C20细石混凝土。

3.2.2 接地网施工

本工程接地网施工顺序为：

土方开挖→基坑清理→地质钻机成孔→垂直接地体施工→人工成槽→水平接地体施工→测试→隐蔽验收。

(1)垂直接地体施工

在土方挖至设计标高后、人工平整场地，测放出接地网垂直接地体的位置，用直径为100mm的地质钻机按设计要求的深度和位置成孔。将品铸铜包钢棒插入孔内，铜管周边施放降阻剂。施工按GB50169-92《电气装置安装工程接地装置施工及验收规范》执行。

(2)水平接地体及接地引出线施工

在基坑上测放出接地网水平接地体的位置，人工开挖成槽、水平接地体在槽里焊接成形，然后与垂直接地体连接。

(3)接地网施工质量控制

垂直接地体与水平接地网周边施放降阻剂，降阻剂的使用依照厂家指导进行。接地网焊接采用铜焊、搭接焊。其中水平接地体扁铜之间搭焊长度不小于扁铜宽度的两倍，且至少三边焊接，当50mm扁铜与40mm×4mm扁铜搭焊时，搭接长度不小于100mm；扁铜与铜管焊接时，除在其接触面部位两侧焊接外，还将由扁铜本身与铜管围成的弧形与铜管焊接，焊接长度不小于80mm。水平接地网敷设好后采用素土回填并夯实。

接地网敷设完工后，实测接地电阻、接触电位差、跨步电位差，如不满足相关标准要求，则及时与甲方(监理)及设计院联系。如满足要求则请甲方(监理)、质监站及有关部门进行隐蔽验收后方可进行隐蔽。测量方法参照DL-475-92《接地装置工频特性参数的测量导则》执行。

3.2.4 接口处理

本车站主体与附属结构及区间接口众多，接口施工的重点主要包括：接口处结构混凝土浇筑前，应对该处进行平面位置和高程复核测量，保证明挖车站与附属结构和区间的连接正确；接口位置防水做法不同于普通施工缝防水做法，该部位的预留防水接头必须做好保护，严禁损坏；当车站侧墙混凝土施工完毕后，预留洞附近中楼板的支撑严禁拆除，当交接处混凝土浇筑完毕且达到设计要求的强度后支撑才能拆除。

3.3 附属结构施工

车站主体结构施工完毕后施工附属结构。明挖结构施工包括围护结构及土方开挖施工和结构施工。

施工顺序为：施工准备→钻孔灌注桩→土方开挖及桩间网喷混凝土→钢支撑安装→基底处理→防水层施工→二衬结构施工。

桩采用旋挖钻机成孔，导管法灌注商品混凝土水下成桩。

钻孔桩施工完毕，进行桩顶冠梁施工。

基坑土方开挖时，地面至首层钢管支撑下0.5m部分拟用挖掘机配合人工开挖。首层钢管支撑以下部分采用多台挖掘机水平分层、纵向分段开挖。施工时逐层施设钢支撑，基底标高以上20cm预留在结构施工前人工开挖，然后进行附属结构施工。

结构防水、钢筋、模板及混凝土施工参照主体结构施工相关部分。

4、监测方案

明挖车站深基坑监测的主要内容有围护桩顶水平位移及沉降、围护柱体挠曲位移、锚杆内力、水土压力、地下水位变化、地表沉降、建筑物沉降及倾斜、围护柱内力和钢支撑轴力等。

4.1 围护桩水平位移及沉降

围护结构桩顶水平位移控制点观测采用导线测量方法，监测点采用极坐标法观测，使用莱卡全站仪进行观测。

4.2 测点的埋设及布置

测点按监测设计图纸布点位置在基坑四周围护结构桩(墙)顶上设置，布置的原则为：测点应尽量布设在基坑冠梁、围护桩的顶部等较为固定的地方，最大限度显示出变化量。

桩顶沉降监测桩顶沉降采用普通几何测量的方法进行观测，仪器使用莱卡水准仪，它自带数据记录和处理软件，可以最大限度提高工作效率，并不断提升工程的精确性。

量测方法：进行闭合水准测量时，只测一次就可以，若是附和水准测量，则需要往返监测，对测量结果做平差处理。观测顺序：往测：后、前、前、后，返测：前、后、后、前。

5、基坑支护质量控制

1)基坑施工前，对建筑物基础进行预注浆处理，增加建筑物基底土的刚度和承载力；基底加固见图1：

图1 建筑物基底加固示意图

2)加强监测，如发现建筑物沉降异常，立即用袖阀管对建筑物进行补充注浆，控制楼房差异沉降及倾斜；

3)在施工期间，加强监控量测和信息反馈，做到信息化施工，坚持“监测反馈”的原则，将施工过程中得到的支护结构反应、地层反应、周边管线反应、地面沉降等信息及时分析处理，指导施工。

总之，基坑工程是一个综合性的岩土工程问题，伴随着土建工程的蓬勃发展，基坑工程设计、施工也在一步步走向成熟。随着基坑的开挖越来越深、面积越来越大，基坑围护结构的设计和施工越来越复杂，进一步加强对其的研究非常有必要，从而能够更好的确保工程的顺利进行。

[1]高立新.地铁车站深基坑变形规律监测及FLAC模拟研究[D].西安科技大学，2009.