密集建筑老城区地铁车站基坑开挖技术

丁 猛

(西南交通大学土木工程学院，四川成都 610031)

在建筑密集的城市老城区修建地铁车站成为地铁建设中不可避免的问题，老城区的建筑类型复杂，安全控制标准不一，这给老城区的地铁车站基坑开挖施工带来了艰巨的挑战。陈志华[1]提出在城市地铁基坑工程设计施工之前，应对周围的环境进行详细的梳理，确定合理的保护等级。冯春蕾[2]经过对北京地区大量的地铁车站基坑变形实测数据得出在基坑设计和施工阶段应充分考虑到基坑开挖工程中空间效应的影响，应采取动态控制施工，从而达到经济有效的控制基坑变形的目的。高波[3]对地铁车站基坑开挖对邻近建筑的影响进行了分析并研究不同组合的隔离桩和锚杆静压桩加固方法。目前对密集建筑城市老城区的基坑开挖技术的研究尚有不足，相关施工问题亟待研究，本文以某城市老城区地铁车站基坑开挖为项目依托，对基坑的开挖技术进行了深入研究分析，为相关的工程施工提供参考。

1 工程概况

地铁车站为地下三层11 m岛式站台车站带暗挖存车线。明挖段长326.2 m，标准段宽为20.3 m，车站基坑开挖深度为24.1～25.9 m，主体结构采用明挖顺做法施工。车站标准段底板埋深为24.1 m。车站结构按设计使用年限为100 a的要求进行耐久性设计，地下结构安全等级为一级，结构的耐火等级为一级。结构抗震设防烈度为7度，设计地震基本加速度为0.10 g。

1.1 地形地貌和水文条件

车站原始地貌形态属西塱台地，地形较开阔，地面高程为12.2～13.5 m，平均12.5 m。基坑西侧距附近河流300 m，地下水位的变化与地下水的赋存、补给及排泄关系密切，每年4～9月为雨季汛期，大气降雨充沛，水位会明显上升，而在冬季因降水减少，地下水位随之下降，水位年变化幅度为2.5～3.0 m。

1.2 地质条件

具体的地质条件见表1。

1.3 基坑周边环境

车站站位所在地块绝大部分位于已拆迁的工厂区范围内，场地较为平整。周边现状：车站西端位于自行车飞轮厂用地内，地势局部比已拆迁工厂地块低1 m左右；站位中部北侧为老城区1～3层住宅距基坑最近约为11.3 m；基坑东北侧有一在建高层住宅楼，距基坑的最近距离为12.6 m；车站西端南侧附近有一座110 kV变电站，变电站围墙距离主体基坑最近约为6.5 m；变电站西侧有一处高压线塔，线塔距离主体基坑约10 m。车站基坑周围情况如图1所示，周边建筑统计如表2所示。

表1 地质分层

表2 车站基坑周边建筑物统计

图1 车站基坑周围建筑情况

1.4 基坑主体围护结构支护形式

第1道为钢筋混凝土支撑，第2～4道为钢管支撑(直径609 mm，壁厚16 mm)。局部采用吊脚桩，吊脚段起点里程为DK34+900.536，终点里程为DK35+023.036，吊脚段总长122.5 m。基坑吊脚段围护结构采用长短桩间隔布置，长桩深入基底以下1.5～4.0 m，短桩进入微风化层不少于1.5 m，在吊脚处挂网喷锚，并设置泄水孔。

2 基坑开挖施工难点及应对措施

2.1 不良地质引起的施工难点及应对措施

车站范围内存在人工填土层、淤泥、淤泥质黏土、淤泥质粉细砂、碎屑岩残积土，泥岩、含砾砂岩强风化层～泥岩、含砾砂岩微风化层。

2.1.1 主要安全风险

(1)泥质砂岩中风化层在本车站分布广泛，层厚较大，具有遇水软化变形、受扰动后强度及承载力骤减特点。

(2)地下水主要富存于砂层，基坑开挖时如果降排水不彻底，随着地下水的涌出，砂土细颗粒流失，造成砂层结构更加松散，渗透性加强，引起基坑坍塌、纵向滑坡等。基坑开挖后，具承压性的强风化岩中地下水会通过残积土和全风化岩向基坑渗透，加大基坑的出水量，给施工带来困难。基坑开挖引起的基坑内外水头差加大，易引起基坑隆起等不良现象。

2.1.2 对应的应对措施

(1)基坑开挖施工前必须做好基坑降水和围护结构防渗措施，基坑开挖到底后及时封底，防止暴露时间过长和泡水引起软化。

(2)基坑开挖前及时进行坑内降水处理，降至开挖面以下1m以下，基坑开挖到底后及时封闭。

2.2 地下水引起的施工难点及应对措施

车站主体围护结构采用φ1000 mm@1200 mm的钻孔灌注桩，桩间止水采用φ600 mm的旋喷桩，单桩止水效果难以保证，且土石分界处止水不容易处理。

对应措施为：绘制出旋喷桩桩底线，控制好旋喷桩桩长，确保每根桩深入不透水层；旋喷桩施工前通过试桩确定旋喷桩各项参数，确保旋喷桩成桩质量。

2.3 周边复杂的建筑条件引起的施工难点和应对措施

车站周边建(构)筑物多，且年代久远，车站周边环境复杂。施工中需要高度重视建(构)筑物和周边管线在安全方面的要求。不但要控制基坑的变形在允许范围内，而且在此基础上还要提高基坑的安全储备，确保建(构)筑物的绝对安全和正常使用。

对应的应对措施如下：

(1)严格按照设计要求施作钻孔桩+内支撑围护结构体系，重点注意桩间止水效果和钢管内支撑轴力监测。同时减少地表附加荷载影响，确保支护体系的稳定和整体刚度。

(2)充分利用“时空效应”原理，优化基坑施工参数。对开挖分步、分段尺寸、开挖时限、支撑时限、支撑预应力等各道工序制定定量的作业实施细则。

(3)加强施工降水，严格控制地下水水位标高，防止侧壁和基底涌水、涌泥，消除地下水对围护结构的侧向压力。

(4)对基坑进行全面的监测编，设定合理的警戒值和报警值等预控指标，做为动态施工的依据，进行动态信息管理；将管线变形和围护结构的位移控制指标分解为各步序分控指标，步步满足预控数值；若有异常，则考虑增设支撑、减小分段长度、分层厚度、调整支撑轴力及对周边建(构)筑物采取注浆保护等措施。

3 施工监测

施工过程中建立全面、严密的监测体系是完全必要的，特别是针对周边有密集建筑的地铁车站基坑的开挖工程，通过及时的监测信息反馈指导施工，不仅可保证基坑自身的安全稳定，还可对周边建筑的安全进行有效控制，减少施工对周边建(构)筑物、路面及管线等周围环境的影响，从而有效地确保施工安全。

3.1 监测项目及监测频率

对于密集建筑老城区的地铁车站基坑开挖施工过程的监测应重点加强，不仅要对支护桩的水平位移和竖向位移、地下水位、钢(混凝土)支撑轴力等常规施工监测项目进行监测，还要对周边建(构)筑物的沉降、倾斜、周边管线的沉降和地表路面的沉降进行监测，具体的监测项目和监测工具如表3所示。

3.2 监测数据分析反馈

监测数据反馈分析的流程如图2所示。

4 结论

(1)在密集建筑老城区修建地铁车站基坑，应重点分析地质条件和周边的建筑环境，对于可能出现的施工难点，提出前瞻性的应对措施，保证基坑开挖施工安全、有序进行。

表3 密集建筑老城区地铁车站施工开挖监测项目

图2 监测数据反馈分析流程

(2)施工过程中不仅对基坑进行严密的监测，还要对周围的建(构)筑物、地下管线、道路沉降进行严密的监测，通过制定监测预警标准，进行反馈调节，采取对应的施工措施，保证工程的安全和质量。