地铁车站超大超深基坑支护及开挖难题及处理对策

熊 皓

（中国水利水电第七工程局有限公司，四川 成都 610000）

0 引言

随着地铁建设的深入发展，出现越来越多的超大超深基坑。深基坑的施工存在较大的安全风险和较高的技术难度。施工过程中，技术问题逐渐凸显，安全事故也屡屡发生，给工程项目建设的正常推进造成严重影响。本文以深圳市前海车站深基坑项目为例，分析了超大超深基坑施工中，基坑支护及基坑开挖施工中存在的技术问题及安全风险，并提出切实可行的解决措施，为类似工程建设提供参考。

1 工程概况

1.1 车站设计概况

前海站为穗莞深城际深圳机场至前海段的第三座车站，位于深圳市前海综合交通枢纽地块中，目前车站周边主要为空地及施工场地。车站北侧为已建成桂湾一路，桂湾一路地下为已建成双界河匝道。南侧为已建成桂湾四路，东侧为在建超高层建筑T1-T8地块，其中T2、T4基坑已开挖至基坑底，其余地块未开挖，各地块基坑深度约28.2m。前海站为一台两线+双折返线车站，地下四层，站台有效宽度16m，站台区为单柱两跨，设备区及折返线区段为双柱三跨，车站外包长度717.5m，车站标准段宽度27.7m，折返线区域宽度31.78～34.35m，基坑开挖深度30.64～36.67m，属超大超深基坑。标准段顶板覆土约1.5m，折返线区段顶板覆土约1.1～3.0m。车站设计主体采用明挖法施工，围护结构采用159幅1.2m宽地下连续墙，内支撑采用六道钢筋混凝土支撑。

1.2 地质与水文概况

结合现场地质勘察报告分析，前海站主体场地范围岩土层划分为五大层，依次分布如下：第四系全新统人工填土层（Q/4ml/）、第四系全新统海陆交互相沉积层（Q/4mc/）、第四系全新统冲洪积层（Q/4al+pl/）、残积层（Qel/）、花岗岩（Mγ3）。

本车站地貌主要属于平原地貌，所揭露第四系地层为人工填土层，冲洪积砂土层、残积土层，基岩为花岗岩。地下水位的变化受地形地貌和地下水补给来源等因素控制。勘察资料表明地下水水位埋藏变化较大，稳定水位埋深为1.30～6.00m，标高为-0.53～6.248m。地下水位年变幅1～2m。地下水按赋存方式分为第四系松散土层孔隙水、基岩裂隙水。前海站整体地质剖面见图1所示。

图1 前海站整体地质剖面图

2 基坑支护施工技术

2.1 围护结构施工工艺

前海站围护结构采用地下连续墙，西侧与既有枢纽地块共用部分围护地连墙，因部分既有地连墙嵌固深度不满足前海站基坑支护要求，采用在前海站基坑内侧设置Φ1200@1500钻孔灌注桩补强的方式。车站西侧新增地下连续墙，地连墙厚度1200mm，沿基坑竖向设置六道支撑，车站大里程端地下四层净高超过15m，设置一道换撑，车站小里程端因远期匝道影响仅设置地下两层，基坑深度大，需在站台层设置换撑并在地下一层中板位置设置板带换撑。

支护与主体结构一体化地连墙采用各种类型成槽设备，充分利用泥浆的护壁作用保持槽壁的稳定性，在地下挖出窄而深的沟槽，并浇筑防水材料，从而形成具有防渗、挡土或承重功能的地下连续墙[2]。地下连续墙施工工艺流程如图2所示。

图2 地下连续墙施工工艺流程图

2.2 地下连续墙施工重难点分析

地下连续墙施工时，周边环境及地质复杂，在成槽时会遇到槽壁反复塌孔现象，地下连续墙成槽垂直度差，钢筋笼吊装过程中会出现钢筋笼安放不到位及钢筋笼变形、散架等问题。具体如下：

（1）地下连续墙易塌孔，成槽难度大。由于地下连续墙深度超深，最大深度约40.96m，且抓斗频繁上下抓土，导致地下连续墙易塌孔，成槽难度大。

（2）成槽垂直度控制较难。由于地下连续墙深度较大及成槽设备都是柔性钢丝绳牵引，因此，其垂直度控制较难。

（3）钢筋笼安放不到位。作为地连墙施工中的难点，钢筋笼安放过程中可能出现各种问题，如：端头倾斜、槽孔深度不足、槽壁两侧土体缩径、在下放钢筋笼过程中突然发生塌方，造成槽壁深度不到位等情况，会导致钢筋笼安放不到位。

2.3 解决措施

（1）槽壁塌孔的处理。从现场实际情况出发，在设计基础泥浆配比中，不断试验调整泥浆比重以达最优；同时保证泥浆循环及液面高度；施工道路（成槽机站位处）铺垫钢板分散侧压力，通过以上措施解决地下连续墙塌孔成槽问题。

（2）成槽垂直度的处理。现场选用先进的成槽设备，自带成槽垂直度显示设备和纠偏装置；采用进口超声波侧壁仪对槽壁进行检测，不满足垂直度要求时，及时进行纠偏；操作人员随时检查垂直度显示仪显示状况，随挖随纠。

（3）钢筋笼安放不到位的处理。针对钢筋笼安放不到位的几种原因，采取相应的处理措施：①端头倾斜：测量端头垂直度，得出端头侵入钢筋笼的程度，提出钢筋笼，处理好孔形后重新下放；②槽孔深度不足：在液压抓斗成槽机成槽时，必须抓槽到位，成槽完毕后，采用测绳多点位测量孔深。下钢筋笼之前，再次用液压抓斗成槽机扫孔，避免槽宽、槽深不足的情况；③槽壁两侧土体缩径：不能强行冲击下放，当钢筋笼反复上下松动多次不能放到位的，需将钢筋笼全部提出，查明原因，并处理好后再重新下放。

3 基坑开挖施工技术

3.1 基坑开挖难点分析

（1）地下水位高。根据车站周边河道水位和勘察资料可知，车站地下水位较高，埋深约2.5m，水位受周边河道补给。基坑开挖时段处于深圳市雨季，暴雨对基坑开挖影响大。

（2）地质条件差，易发生滑坡、坍塌风险。前海站基坑开挖范围广，开挖深度大。基坑开挖总方量为7272388m3。由地质勘察资料可知，场地为填海区，基坑范围内竖向存在一定厚度的淤泥层和砂层，自稳性能差，透水性强，相应内摩擦角小，开挖台阶边坡易发生滑坡、坍塌风险。

（3）基坑开挖涌水、涌砂。在基坑开挖过程中，地下连续墙往往会因为以下几个原因出现渗漏水情况：①相邻两幅地连墙垂直度偏差超过设计值，导致两幅地下连续墙开叉而出现较大空隙，发生渗漏水；②相邻两幅地下墙接头处接头未彻底处理（刷壁）干净，造成接缝渗漏水；③未清除的混凝土绕流在地下墙的接缝内，会形成渗漏水的渠道；④地连墙混凝土灌注过程由于塌孔、墙体夹泥、骨料离析，造成渗漏水；⑤勘探孔未封孔或封孔处理差，导致基坑底部管涌漏水。

3.2 解决措施

3.2.1 基坑降排水

（1）基坑内排水。为了顺利完成地下建筑主体结构施工以及隧道等深基坑工程的挖掘施工，防止基坑破坏及边坡或基底的土层颗粒流失，提高土体固结强度，增加地基抗剪强度，在深基坑开挖过程中，必须采取有效的降水措施，使周围土体保持稳定，从而营造安全、稳定的施工环境[3]。前海站基坑内降水设计布置97口降水井，250m2/口，坑内呈梅花形布设，井底到基坑底以下3m，管径600mm，另外布置9口坑外观测井，间距约为30m，布置在地下连续墙外侧约2～3m处,管径600mm。需开挖前30d即开始施工。基坑开挖坚持先降水后开挖的原则，土方开挖时保留降水井工作直至垫层施工完毕。由于降水可能引起周围地面下沉、地下管线和道路开裂等，考虑对路面下沉、地下管线、建筑物等的影响，需要加强对周边建筑物的监测。

（2）基坑外排水。基坑周边设置1200mm防淹墙，基坑外40m设置一道450mm×500mm横向排水沟，汇入场内700mm×1000mm主排水沟，再由水泵抽入地表沉淀池沉淀后排入市政排水系统。

3.2.2 分层、分段开挖

基坑开挖原则是确保施工过程及周边环境安全的前提下，尽可能缩短开挖时间，在充分考虑时间、空间效应的前提下，控制好开挖“高度、宽度、时间”三要素，遵循“先两端后中间，分层开挖，先撑后挖”的原则进行土方开挖[4]。基坑开挖分层示意图如图3所示。

图3 基坑开挖分层示意图

基坑开挖分层以混凝土支撑底面特殊地层为界面，竖向间距约1～4.19m分层，总共分7层。采用放坡台阶开挖，其中填土（块石）层、黏土层等临时边坡按照约1∶2坡度放坡。第一层由现状地面至冠梁底，层厚2.35m；第二层层厚4.12m；第三层层厚6m，为淤泥层，平层开挖每层深1m，至第三道混凝土支撑底；第四层至第四道混凝土支撑底，分两层开挖，层厚3.1m；第五层至第四道混凝土支撑底，层厚3.8m；第六层至第五道混凝土支撑底，层厚4m；第七层层厚4.19m；分层厚度可按照实际开挖情况进行局部调整，保证开挖所形成坡面可以自稳。

3.2.3 涌水、涌沙处理

如果出现小孔洞漏水，可采用聚氨酯高压注浆机堵漏，聚氨酯遇水可快速凝固堵漏，或采用棉纱、堵漏剂（堵漏王）或喷射快硬水泥浆封堵，或焊接钢板封堵。为保证围护结构的止水效果，并在地连墙迎土侧相对位置施工高压旋喷桩止水，并掺入水玻璃快速堵漏。基坑开挖过程中，如果地下连续墙缝（洞）出现严重管涌，具有明显水压力，则需进行土方回填或混凝土反压，再在坑外地连墙迎土侧相对位置施工高压旋喷桩桩群止水，并掺入水玻璃快速堵漏。

4 结束语

本文结合深圳前海站在建地铁车站工程，从现场施工实际出发，对基坑明挖施工技术进行了研究，梳理了前期支护及开挖过程中地下连续墙施工、基坑开挖中存在的施工难点，基于项目施工经验，采用基坑降排水，分层、分段开挖以及高压旋喷桩止水等措施和方法解决了存在的问题，降低了安全风险，保证了正常施工，为超大超深基坑围护体系及开挖积累了丰富的实践经验。