地铁车站深基坑支护体系及应急处置分析

地铁车站深基坑支护体系及应急处置分析

李保仪

中铁隧道局集团路桥工程有限公司 四川省成都市锦江区 610000

摘要：城市基坑工程通常处于建筑物和城市生命线工程的密集地区，对基坑的支护结构和控制措施提出了更高要求，目前研究已取得一些成果。针对强透水地层深基坑地下水控制问题，在满足抗突涌（抗渗流）稳定性前提下，采用悬挂式止水帷幕+坑内降水的地下水控制方案，可有效止水且能较好地控制周边地面沉降；同时，已有研究显示，地下连续墙具有刚度大、可有效控制基坑变形、止水效果好以及施工工艺成熟等诸多优势。不同的地质环境的基坑支护结构和措施各不相同。

关键词：地铁车站；深基坑支护体系；应急处置；措施

1地铁车站深基坑施工特点

地铁车站深基坑的特点地铁车站的建设受外界影响很大。同时具有基坑开挖深、作业空间小、风险系数大、工期长的特点。除此之外，还将受到外界的影响，如人类活动和地质灾害，这将给地铁站的建设带来困难。地铁站一般在地下20米左右。如果线路过多，将达到40或50米，而法国最深的地铁将达到70米以上，这无疑会增加地铁建设的难度。在地下开挖中，施工操作界面往往较小，可用空间根据施工图纸的设计进行施工。如果在地下进行超挖，可能会发生坍塌、地面沉降，甚至影响周围现有建筑，风险水平将逐渐上升，这是绝对不允许的。由于地质环境复杂，即使经过勘探，也很难准确判断地下情况。除了地铁建设线路较长、车站较多外，还将受到诸多因素的影响。建设期不能短，有的甚至超过十年。通过对地铁车站深基坑的认识，针对其特点，在施工过程中必须完善和严格基坑支护技术，以保证基坑的稳定性，保障车站的顺利施工。

2深基坑失稳原因和应急处置

晋阳街站为太原地铁2号线与3号线同期实施的T形换乘车站。2号线车站主体为明挖地下2层（换乘节点处地下3层）岛式车站，双柱三跨箱型框架结构，总长231.30m，标准段总宽23.1m，总高14.99m，顶板覆土约4.0m，底板埋深约19.6m;3号线车站主体为明挖地下3层岛式车站，双柱三跨箱型框架结构，总长166.78m，标准段总宽23.3m，总高22.17m，顶板覆土约5.4m，底板埋深约27.9m。

2.1失稳原因分析

除测点DB-04-03和3#变形超限外；3月26日—3月29日，S2-9支撑轴力由633.62kN突增至2157.41kN。根据设计计算书，基坑轴力控制值为1491～1739.5kN(60%承载力设计值～70%承载力设计值），支撑轴力较控制值小，未施加足够的预加力，基坑围护结构变形增大，导致轴力超过控制值，原因如下：

1）该处基坑实施时，预加轴力未达到允许设计值即继续向下开挖，导致该处地下连续墙变形增大，致使两幅墙间接缝漏水；

2）处理漏水过程中向钢支撑S2-9、S2-10处地下连续墙后土体注浆，产生的附加应力导致轴力增大，基坑变形持续增大。

2.2应急处置措施

1）在基坑南端第2道钢支撑S2-9、S3-10中间位置增加钢支撑S3-9-1，作为安全储备，施加50%设计预加轴力并安装轴力计监测。

2）基坑第3道钢支撑S3-9、S3-10立即架设。施工至4月2日，地下连续墙变形及地面沉降减缓，地下连续墙变形控制在54.34mm左右，地面沉降控制在55.2mm左右。施工结束地下连续墙变形为54.65mm，地面沉降为58mm。

3地铁车站深基坑支护技术措施

3.1地下连续墙支护措施

地下连续墙用于深基坑支护。首先采用泥浆挡土墙开挖沟槽，保证沟槽的垂直度和平整度，必须控制在1/300以内。导墙施工时，其顶面标高误差应控制在±20mm以内，施工过程中不得坍塌。钢筋笼吊装时，应严格按照事先计算好的吊点进行吊装，对准并放入坑内，通过测量标高确定钢筋笼的稳定性。灌浆前，放置灌浆管，并在灌浆前检查灌浆管口的位置。进行分段灌浆，并对接口进行处理，确保地下连续墙稳定，不渗水。灌浆压力和灌浆量应符合设计要求。灌浆完成后，应进行隔热或保湿。在达到设计强度之前，不得损坏。地下连续墙具有较高的强度、稳定性和较强的抗渗性。是深基坑支护的重要选择。地下连续墙的施工可以大大提高基坑的稳定性，为整个工程带来效益。

3.2柱桩支护技术措施

柱桩施工前，应检查现场环境，确保柱桩施工正常、稳定。根据柱桩设计要求和基坑支护特点，布置柱桩。柱桩施工时，钢筋笼和灌浆管应延伸至规定位置，避免短桩和断桩。在保持未达到设计强度的柱桩稳定的同时，严格控制灌浆压力和灌浆量，以满足设计要求。灌浆时应控制灌浆速度，确保水泥浆扩散到周围土壤中，与柱底及周围土壤形成一个整体，以提高柱桩的承载力，有效抵抗基坑周围的土压力。柱桩施工时，3.253m钢管应注意钢筋网成Φ25×后绑扎钢筋网，套管顶部应高出天然地面0.3m，管口应安装活塞并拧紧，以防混凝土浇筑时堵塞或损坏。

3.3槽壁加固技术措施

随着开挖深度的增加，基坑周围土体的稳定性逐渐降低，一般采用高压旋喷桩加固。高压旋转喷射水泥浆压力高，能切割土壤。通过固化，水泥浆与软土半结合，形成高强度水泥土挡墙。在施工过程中，要注意基坑周围的稳定性，尤其是当土壤被切割两次时。当不满足强度要求时，水泥墙容易损坏。应控制压力和喷射灌浆范围，以确保土壤的稳定性。如有必要，可按一定间隔采用跳法施工，以保证水泥土的强度。加强槽壁可以对基坑进行二次保护，进一步保证基坑的稳定性。

4深基坑应急处置的优化

4.1数值模型的建立

为分析补撑措施的有效性，采用数值模型的建立二维模型。考虑边界效应，建立的模型尺寸为120m×48.6m，模型底边界为固定铰支座，各方向没有位移，模型上边界为自由边界，模型4个侧面为滚轴支座，无侧面的平面法向位移。土体本构采用Mohr-Coulomb理论，考虑坑内土体受基坑开挖卸载的影响，土层弹性参数取值以基坑底部为分界线，基坑底部以上土层的弹性参数取值为实际测量值的3倍，基坑底部以下土层的弹性参数取值为实际测量值的5倍。地下连续墙及支撑采用梁单元模拟。

4.2分析工况

为进一步优化补撑措施，分析两种工况。

1）工况一：基坑开挖至第3道支撑下0.5m，见表1。

表1工况一

2）工况二：补充一道钢支撑，基坑开挖至基底，见表2。

表2工况二

4.3结果分析

工况一地下连续墙变形呈两端小中间大的抛物线形，最大变形54mm，与现场实测值53.55mm吻合且变形规律相同，说明该模型接近实际工况。

工况二地下连续墙最大变形59mm。按施工计划，基坑于4月2日可开挖至坑底，变形速率约为1mm/d，满足地下连续墙变形最大速率3mm/d的控制要求，表明所采取的应急处置措施可靠、有效。

结论

基坑工程中支撑的预加轴力应满足设计要求，如不满足，需分析其原因，在未达到设计要求预加轴力时，不能继续开挖。地下连续墙接缝漏水处理建议采用坑内水平注浆堵漏的方式；墙后土体地面竖向注浆会导致该土体产生附加应力，致使支撑轴力继续增大，支撑有失稳的风险。在基坑施工过程中，应尽量减少无支撑暴露的时间，加快底板浇筑，防止因土体流变而产生过大的位移。

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