地铁车站深基坑支护及降水施工技术研究

地铁车站深基坑支护及降水施工技术研究

聂洋   张明星

上海地铁咨询监理科技有限公司杭州分公司 310000

摘要：近年来，我国的交通行业有了很大进展，地铁工程建设越来越多，在地铁工程中，车站施工是非常重要的组成部分。地铁车站深基坑工程周边地下管线的安全指标体系研究是地铁建设中的重要课题之一，预警值的确定对于地下管线的变形控制具有重要意义。文中首先分析深基坑开挖施工要点，其次探讨深基坑支护施工要点，最后就降水施工技术要点进行研究，以期对地铁车站施工周边地下管线的监测、保护提供参考。

关键词： 深基坑；支护结构；降水施工

引言

进入二十一世纪以来，随着城市发展和人口规模的扩大，地铁交通方式的出现，大大缓解了城市地面交通的压力。但是，深基坑工程地质条件复杂、地下水问题突出、支护难等工程难题也随之而来。深基坑支护工程施工难度大，特别是应用在地铁地下空间的岩土工程，需要提前做好试验测试及模拟分析，通过对模型试验的力学分析等比在实际工程中，以便在设计施工环节降低事故风险，提升岩土工程深基坑支护技术的应用效果。

1深基坑开挖施工要点

基坑开挖使用台阶法，在开挖第一层的时候，每段开挖长度要控制在24 m。在开挖其他各层时，每段施工要控制在6 m的范围内，且开挖时要按1∶1~1∶1.5的坡度放坡施工，一次开挖深度要控制在4 m以内。当开挖到距离基坑底部20 cm时，要组织相关技术人员对基坑进行验槽，在符合条件的情况下，再人工将残余的土方清理到基坑底部。结构施工分三次浇筑成型 — —底板结构浇筑施工、侧墙及中楼板结构浇筑施工、侧墙及顶板结构浇筑施工，使用满堂脚手架+钢模板拼装作为结构模架。

2深基坑支护施工要点

2.1基坑支护设计

地铁站岩土工程处原路面为混凝土路面，需要在支护施工前对其破除，第一层开挖时，采取混凝土支护设计。首先，需要将钻孔灌注桩灌注多余的混凝土凿掉，位置与冠梁梁底标高相等。后续的钢筋支护需要设计出活络端、固定端及中间段，并对活络端施加一定的应力，保证应力不变的情况下运用吊装设备将钢支撑材料放置在设计位置，此时吊钩不能松开，牵引出活动头一方使其支撑钢围檩，在此间隙应用液压千斤顶代替活动头做支撑。

2.2降水井位置变化

围护结构调整后，取消二期基坑下沉段，但考虑到靠近换乘节点处仍有局部深坑，且位于基坑边缘位置，为保证降水效果，坑内疏干井深度及数量不进行调整，仅根据最新围护图纸对坑内降水井及坑外观测井的位置进行相应调整。开挖前加强试降水工作，止水帷幕完整后再进行开挖。

2.3深基坑纵坡稳定性控制

在施工过程中，应采取混凝土和钢支撑复合支护的施工方法，并采取分层施工，以避免施工过程中放坡过长、过高。为避免雨水的冲击，应在基坑周围设置一定的挡水设施，在坡面上铺上塑料薄膜，以遮风挡雨，并在坡面上设置集水沟，配置强力水泵，以保证坡面不被雨水冲刷。另外，还应在坡面布置多个监测点，对坡面进行了动态追踪和监测。在基坑开挖过程中，应在挖到二道支撑后，再进行放坡开挖，以减小纵坡的高度。

3降水施工技术要点

3.1地表沉降

地表沉降曲线呈V形，在距基坑边缘约15m左右，地表沉降量达到最大。这种现象可以解释为基坑开挖引起的地表沉降扩散效应。开挖基坑会引起土体变形，这种变形会逐渐向周围土层传播。靠近基坑纵向边缘的地表受到最直接影响，因此该位置地表沉降快速增加并达到最大。距离基坑纵向边缘越远，土体的变形扩散作用越弱。土体的刚度和阻力能够阻碍变形的传递，导致地表沉降逐渐变小并趋于平稳。在距离基坑较远的位置，变形传递的影响相对较小，因此地表沉降减小的速率较慢。周围土体在一定程度上提供了对地表的支撑作用。距离基坑较远位置，周围土体对地表的支撑作用较强，减小了地表沉降的程度。

3.2降水井施工方法

首先，使用冲击钻井技术，对降水井进行施工，可减小对周边地层的干扰；其次，为了确保降水井的施工质量，在施工过程中要及时洗井，进行防渗处理后使用清水清洗钻机，并在下放降水井的井管和过滤料后进行清洗。在施工时一次性成孔，且保证降水井直径≥0.6 m，允许误差为±2 cm，井管的垂直度<1%。为防止在基坑施工过程中受到降雨影响，应做好明渠排水的准备工作。在排水过程中，要对泵进行定期检测，如有异常，要及时调整和修理。在降雨的过程中，要确保电力供应，如果遇到电力中断，相关机构要在两小时之内通知施工人员，这样才能及时采取相应的措施，确保施工的安全。在下管投砾时，井管使用钢管。在下置的过程中，在滤管的周围要缠绕过滤布，使用动水投法来进行投滤处理。通常情况下，按照对称进行投填，要对投砾过程进行实时监控，投出的计算量与实际量应该保持一致，在填充过程中，要及时将泥浆从外面排出，以避免再次流入井内。

3.3降水对基坑变形的影响

无论基坑地表沉降量还是围护结构水平变形量，降雨后均出现了一定程度的增长，但降雨前后基坑地表沉降量、围护结构水平变形量的变化规律是一致的。降雨会增加土体的水分含量，导致土体饱和度增加。当土体饱和度提高时，土体内部颗粒间接触力减小，土体力学性质发生变化，容易发生沉降和变形，基坑地表沉降量和围护结构水平变形量在一定范围内增长。此外，降雨能够引起土体重排和重新排水。基坑周围土体中，由于降雨作用，土体颗粒之间的排列可能发生重新调整，导致沉降和变形。此重排过程可能需要一定的时间达到平衡状态，因此降雨后出现一定长度的最大值。降雨前和降雨后的土体特性、力学行为基本相同，因此基坑地表沉降量和围护结构水平变形量变化趋势保持一致。

3.4降水方案

降水井、观测井兼作备用井，以减少不必要的损耗。用钢管做井管，滤管的外面缠绕铁丝网和尼龙网，在孔的底部填充石英砂。降水井水泵使用深井泵，按照设计要求，达到最大降水量降水井可以同时打开，才能保证抽排水工作。排水沟拟通入市政管网的排水口。排水主管坐墩应起到支撑排水主管的作用，沿基坑周边布置，现场施工时按 3‰ 坡降确定坐墩高度，靠近排水口处高度最低。此外，在浇注基础底板前，提前安装好止水钢环，以确保地下室不会被承压水渗透。井下工作完成后，用开挖土砂进行回填处理，对井下的井眼进行封闭，焊接封闭钢板。

3.5基于强度折减法的地下管线设计预警值的模拟分析

在用强度折减法，对地下管线发生破坏的情况进行数值模拟，从而得到地下管线的安全储备系数，以此来设置符合该地区土质特性的地下管线安全预警指标。在地下管线的数值模拟过程中，监测管线最大应力的变化量，当管线的最大应力达到设计允许值时，即认为管线发生破坏，并记录此时地下管线的竖向沉降值。通过强度折减法进行数值模拟，不断增大强度折减系数，当三种地下管线的最大应力分别达到设计允许应力值时。

结语

地铁车站深基坑开挖和支护情况比较复杂，影响因素较多，如果不加以重视和质量把控，可能会引发严重的施工事故，所以施工设计中就要严格把控施工强度和稳定性，同时在施工过程中做好围护结构、周边建构筑物、坑外水位和支护强度等监测工作。除此之外，为了防止雨水倒灌、坑外水位变化对基坑施工产生影响，应设置施工挡水墙和其他相应的防止雨水倒灌措施。

参考文献

［1］孙静.我国基坑工程发展现状综述［J］.黑龙江水专学报，2010，37（1）：50-53.

［2］郑刚，曾超峰.基坑开挖前潜水降水引起的地下连续墙侧移研究［J］.岩土工程学报，2013，35（12）：2153-2163.

［3］周勇，郭楠，朱彦鹏.兰州地铁世纪大道站基坑支护监测与数值模拟［J］.铁道工程学报，2014（1）：82-88.