李放陽

(中鐵二十四局集團(tuán)上海鐵建工程公司,上海 200070)

淺談地鐵車站基坑同步開挖施工技術(shù)＊

李放陽

(中鐵二十四局集團(tuán)上海鐵建工程公司,上海 200070)

上海某地鐵車站是在缺失⑥層土地質(zhì)情況下,開挖近30m的超深基坑。車站主體共分四個(gè)基坑,環(huán)境保護(hù)要求很高。Z3、Z4區(qū)基坑采用同步交錯(cuò)開挖技術(shù),減少開挖和降水時(shí)間,從基坑變形和降承壓水等方面來控制基坑和周邊環(huán)境的安全,并探索在沒有⑥層情況下基坑開挖和降水的沉降規(guī)律。

缺失⑥層土;超深基坑同步開挖;按工況抽承壓水;沉降監(jiān)測

一、工程概況

該地鐵車站外包長285.8m,標(biāo)準(zhǔn)段寬21.2m,是地下四層島式車站,最大開挖深度達(dá)30.6m,共分為四個(gè)基坑,其中Z3區(qū)基坑全長88.3m,端頭井地下墻深62m,標(biāo)準(zhǔn)段深61m,端井開挖深度為30.6m,其它位置深度一般在27.8m;Z4區(qū)基坑全長95.6m,地下墻深48m,開挖深度約為27.6m。兩個(gè)基坑的保護(hù)等級均為一級。工程總平面圖見圖1。

二、工程環(huán)境

車站建址范圍內(nèi)缺失⑥層土,⑤層亞層復(fù)雜,在Z3區(qū)端頭井⑤2-2層與⑦層存在著復(fù)雜的水力聯(lián)系。根據(jù)勘察資料,工程地質(zhì)情況見表1。

圖1 工程總平面圖

車站周邊建筑眾多(見表2),而且離基坑比較近,其中大多數(shù)都是由六、七十年代的倉庫加層改建而成的,結(jié)構(gòu)比較差。而臨近的一座高架在基坑施工中保護(hù)要求極高,兩承臺差異沉降的控制要求為11mm。

表1 土層分布表

表2 周邊建筑匯總表

三、基坑開挖

通過Z1、Z2區(qū)基坑開挖,在基坑開挖方面通過分層加固、增加臨時(shí)支撐、合理安排流程等有效控制基坑的變形;在降承壓水方面,通過自動化監(jiān)測、高精度水位控制、土體高精度監(jiān)測等可以有效控制承壓水的降深和對環(huán)境的影響。Z3區(qū)考慮保護(hù)的要求,通過試驗(yàn)和理論計(jì)算確定了地下墻與井點(diǎn)一體化設(shè)計(jì)的理念,加深了地下墻。通過Z3、Z4區(qū)開挖前的試抽,發(fā)現(xiàn)未加深地下墻Z4區(qū)承壓水降深5.5m與地下墻加深的Z3區(qū)承壓水降深15.8m,對環(huán)境的影響相當(dāng)。因而,為了減少承壓水抽水的時(shí)間,減少對環(huán)境的影響,并考慮總體工期,決定Z3、Z4區(qū)基坑同步交替開挖。

圖2 Z4區(qū)井點(diǎn)及土層監(jiān)測點(diǎn)平面布置圖

圖3 Z3區(qū)井點(diǎn)和土層監(jiān)測點(diǎn)平面布置圖

Z3、Z4區(qū)基坑同步交替是指確保一個(gè)基坑開挖面,分別在Z3、Z4區(qū)之間交替開挖,而開挖出來混凝土支撐制作工作面后,立即進(jìn)行結(jié)構(gòu)的制作,并安排兩個(gè)施工隊(duì)分區(qū)分工跟蹤制作結(jié)構(gòu),確保基坑開挖和結(jié)構(gòu)制作的流水作業(yè)。在開挖前,對土體和結(jié)構(gòu)進(jìn)行分塊,嚴(yán)格按方案實(shí)施,按計(jì)劃工期進(jìn)行,一段放坡土方開挖時(shí)間控制在4天(下四層控制在6天),而一段結(jié)構(gòu)制作的時(shí)間控制在4天,保證了流水作業(yè)?？紤]到Z3區(qū)端頭井承壓水降深比較大,因而,基坑開挖時(shí),安排Z3區(qū)端頭井最后開挖,以盡量減少承壓水的抽水時(shí)間。

圖4 Z3、Z4區(qū)開挖流程示意圖

通過合理組織流水施工,利用107天完成了Z3、Z4區(qū)兩個(gè)框架逆筑基坑共約10萬方土,同時(shí),完成中間封頭墻的同步切割。

四、承壓水降水

Z4區(qū)各工況降深計(jì)算,根據(jù)靜力觸探的數(shù)據(jù),承壓水層頂取47m,按開挖分層計(jì)算各工況的降深見表3。

根據(jù)Z3區(qū)的多次補(bǔ)勘,部分⑤2-2進(jìn)入Z3區(qū),但只布置于端頭井位置,因而,Z3區(qū)的降深計(jì)算分為兩部分,也就是標(biāo)準(zhǔn)段和端頭井分別計(jì)算降深,Z3區(qū)標(biāo)準(zhǔn)段取Z4區(qū)的資料,考慮⑦層頂為-47m,安全系數(shù)為1.05,Z3區(qū)端頭井位置根據(jù)補(bǔ)勘的數(shù)據(jù),承壓水層頂取41m,安全系數(shù)取1.1,以確?；拥陌踩?。按開挖分層計(jì)算各工況的降深見表4。井點(diǎn)開啟后,同時(shí)采高精度水位控制工藝,調(diào)節(jié)水位至設(shè)計(jì)需要值,以確保最少量抽取承壓水。

表3 Z4基坑降承壓水工況一覽表

表4 Z3基坑標(biāo)準(zhǔn)段降承壓水工況一覽表(考慮⑦層)

在基坑開挖至底,完成底板制作后,可以根據(jù)底板壓重減少降深,車站基坑在端頭井一般比較標(biāo)準(zhǔn)段落深,在側(cè)墻完成后,如果還要需要抽降承壓水,則可以在水落深的坑內(nèi)回灌水以抵消承壓水的頂托力,這樣可以減少降深,減少抽水,減少對周邊環(huán)境的影響。

五、數(shù)據(jù)分析

(一)地表沉降

對于Z4區(qū)南側(cè)的地表斷面來看其沉降規(guī)律,基坑開挖開始,沉降變化相對比較平緩,從Z4區(qū)開抽承壓水后,沉降開始加快,隨著Z4區(qū)抽水開始增大,再加上Z3區(qū)開始少量抽水,沉降迅速加快,至Z4區(qū)抽水完成后,只剩Z3區(qū)抽水時(shí),地表沉降基坑沒有大的變化,可見地表沉降主要有Z4區(qū)抽水引起,并隨抽水量增大而增大,Z3區(qū)由于地下墻加深,對環(huán)境影響較小。同樣的現(xiàn)象在Z3區(qū)端頭井地表斷面也可以看到,因而,可以說在Z3區(qū)端頭井區(qū)域的地表沉降也是主要由Z4區(qū)降水引起的。

(二)建筑沉降

1#、2#、4#等建筑位于Z4區(qū)開挖周邊,Z3區(qū)旁邊建筑主要是3#建筑和臨近高架。

從4#建筑的沉降數(shù)據(jù)來看,在Z4區(qū)試抽水階段,建筑物就開始產(chǎn)生沉降,在Z4區(qū)抽水時(shí),建筑沉降速率迅速增大,Z4區(qū)抽水完成后,沉降趨于穩(wěn)定。

1#建筑的沉降與4#建筑類似,沉降主要集中在Z4區(qū)抽水的階段,在后期的Z3區(qū)抽水,對其幾乎沒有影響。沉降由近及遠(yuǎn)逐漸減少,在離基坑兩倍開挖深度的處點(diǎn)的沉降為11.6mm,可見這主要是降水引起的沉降。

3#建筑的沉降規(guī)律與其它建筑類似,主要由Z4區(qū)抽水引起,而Z3區(qū)抽水對其影響比較少。

六、總結(jié)

該車站Z3、Z4區(qū)基坑同步交錯(cuò)施工集中了基坑開挖和降承壓水兩大風(fēng)險(xiǎn)。在基坑施工中,采用框架逆筑、鋼砼結(jié)合的支撐體系,配套采用“分整為零”分區(qū)、分層撐底加固、臨時(shí)鋼支撐等工藝,通過多個(gè)基坑開挖的施工組織和管理,摸索、總結(jié)出深基坑開挖的施工技術(shù)。在深基坑降承壓水施工中,通過補(bǔ)勘后精確降深、按工況降水、回水壓重、地下墻與井點(diǎn)一體化設(shè)計(jì)、高精度水位控制等措施安全按需要降承壓水,盡可能縮短降水時(shí)間,控制承壓水降深,減少承壓水降水影響范圍,最大程度上保護(hù)了周邊環(huán)境和建筑安全。

[1]吳林高.工程降水設(shè)計(jì)施工與基坑滲流理論[M].北京:人民交通出版社,2003.

[2]劉建航,侯學(xué)淵.基坑工程手冊[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1997.

2010-04-02

李放陽(1976-),男,湖南湘鄉(xiāng)人,工程師。