李向榮

(杭州市地鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司,浙江杭州 310020)

杭州地鐵艮山門車站深基坑施工技術(shù)研究

李向榮

(杭州市地鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司,浙江杭州 310020)

針對(duì)杭州地鐵 1號(hào)線艮山門車站規(guī)模較大且具有下穿道路、防汛河流、盾構(gòu)始發(fā)井、周邊高層建筑物和多層建筑物等特點(diǎn),通過(guò)對(duì)其深基坑施工技術(shù)進(jìn)行研究,對(duì)報(bào)警原因進(jìn)行分析,并采取相應(yīng)對(duì)策,總結(jié)出可供杭州市區(qū)其他類似的地鐵車站施工借鑒和參考的經(jīng)驗(yàn)。

杭州地鐵;艮山門車站;深基坑;開(kāi)挖;支護(hù);基坑報(bào)警

0 引言

改革開(kāi)放 30年來(lái),我國(guó)經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展,城市建設(shè)以前所未有的速度在前進(jìn),地鐵作為城市發(fā)展最重要的綠色環(huán)保資源,正越來(lái)越被人們青睞和重視。目前北京、上海、廣州、天津、深圳、南京、重慶、武漢、大連、長(zhǎng)春等 10個(gè)城市開(kāi)通運(yùn)營(yíng)軌交線路總長(zhǎng)近700 km,加上杭州、沈陽(yáng)、成都、西安、蘇州等共 15個(gè)城市,在建和規(guī)劃建設(shè)線路總長(zhǎng)已達(dá) 1700 km,預(yù)計(jì)至 2015年運(yùn)營(yíng)線路總長(zhǎng)將達(dá) 2300 km。再加上寧波、鄭州、無(wú)錫、廈門、東莞、昆明、長(zhǎng)沙、濟(jì)南、青島、烏魯木齊、福州、南寧、哈爾濱等 19個(gè)城市,已建、在建和在規(guī)劃的遍布全國(guó)東西南北中的 34個(gè)城市的軌交線路將達(dá) 4000 km,總投資超過(guò)人民幣 6000億元。

杭州地鐵目前共規(guī)劃 8條線路,其中 1號(hào)線長(zhǎng)度為 68 km,共設(shè)置 31個(gè)站點(diǎn)。

近年來(lái),地鐵安全事故給人們不斷敲響了警鐘,有上海地鐵四號(hào)線聯(lián)絡(luò)通道發(fā)生的重特大事故、北京蘇州街暗挖工程發(fā)生的重大傷亡事故、南京地鐵2號(hào)線發(fā)生的盾構(gòu)機(jī)被埋事故、杭州地鐵 1號(hào)線湘湖站基坑塌坍事故等等,由此可見(jiàn),地鐵工程施工是風(fēng)險(xiǎn)較高的。1 杭州地鐵 1號(hào)線工程概況及工程地質(zhì)

杭州地鐵 1號(hào)線工程由北向南貫穿杭州市余杭區(qū)、下沙開(kāi)發(fā)區(qū)、老城區(qū)、濱江區(qū)以及蕭山區(qū),是杭州市的交通大動(dòng)脈。1號(hào)線起于蕭山湘湖杭州樂(lè)園,經(jīng)過(guò)濱江區(qū)和主城區(qū),最終止于下沙副城/臨平副城。其中,在線路東端,線路以 Y形分別向東向北分成下沙段和臨平段兩段線路。

杭州地鐵 1號(hào)線線路全長(zhǎng) 68 km,全線設(shè) 31座車站 (含 3座高架車站)。設(shè)停車場(chǎng) 3座:七堡綜合基地,位于紅普路站和彭埠站之間,為綜合基地;湘湖停車場(chǎng),位于蕭山湘湖;臨平停車場(chǎng),位于臨平城北工業(yè)園區(qū)內(nèi)。在七堡車輛基地附近設(shè)地鐵控制中心一座。

在全國(guó)范圍內(nèi),杭州地區(qū)的地質(zhì)條件和環(huán)境條件都是比較差的。從建造地鐵的地質(zhì)條件看,杭州的地質(zhì)跟上海地質(zhì)比較相似,但有自己的特色,大部分地質(zhì)條件比較復(fù)雜。從地質(zhì)上分析,杭州地區(qū)地處長(zhǎng)江三角洲,位于錢塘江下游北岸,杭嘉湖平原的西南部,除了環(huán)抱西湖的西南部為低山丘陵外,杭州東、南、北面均為堆積平原,屬于比較典型的軟粘土地區(qū)。目前杭州地鐵 1號(hào)線工程涉及主城區(qū) (下城區(qū)、上城區(qū)、江干區(qū)、錢江新城)、濱江區(qū)、蕭山區(qū)、下沙開(kāi)發(fā)區(qū)、余杭區(qū),地質(zhì)條件東西南北迥然不同,基坑開(kāi)挖處土層分布錢塘江兩岸、濱江區(qū)、江干區(qū)、下沙開(kāi)發(fā)區(qū)以砂質(zhì)粉土和粉砂為主,含水量極為豐富,其含水率一般在 35%～50%,而且滲透系數(shù)在 110×10-3～2×10-4cm3/s,透水性強(qiáng),且透水層承壓水多與江河湖連通,如止水或降水不當(dāng),易引發(fā)流沙、管涌,并導(dǎo)致基坑周邊建筑物沉降過(guò)大等事故。其它各區(qū)以粉質(zhì)粘土和飽和軟粘土層 (屬湖海相淤泥及淤泥質(zhì)土層)為主,這種軟土,強(qiáng)度低、滲透性差、易擾動(dòng),開(kāi)挖時(shí)容易引發(fā)基坑側(cè)壁位移過(guò)大、坑底隆起失穩(wěn)等事故。

2 艮山門地鐵站工程概況

杭州地鐵 1號(hào)線艮山門站位于杭州市下城區(qū)東新路與打鐵關(guān)新村北側(cè)規(guī)劃路口。本站中心里程為K17+8381839,總長(zhǎng) 27017 m,標(biāo)準(zhǔn)段總寬 2315 m,由主體部分及附屬部分組成。艮山門站為地下 2層島式換乘車站,與規(guī)劃中的 5號(hào)線 T形換乘,站內(nèi)設(shè)有單渡線及國(guó)鐵聯(lián)絡(luò)線,車站共設(shè) 3個(gè)出入口及 3組風(fēng)亭,因車站內(nèi)設(shè)有叉線,整個(gè)車站平面外形呈手槍柄狀,共有 2個(gè)盾構(gòu)工作井,另一端與明挖段相連接。

本站平面橫跨東新路及備塘河,縱向沿東西向布置。施工過(guò)程中,要臨時(shí)占用東新路,東新路為杭州市交通干道,為雙向 6車道,車流量較大。備塘河為城市主要排洪和配水河道,不能斷流。國(guó)鐵聯(lián)絡(luò)線須穿過(guò)紹興路,紹興路為杭州市城市主干道,剛經(jīng)整治,為雙向 6車道,車流量較大,焦家村公交車站在艮山門車站施工期間需臨時(shí)改移,整個(gè)艮山門車站施工過(guò)程中交通組織復(fù)雜。

艮山門站標(biāo)準(zhǔn)段為地下 2層結(jié)構(gòu),圍護(hù)采用800 mm地下連續(xù)墻 +5道 “609(t=16 mm)鋼支撐(局部為二道鋼筋砼支撐 +3道鋼支撐),標(biāo)準(zhǔn)段基坑深約 1713～1718 m,地下連續(xù)墻長(zhǎng) 3611 m,入土比為 1109～1103,墻腳落于⑧2層粘土層中;5號(hào)線換乘段為地下 3層結(jié)構(gòu),基坑深約 2415 m,圍護(hù)采用 1000 mm厚地下連續(xù)墻 +3道鋼筋砼支撐 +4道“609(t=16 mm)鋼支撐,地下連續(xù)墻長(zhǎng) 4318 m,入土比約 018,墻腳大部分落于⑨1a層粉質(zhì)粘土夾粘質(zhì)粉土層中,局部落于 ?λω3層礫砂層中。地下連續(xù)墻混凝土強(qiáng)度等級(jí)為水下 C30,抗?jié)B等級(jí) S8。

基坑開(kāi)挖采用明挖法、局部蓋挖法施工 (東新路上)?；蛹庸烫幚聿捎枚毓芨邏盒龂姌冻闂l加固方式,部分更改為格柵式加固,換乘段加固采用滿堂加固。加固范圍每條寬 3 m、深 3 m,條間縱向凈間距 3 m。

艮山門站平面示意圖如圖 1所示。

3 艮山門地鐵站施工特點(diǎn)

(1)1號(hào)線艮山門站與 5號(hào)線換乘,并有河流穿越車站上部,設(shè)計(jì)時(shí)已充分考慮好兩線換乘關(guān)系,使河流對(duì)車站的設(shè)置影響盡可能最小,采用該處頂板在河流處落低,使河流穿越站廳層上方,并綜合考慮了車站的造價(jià)與功能,在盡可能不增加車站造價(jià)的情況下,不影響站廳層的輔助換乘功能與過(guò)街功能。

(2)艮山門站周邊開(kāi)發(fā)地塊眾多,在設(shè)計(jì)時(shí)考慮了車站地面出入口、風(fēng)亭與規(guī)劃建筑的結(jié)合,并預(yù)留了地下通道與規(guī)劃建筑連接的接口。

(3)杭州市是著名的旅游城市,需要考慮地面景觀與車站出入口、風(fēng)亭的結(jié)合問(wèn)題,在設(shè)計(jì)時(shí),兩線車站出地面活塞風(fēng)井由原來(lái) 1站 4個(gè)變?yōu)?1站 2個(gè),減少了出地面的風(fēng)井?dāng)?shù)量,從而減少了對(duì)景觀的影響。

(4)在本設(shè)計(jì)中采用臨時(shí)鋼筋混凝土便橋和設(shè)置圍堰分段施工的設(shè)計(jì)方案,將車站施工籌劃與交通疏解、確保河流暢通的要求很好的結(jié)合起來(lái),為今后類似解決地鐵車站過(guò)河道和交通主干道起了一個(gè)很好的示范作用。

4 艮山門地鐵站工程地質(zhì)及水文地質(zhì)概況

場(chǎng)地淺部深度 20 m內(nèi)為沖海相砂質(zhì)粉土夾粉砂;中部埋深 20～40 m、厚約 1010～2010 m的高壓縮性流塑狀淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層和埋深約 40～45 m、厚約 110～610 m粉質(zhì)粘土、含砂粉質(zhì)粘土層;下部為性質(zhì)較好的圓礫層,厚度大于 3 m。場(chǎng)地等級(jí)為二級(jí) (中等復(fù)雜場(chǎng)地)。

根據(jù)鉆孔揭露的地層結(jié)構(gòu)、巖性特征、埋藏條件及物理力學(xué)性質(zhì),結(jié)合靜力觸探曲線和艮山門站詳勘地質(zhì)資料,本工程第四系地層厚度為 55 m左右,勘探深度內(nèi)主要為第四系沖海相、海相及河流相沉積物,根據(jù)艮山門站勘探揭露,下伏基巖巖性為侏羅系安山玢巖。

場(chǎng)地地下水主要為第四系松散巖類孔隙潛水和孔隙承壓水,深部為基巖裂隙水。場(chǎng)地淺層地下水屬孔隙性潛水,主要賦存于表層填土及③2、③3、③5層粉土中,由大氣降水和地表水徑流補(bǔ)給,地下水水位受備塘河漲落變化影響較大。勘探期間測(cè)得鉆孔靜止水位埋深 018～318 m,相應(yīng)高程 2114～5135 m。建議抗浮設(shè)防水位取高程 510～515 m。根據(jù)杭州市類似工程經(jīng)驗(yàn)及場(chǎng)地環(huán)境,地下水流速較小。

5 本文研究的創(chuàng)新點(diǎn)

地鐵車站施工在國(guó)內(nèi)外雖已有大量的研究,但在杭州施工城市地鐵尚屬首次,尤其杭州的地質(zhì)條件較差,存在較多的砂質(zhì)粉土、粉砂和淤泥質(zhì)土,地下水位高,施工線路長(zhǎng),因此需認(rèn)真對(duì)待。本文通過(guò)對(duì)處于主城區(qū)內(nèi)地鐵車站遇到河道、交通主干道、復(fù)雜地下管線、周邊建筑物較近且基礎(chǔ)較差等諸多難點(diǎn),系統(tǒng)進(jìn)行梳理和總結(jié),尤其針對(duì)基坑報(bào)警值進(jìn)行系統(tǒng)分析和總結(jié),為今后類似地鐵車站設(shè)計(jì)和施工提供借鑒作用。

5.1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案的選擇

地下車站結(jié)構(gòu)方案是由車站主體結(jié)構(gòu)型式、車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)型式及支撐體系 3部分組成。在工程設(shè)計(jì)中除了要結(jié)合施工方案比選在這 3方面進(jìn)行充分的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析外,更重要的是要綜合這些內(nèi)容,更加充分地、辯證地、全面地進(jìn)行論證,才能尋求出技術(shù)合理、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的方案。

本站推薦方案為一號(hào)線地下 2層車站島式車站,同時(shí)考慮了與 5號(hào)線車站的換乘要求,其主體結(jié)構(gòu)型式基本為地下二層三跨～二跨現(xiàn)澆鋼筋砼箱型結(jié)構(gòu),中段與 5號(hào)線車站 T形換乘,為地下 3層鋼筋砼箱型結(jié)構(gòu)。

5.1.1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案比較

艮山門車站標(biāo)準(zhǔn)段底板埋深約 1717 m,換乘段底板埋深約 24 m,確定圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案時(shí),對(duì)標(biāo)準(zhǔn)段進(jìn)行了 800 mm地下墻、“1000 mm咬合樁和 “1000@1200鉆孔灌注樁加止水帷幕進(jìn)行了技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。

鉆孔咬合樁的工藝原理非常先進(jìn),在國(guó)內(nèi)其他城市軌道交通建設(shè)中已有運(yùn)用,其關(guān)鍵是樁的施工精度和咬合質(zhì)量,要在掌握和積累了相似工程水文地質(zhì)狀況的施工經(jīng)驗(yàn)后,才能比較有把握地控制施工質(zhì)量,確保工程安全。與地下墻相比,鉆孔咬合樁滲水點(diǎn)較多,整體性相對(duì)弱一些。

由于車站位于 1號(hào)線城區(qū)段,場(chǎng)地內(nèi)地下水位較高,加之車站橫跨備塘河,根據(jù)相關(guān)要求施工中河水不可斷流,如果咬合樁工程質(zhì)量存在問(wèn)題,對(duì)基坑的穩(wěn)定會(huì)產(chǎn)生較大的影響。對(duì)于存在一些不利因素的情況下的較深的基坑,宜慎重使用。

“1000@1200鉆孔灌注樁加止水帷幕在設(shè)計(jì)計(jì)算中亦是可行的。雖然從經(jīng)濟(jì)角度分析,“1000@1200鉆孔灌注樁加止水帷幕的圍護(hù)型式每延米造價(jià)低于 800 mm厚地下連續(xù)墻,但是,此種圍護(hù)型式由于要先施工鉆孔灌注樁,再施工攪拌樁和進(jìn)行注漿,施工時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng),結(jié)構(gòu)整體性較差,其防滲效果和安全性比地下墻要差。根據(jù)地鐵車站基坑狹長(zhǎng)、縱向放坡、分段開(kāi)挖、逐步架設(shè)支撐的施工方式,以及車站側(cè)墻外面設(shè)置外包防水層、端頭井端墻處需鑿除圍護(hù)墻滿足盾構(gòu)進(jìn)出洞口等需要,再綜合考慮工程工期較緊等因素,采用地下墻作為標(biāo)準(zhǔn)段車站基坑的圍護(hù)墻,與鉆孔灌注樁加止水帷幕方案和咬合樁方案相比,具有安全可靠、施工速度快、便捷施工、適應(yīng)工期等優(yōu)勢(shì)。

5.1.2 支撐體系比選

車站主體結(jié)構(gòu)采用地下連續(xù)墻作為基坑的圍護(hù)結(jié)構(gòu),采用明挖順作法施工。結(jié)合站位、地形等條件及支撐道數(shù)著手,優(yōu)化方案。

(1)由于車站基坑深度達(dá) 1717 m,方案一第一道支撐采用砼支撐,其余采用鋼支撐。由于東區(qū)全部采用鋼支撐,施工后基坑變形較大,根據(jù)專家巡檢認(rèn)證意見(jiàn),中區(qū)和西區(qū)部分鋼支撐變更為混凝土支撐,以增加基坑穩(wěn)定性和控制基坑變形。

(2)方案二全部采用鋼支撐。根據(jù)杭州地鐵施工經(jīng)驗(yàn),車站深基坑由于設(shè)置較多道數(shù)的鋼支撐,使得土體開(kāi)挖速度受到一定的影響。另外,由于車站采用了全外包防水層,回筑施工時(shí)需要多次換撐,也增加了施工難度。

在研究分析 1號(hào)線車站基坑的受力特點(diǎn),并吸收國(guó)內(nèi)其它城市類似工程的成功經(jīng)驗(yàn)后,從抗御工程風(fēng)險(xiǎn)和提高施工速度考慮,將基坑第一道支撐選擇鋼筋混凝土支撐的形式,既可以利用地下墻上頂圈梁做圍檁結(jié)構(gòu),又可以適當(dāng)拉開(kāi)基坑下部鋼支撐的間距。這種砼撐與鋼支撐相結(jié)合的方案與全部使用鋼支撐的方案相比,不僅支撐道數(shù)少了一道,而且對(duì)車站深基坑施工時(shí)提高抵御工程風(fēng)險(xiǎn)的能力和提高施工速度,都有非常好的作用。

5.2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算

5.2.1 計(jì)算模式與荷載

地下墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析考慮沿車站縱向取單位長(zhǎng)度,按彈性地基梁計(jì)算。圍護(hù)結(jié)構(gòu)開(kāi)挖階段計(jì)算時(shí)必須計(jì)入結(jié)構(gòu)的先期位移值以及支撐的變形,按“先變形,后支撐”的原則進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析計(jì)算。

圖 2為圍護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖。

圖 2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖

5.2.2 入土深度的確定

地下墻的入土深度考慮車站所處環(huán)境條件、地質(zhì)條件、圍護(hù)結(jié)構(gòu)的抗隆起、抗滑移、抗傾覆及穩(wěn)定性等因素,并結(jié)合軟土地區(qū)深基坑的施工經(jīng)驗(yàn)確定:墻深為 36 m,墻趾插入⑥2淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土中,入土比約 110。

5.2.3 基坑穩(wěn)定性分析

根據(jù)坑底土層的力學(xué)指標(biāo),設(shè)計(jì)按有關(guān)規(guī)范進(jìn)行了墻體的抗滑動(dòng)、抗傾覆、整體穩(wěn)定及基底土體的抗隆起和抗管涌等驗(yàn)算,經(jīng)驗(yàn)算后均滿足基坑開(kāi)挖的穩(wěn)定要求。

5.2.4 結(jié)構(gòu)抗浮計(jì)算

車站施工階段底板設(shè)置泄水孔,使用階段按最不利荷載組合計(jì)算,垂直荷載僅考慮覆土與結(jié)構(gòu)自重,地下水位按地表下 015 m計(jì),并計(jì)入地下墻與土體之間摩阻力,經(jīng)驗(yàn)算,車站結(jié)構(gòu)抗浮安全系數(shù)≥1115,滿足抗浮要求。

5.3 施工方法選擇

地下車站的施工方法與結(jié)構(gòu)型式是密切相關(guān)的,根據(jù)周圍環(huán)境、埋深、造價(jià)、工期等因素,一般有明挖順作法、逆作法、蓋挖法等。明挖順作法是圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工后,沿基坑深度自上而下挖土和支撐,直至坑底,再向上回筑車站內(nèi)部結(jié)構(gòu)后,覆土并恢復(fù)道路。蓋挖順作法是在車站頂板上方設(shè)置臨時(shí)路面系統(tǒng),保證路面交通可正常運(yùn)行,而在臨時(shí)路面下方,按明挖順作法施工車站內(nèi)部結(jié)構(gòu)。逆作法是先澆筑車站頂板,恢復(fù)地面道路,車站的內(nèi)部結(jié)構(gòu)施工隨同基坑開(kāi)挖,從上而下進(jìn)行。3種施工方式都會(huì)不同程度地影響地面交通,從造價(jià)上來(lái)說(shuō),明挖順作法最低,其次為蓋挖法、逆作法。

由于艮山門站主體平面橫跨東新路,絕大部分車站結(jié)構(gòu)施工并不影響道路交通,故車站施工方案選擇時(shí),綜合順作法與蓋挖法的優(yōu)點(diǎn),擬采用局部蓋挖順作法,即先在道路西側(cè)設(shè)置臨時(shí)道路,同時(shí)在東側(cè)道路施工地下墻,接著完成地下墻上鋼筋混凝土便橋的架設(shè),再將臨時(shí)道路改至鋼筋混凝土便橋上。這樣就能在不影響道路交通的情況下,進(jìn)行車站施工,以后施工步驟與明挖順作法基本相同。此外,因車站從備塘河下方橫穿,根據(jù)相關(guān)要求,施工期間河水不得斷流,因此河道區(qū)采用分段施工,即將備塘河沿河道中線一分為二,先設(shè)置臨時(shí)圍堰圍住西半側(cè)河道,東側(cè)河道連通,然后施工河道中心以西部分,待結(jié)構(gòu)完成后再設(shè)置臨時(shí)圍堰圍住東半側(cè)河道,西半側(cè)河道連通,然后施工河道中心以東部分。

6 周圍環(huán)境保護(hù)

車站主體位于東新路下,周邊環(huán)境保護(hù)有較高的要求。主體基坑北側(cè)打鐵關(guān)小區(qū)附近高層,距基坑 19～25 m的范圍,基坑開(kāi)挖及降水過(guò)程中須密切監(jiān)測(cè)地面沉降。主體基坑施工階段,需在備塘河埋設(shè)導(dǎo)流管,同時(shí)盡力避免河水污染,尤其開(kāi)挖階段需重點(diǎn)保護(hù)。

車站施工區(qū)域內(nèi)有 3棟建筑物,分別為第一汽車運(yùn)輸公司、現(xiàn)代家園和打鐵關(guān)新村。其中高層建筑 3棟,集中分布在基坑南側(cè)距基坑邊線 10～35 m范圍內(nèi),以上建構(gòu)筑物均須在基坑施工過(guò)程中得到有效保護(hù)。

對(duì)周邊建筑物尤其是打鐵關(guān)新村的保護(hù)應(yīng)引起足夠重視,一般常規(guī)的保護(hù)方法有采用水泥攪拌樁、高壓旋噴樁、水泥注漿的方法對(duì)周邊建筑物基礎(chǔ)進(jìn)行地基加固,不致于因基坑開(kāi)挖而產(chǎn)生變形沉降影響,在杭州深基坑施工有許多成功的案例可以借鑒參考。本工程由于未對(duì)周邊建筑物采取技術(shù)加固措施,導(dǎo)致打鐵關(guān)新村部分房屋出現(xiàn)裂縫,引起居民糾紛,應(yīng)該汲取教訓(xùn)。

6.1 施工監(jiān)測(cè)

本工程基坑開(kāi)挖深度較深,土質(zhì)條件相對(duì)較差,施工中,將對(duì)地下圍護(hù)體的水平位移與沉降、基坑支撐軸力、地下水位、基底回彈、地下管線及周圍建構(gòu)筑物變形等進(jìn)行全面監(jiān)測(cè),并對(duì)監(jiān)測(cè)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)分析,及時(shí)反饋到施工中,調(diào)整施工參數(shù),確?；拥奈灰萍爸苓叚h(huán)境始終處于穩(wěn)定狀態(tài)。

6.2 警戒值及安全分析

本工程車站主體基坑保護(hù)等級(jí)為二級(jí)。

標(biāo)準(zhǔn)段開(kāi)挖深度 1713～1718 m,測(cè)斜累計(jì)報(bào)警值為 50 mm,變化速率為 ±5 mm/d;地表沉降累計(jì)報(bào)警值為 3416 mm,變化速率為 ±3 mm/d。在本工程施工過(guò)程中曾發(fā)生 2次預(yù)警事件,現(xiàn)將第一次測(cè)斜 P19和 P20預(yù)警事件進(jìn)行詳細(xì)分析。艮山門站的施工工況如圖 3所示,預(yù)警點(diǎn)附近測(cè)點(diǎn)布置如圖 4所示。當(dāng)測(cè)斜孔 P09附近開(kāi)挖最后一層土?xí)r,監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示:測(cè)斜測(cè)點(diǎn) P19-22的日變化速率達(dá)到615 mm/14 h,測(cè)點(diǎn) P19-18的累計(jì)量達(dá)到 9115 mm,測(cè)點(diǎn) P20-15日變化速率達(dá)到 412 mm/d,測(cè)點(diǎn)P08-18的日變化率達(dá)到 317 mm/d,各測(cè)點(diǎn)的測(cè)斜值及變化率均超過(guò)的預(yù)警值。出于安全考慮,遠(yuǎn)程監(jiān)控中心啟動(dòng)了預(yù)警機(jī)制。

圖 3 施工工況圖

圖 4 預(yù)警點(diǎn)附近測(cè)點(diǎn)圖

由圖紙及現(xiàn)場(chǎng)踏勘可知,在測(cè)點(diǎn) P19外側(cè)有 7層住宅樓,基礎(chǔ)采用 “500 mm水泥攪拌樁,樁長(zhǎng) 15 m,單樁承載力設(shè)計(jì)值 180 kN,復(fù)合基礎(chǔ)地基設(shè)計(jì)承載力 140 kN/m2。P19的測(cè)斜累計(jì)值過(guò)大和此住宅樓的附加應(yīng)力應(yīng)該有直接關(guān)系。鑒于測(cè)斜孔 P19的測(cè)斜累計(jì)最大值已達(dá)到9115mm,有可能會(huì)導(dǎo)致建筑物較大的沉降,威脅到建筑物的安全。遠(yuǎn)程監(jiān)控中心通過(guò)對(duì) P19外側(cè)建筑物沉降測(cè)點(diǎn) F27、F28、F29、F36累計(jì)變化的分析,得出雖然建筑物沉降較大,已遠(yuǎn)超過(guò) 30 mm,但各測(cè)點(diǎn)的變化趨勢(shì)一致,而且從數(shù)值上看差異沉降很小,并未超過(guò)所設(shè)置的斜率δ/L<0108%的預(yù)警值 (其中 L為測(cè)點(diǎn)距離,δ為差異沉降)。建筑物沉降均勻。

6.3 基坑報(bào)警綜合原因分析

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及上面的數(shù)據(jù)分析,認(rèn)為艮山門站基坑報(bào)警的主要原因如下:

(1)基坑寬度較大,鋼支撐的線剛度相對(duì)較小,簡(jiǎn)而言之即鋼支撐顯得較柔,造成基坑變形過(guò)大。

(2)基坑有支撐暴露時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。艮山門車站整體基本處于淤泥質(zhì)粘土中,由于軟土的流變特性(見(jiàn)圖 5),其在應(yīng)力不變的情況下應(yīng)變?nèi)詴?huì)不斷發(fā)展。由于艮山門車站施工進(jìn)度過(guò)慢,造成圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形持續(xù)增大。

圖 5 軟土流變曲線

(3)挖土速度慢。艮山門車站由于只能在基坑北側(cè)出土,南側(cè)采用小挖土翻土的方式,所以挖土速度較慢。同樣由于軟土在高應(yīng)力水平狀態(tài)下的流變性,所以圍護(hù)結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生較大速率,如圖 5中曲線 1和 2所示。

(4)出土方式不合理。由于基坑較寬,且挖機(jī)等超載均在北側(cè)。而現(xiàn)場(chǎng)的出土方式為先出清北側(cè)土,再將南側(cè)土倒向北邊。由此造成北邊墻體的無(wú)支撐暴露時(shí)間較南側(cè)的長(zhǎng),所以出現(xiàn)北側(cè)墻體變化10 cm而南側(cè)墻體僅變化 3 cm。

(5)圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形過(guò)大可能造成的危害有墻體達(dá)到極限抗彎強(qiáng)度,折斷破壞;墻后土體發(fā)生較大變形,造成周邊環(huán)境的較大影響;被動(dòng)區(qū)土體達(dá)到極限破壞,基坑整體失穩(wěn)。

6.4 合理化建議

針對(duì)基坑報(bào)警和以上數(shù)據(jù)分析,對(duì)艮山門站后續(xù)工程施工提出以下合理化建議:

(1)根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)指導(dǎo)施工,如發(fā)現(xiàn)地下墻變形始終增大,應(yīng)考慮將部分支撐改為雙拼,增加支撐的剛度。同時(shí)應(yīng)嚴(yán)格督促現(xiàn)場(chǎng)按照設(shè)計(jì)要求施加預(yù)應(yīng)力。建議的警戒值指標(biāo)見(jiàn)表 2。

表 2 艮山門地鐵站監(jiān)測(cè)建議警戒值

(2)加快車站整體施工和挖土進(jìn)度,縮短有支撐和無(wú)支撐暴露時(shí)間,嚴(yán)格按照時(shí)空效應(yīng)進(jìn)行施工。鋼支撐及預(yù)應(yīng)力必須在挖土完成后 6 h內(nèi)完成。

(3)合理控制挖土順序,應(yīng)使基坑南北側(cè)墻體的無(wú)支撐暴露時(shí)間都相對(duì)較小。

(4)當(dāng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形持續(xù)增大時(shí),應(yīng)當(dāng)要求將墊層的混凝土等級(jí)由 C10提升至 C20,厚度不得小于 20 cm,并保證墊層表面澆筑的水平。

(5)加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)疏干降水工作,保證開(kāi)挖面土體干燥。

(6)加強(qiáng)被動(dòng)區(qū)土體加固質(zhì)量控制,必要時(shí)由抽條加固改成格柵加固。

7 經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

杭州地鐵艮山門車站基坑深度達(dá) 18 m,為杭州地鐵主城區(qū)第一批開(kāi)工站點(diǎn)之一,地質(zhì)條件差,周邊環(huán)境復(fù)雜,盡管圍護(hù)工程采用了最安全的地下連續(xù)墻支護(hù)型式,但由于受基坑降水效果不好、坑底被動(dòng)土體加固效果差、土方開(kāi)挖速度慢、施工時(shí)受土質(zhì)限制沒(méi)有嚴(yán)格按照先撐后挖的方法施工、結(jié)構(gòu)沒(méi)有嚴(yán)格分層分段進(jìn)行施工等一系列原因影響,圍護(hù)結(jié)構(gòu)最大變形達(dá)到了 103 mm,給周邊建筑物造成了一定的影響。但總的來(lái)說(shuō),本次地鐵車站設(shè)計(jì)和施工還是成功的,它有效解決了地鐵車站穿越備塘河、城市主干道東新路、管線復(fù)雜和周邊淺基礎(chǔ)建筑物等復(fù)雜地質(zhì)條件下的諸多難題,對(duì)杭州市今后同類工程的設(shè)計(jì)、施工提供了有價(jià)值的參數(shù)和借鑒。具體經(jīng)驗(yàn)總結(jié)如下:

(1)采用封堵墻的形式有效解決了地鐵車站過(guò)河道的設(shè)計(jì)施工難題。

(2)采用導(dǎo)流管導(dǎo)流的辦法可以使施工一氣呵成,減少施工轉(zhuǎn)場(chǎng)費(fèi)用,對(duì)今后地鐵車站在河道不能斷流的情況下施工是一個(gè)很好的借鑒。

(3)采用混凝土橋的形式進(jìn)行蓋挖對(duì)地鐵車站過(guò)城市交通主干道是一個(gè)很好的解決辦法,有積極的借鑒作用。

(4)交通組織分解和管線分步遷改是地鐵施工的主要內(nèi)容,對(duì)初次接觸地鐵施工的隊(duì)伍來(lái)說(shuō)是一個(gè)很好的學(xué)習(xí)樣板,值得借鑒學(xué)習(xí)。

(5)采用真空深井降水對(duì)本工程降水效果不是太好,對(duì)水平和垂直滲透系數(shù)都很小的流塑狀淤泥質(zhì)粘土來(lái)說(shuō),從設(shè)計(jì)和施工方面應(yīng)該尋求一種更好的降水方法,或者結(jié)合明排水采取一些技術(shù)措施,從而可以加快挖土施工進(jìn)度和減少圍護(hù)變形值。

(6)從變形情況看,本工程的地基加固效果不是太好,在今后類似地層施工時(shí),應(yīng)該加強(qiáng)地基加固的質(zhì)量控制,或從設(shè)計(jì)角度把地基加固形式由抽條加固改成格柵加固,對(duì)控制變形效果會(huì)更好。

(7)在流塑狀的淤泥質(zhì)粘土層中施工地鐵車站,必須嚴(yán)格按照時(shí)空效應(yīng)原理進(jìn)行土方開(kāi)挖,必須做到先撐后挖和分層分塊。鑒于本工程受場(chǎng)地條件限制單邊開(kāi)挖,挖土?xí)r間長(zhǎng)達(dá) 3個(gè)多月,部分測(cè)點(diǎn)圍護(hù)體系變形較大,應(yīng)該加強(qiáng)挖土機(jī)械力量投入和加強(qiáng)挖土管理,加大車站主體施工力量投入,確保在最短的時(shí)間內(nèi)完成挖土和主體結(jié)構(gòu)的施工,從而有效控制變形的發(fā)生。

(8)在一倍基坑開(kāi)挖深度范圍內(nèi)的周邊建筑物應(yīng)引起足夠重視,尤其是沒(méi)有樁基礎(chǔ)的建筑物,最好借鑒土建深基坑施工的成功經(jīng)驗(yàn),在基坑開(kāi)挖之前對(duì)該建筑物進(jìn)行預(yù)加固處理,從而可以有效保護(hù)該建筑物,避免不必要的居民糾紛和社會(huì)影響。

(9)在特殊部位對(duì)地下墻接縫位置進(jìn)行旋噴補(bǔ)強(qiáng)加固是有必要的,本工程基坑滲漏水很少,將滲漏水對(duì)基坑的安全隱患降低到最小,否則會(huì)由于滲漏水加大圍護(hù)體變形和周邊建筑物沉降。

(10)本工程圍護(hù)變形發(fā)生較大值的部位往往在圍護(hù)斷面不規(guī)則處,該處支撐受力很容易造成不均勻,盡管施工時(shí)加了并撐也很難克服解決,如從設(shè)計(jì)方面對(duì)此進(jìn)行優(yōu)化,效果會(huì)更好些。

盡管本工程前期對(duì)地鐵車站周邊居民建筑物進(jìn)行詳細(xì)基礎(chǔ)調(diào)查,并在容易造成滲漏的地下墻接縫位置采用高壓旋噴樁進(jìn)行技術(shù)處理,在圍護(hù)結(jié)構(gòu)滲漏水方面滿足了設(shè)計(jì)要求;但由于部分測(cè)點(diǎn)圍護(hù)體系變形較大,對(duì)沒(méi)有樁基礎(chǔ)的周邊 6層建筑物 (復(fù)合地基基礎(chǔ))出現(xiàn)了裂縫,雖然經(jīng)房屋鑒定所和專家鑒定,此房屋可照常居住使用,但畢竟因地鐵車站施工給周邊居民產(chǎn)生了一定的影響,難免需要付出不少精力與周邊居民進(jìn)行協(xié)調(diào),必要時(shí)給予適當(dāng)經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償。這個(gè)教訓(xùn)應(yīng)該引起杭州市區(qū)及類似地質(zhì)條件地區(qū)后續(xù)工程設(shè)計(jì)、施工等的高度重視。

[1] 范益群,鐘萬(wàn)勰,劉建航.時(shí)空效應(yīng)理論與軟土基坑工程現(xiàn)代設(shè)計(jì)概念[J].清華大學(xué)學(xué)報(bào) (自然科學(xué)版),2000,40(S1):49-53.

[2] 王夢(mèng)恕.我國(guó)城市交通的發(fā)展方向[J].鐵道工程學(xué)報(bào),2003,(1):43-47.

[3] 劉建航.上海地鐵施工與鄰近建筑施工的環(huán)境保護(hù)技術(shù)[A].中國(guó)土木工程學(xué)會(huì)第八屆年會(huì)論文集[C],1998.

[4] 林鳴,徐偉.深基坑工程信息化施工技術(shù)[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2006.

[5] 劉建航,劉國(guó)彬,范益群.軟土基坑工程中時(shí)空效應(yīng)理論與實(shí)踐 (上)[J].地下與工程隧道,1999,(3).

[6] 劉建航,劉國(guó)彬,范益群.軟土基坑工程中時(shí)空效應(yīng)理論與實(shí)踐 (下)[J].地下與工程隧道,1999,(4).

Technology Research on Deep Excavation Construction in a Subway Station of Hangzhou

LI Xiang-rong(Hangzhou Metro Group Co.,Ltd.,Hangzhou Zhejiang 310020,China)

According to the situation of a large-scale Hangzhou subway Genshanmen stationwith underpass road,flood con-trol channel,shield launching shaft and surrounding high-rise buildings,by the study on deep excavation construction,a-nalysiswasmade on the cause of excavation warning with corresponding countermeasures and the experience was summed up as reference for the similar subway station construction in Hangzhou.

Hangzhou Subway;Genshanmen Subway Station;deep excavation;excavating;supporting;excavation warn-ing

TU473.2

A

1672-7428(2010)02-0033-07

2009-10- 16;

2010-01-28

李向榮(1972-),男 (漢族),浙江義烏人,杭州市地鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司高級(jí)工程師,巖土工程、建筑工程專業(yè),碩士,從事地鐵車站和盾構(gòu)施工管理工作,浙江省杭州市凱旋路 445號(hào)浙江物產(chǎn)國(guó)際廣場(chǎng) 508室,ywlxylxr@126.com。