樂思韜

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淺析高鐵車站內(nèi)的深基坑圍護(hù)施工

樂思韜

西南交通大學(xué)

高鐵車站與城市地鐵、公交的無縫連接,加快構(gòu)建了便捷、高效的城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)，更加有效地發(fā)揮城市對周邊地區(qū)的輻射作用，便捷了旅客的出行。高鐵地下空間的開發(fā)也帶來了深基坑圍護(hù)施工安全的課題。該文結(jié)合高鐵廈門北站內(nèi)地鐵1、4號線深基坑圍護(hù)工程的成功實施,為其它類似工程提供借鑒與參考。

深基坑圍護(hù) 降水 支撐 開挖 變形監(jiān)測

1 工程概況

廈門北站位于廈門市集美區(qū)后溪鎮(zhèn)，站區(qū)南側(cè)有天山路、孫坂路及集美大道等城市主干道與廈門本島相連，東側(cè)有廈安高速連接線和城市西環(huán)快速路輻射北部城區(qū)，規(guī)劃地鐵1號線和4號線穿過站區(qū)。地鐵1號線呈南北走向，為地下一層車站；地鐵4號線呈東西走向，為地下兩層車站。1號線車站總長約354m，標(biāo)注段寬分別為26m、71.8m、21.6m。4號線車站為東西向，總長為176.5m，標(biāo)準(zhǔn)段寬度為21.1m，1號線與4號線呈十字相交。目前地鐵上部的站房結(jié)構(gòu)及剛架橋已經(jīng)施工完畢，動車組已經(jīng)開行，在1號線左右兩側(cè)的出站通道均要具備旅客通行的條件，地鐵1號線開始施工時，東西出站通道及頂部的剛架橋已經(jīng)啟用，供地鐵的施工空間僅有站房中跨的33m，挖土作業(yè)的表面距橋底的凈高僅為7.5m，大型打樁機(jī)械及汽車吊均不能施工。4號線位于站房結(jié)構(gòu)的北高架橋下方，南側(cè)靠近站房結(jié)構(gòu)的北站房，4號線的開挖深度大，基坑底標(biāo)高為-29.5m（相對標(biāo)高）左右，場地標(biāo)高為-7.0m左右，自冠梁以下開挖深度達(dá)17m左右，如何保證施工安全是我們研究的課題。

圖1 地鐵圍護(hù)平面示意圖

2 工程地質(zhì)

根據(jù)鉆探揭露地質(zhì)情況，自上而下分別為素填土（Qml）①厚度0.6～6.1m，耕植土（Qml）②，揭露厚度為0.3～1.3m。粉質(zhì)粘土（Q3al-pl）③厚度為1.2～6.3m，粗砂（Q3al-pl）④厚度為0.6～2.3m，粉質(zhì)粘土（Qdl）⑤厚度為1.5～6.5m，殘積砂質(zhì)粘性土（Qel）⑥厚度為3～42.8m，全風(fēng)化花崗巖（r52（3）c）⑦埋深11～33m，砂礫狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖（r52（3）c）⑧厚度為0.45～23.1m。

水文地質(zhì)條件：擬建工程場地地下水主要賦存和運(yùn)移于粗砂④的孔隙中及下部殘積土⑥、全風(fēng)化⑦、砂礫狀強(qiáng)風(fēng)化巖⑧及微風(fēng)化巖⑨的孔隙、網(wǎng)狀裂隙中。地下水類型在粗砂④為承壓水；在下部殘積土和風(fēng)化帶基巖中為潛水～微承壓水。地下水主要接受大氣降水、相鄰含水層的側(cè)向補(bǔ)給和滲流，并總體隨地形由東北向西南滲流、排泄。場地內(nèi)除粗砂④屬強(qiáng)透水層和主要含水層，富水性較好外，下部基巖裂隙的導(dǎo)水性和富水性主要受構(gòu)造裂隙特征所控制，差異較大且具各向異性，因場地內(nèi)基巖裂隙大多呈閉合狀態(tài)，故其透水性和富水性總體較差，其余各土層均屬弱～微透水、弱含水層或相對隔水層，富水性差。

根據(jù)擬建工程沿線地形、地貌特征、地區(qū)氣候特點(diǎn)以及工程施工后沿線水文地質(zhì)條件將產(chǎn)生改變的情況，地鐵工程最高地下水位按室外設(shè)計地面以下1m考慮。

3 主要施工工藝

廈門北站地鐵1、4號線工程開挖為長大型深基坑，基坑施工包括基坑圍護(hù)、坑內(nèi)降水、基坑開挖、支撐和基坑監(jiān)測等。

基坑圍護(hù)順序：一區(qū)→二區(qū)→三區(qū)→四區(qū)→六區(qū)，土方開挖順序：一區(qū)→二區(qū)→三區(qū)→四區(qū)；同時五區(qū)、七區(qū)→六區(qū)。基坑圍護(hù)施工根據(jù)廈門北站房總體進(jìn)度要求，先進(jìn)行一區(qū)的基坑圍護(hù)，一號線土方開挖自南向北，分段開挖，一區(qū)土方開挖完成后立即進(jìn)行結(jié)構(gòu)施工，二區(qū)土方開始施工，形成流水作業(yè)。一區(qū)自南至北最后在六區(qū)土方收口，四號線土方五區(qū)、七區(qū)土方同時施工，最后在六區(qū)收口土方。遵循“先撐后挖，邊挖邊撐”的原則，確?；臃€(wěn)定。

圖2 圍護(hù)樁施工工藝流程圖

測量定位：由專業(yè)測量人員根據(jù)給定的控制點(diǎn)按規(guī)范和施工圖紙測放樁位并標(biāo)明。

鉆機(jī)就位：鉆機(jī)就位必須平正、穩(wěn)固，確保在施工中不傾斜、移動。

埋設(shè)護(hù)筒：根據(jù)場地條件，必要時埋深護(hù)筒。埋設(shè)過程中用十字拴樁法確保護(hù)筒中心與樁位中心重合。

鉆進(jìn)：鉆進(jìn)過程中必須控制好鉆斗的升降速度，以防產(chǎn)生“活塞效應(yīng)”。

清孔：在下鋼筋籠之前用鉆斗排除沉渣。灌注混凝土前應(yīng)測量沉渣厚度。

鋼筋籠制作與吊裝：鋼筋連接采用直螺紋套筒連接，上節(jié)采用半絲，下節(jié)采用全絲，待孔口對接時將套筒向上節(jié)旋轉(zhuǎn)擰緊。鋼筋的材料、加工、接頭和安裝，符合要求。

清孔完畢，經(jīng)檢查孔深、孔徑和豎直度檢查符合要求后，即進(jìn)行鋼筋籠施工。

鋼筋籠在現(xiàn)場集中分節(jié)預(yù)制，設(shè)專人負(fù)責(zé)，確保鋼筋骨架的幾何尺寸和綁扎質(zhì)量。為保證在運(yùn)輸過程中不變形，鋼筋籠內(nèi)用十字支撐加固。鋼筋籠用吊車或鉆機(jī)本身吊裝裝置吊入孔內(nèi)，在孔口接頭焊接或機(jī)械連接，并保持上下節(jié)在一條軸線上。鋼筋骨架的保護(hù)層厚度由圓形與樁身混凝土同強(qiáng)度細(xì)石混凝土墊塊或耳朵形鋼筋來保證，按豎向每隔2m設(shè)一道，每一道沿圓周設(shè)4個呈梅花型布置。鋼筋籠下到設(shè)計標(biāo)高后，用懸掛器將其與護(hù)筒或平臺連接牢固，防止鋼筋籠發(fā)生掉籠或浮籠現(xiàn)象。

水下混凝土灌注：

鋼筋籠吊裝完畢后，進(jìn)行隱蔽工程驗收，合格后應(yīng)立即澆注混凝土。導(dǎo)管采用φ300鋼管，每節(jié)2～3m，配1～2節(jié)1～1.5m的短管。下導(dǎo)管后，二次清孔，確?？椎壮猎穸确弦?guī)范要求。

對灌注導(dǎo)管要檢查其圓滿度、垂直度及其連接密封性，按期對導(dǎo)管進(jìn)行水封試驗。

隔水塞用與導(dǎo)管口徑相符的皮球或隔水板、隔水塞。保證足夠的初灌量，保證導(dǎo)管埋深0.8~1.5m，連貫灌注時埋深2~6m，灌注應(yīng)連續(xù)進(jìn)行。

及時測量導(dǎo)管的埋入深度，并做好記錄，灌注混凝土過程中，要經(jīng)常探測混凝土面上升高度，檢查埋管深度。

導(dǎo)管提升應(yīng)保持居中，防止掛碰鋼筋籠，拆下的導(dǎo)管要及時沖清干凈。

灌注砼時，棄盈系數(shù)控制在1.15左右。

接近樁頂時，由于導(dǎo)管內(nèi)砼高度減少，壓力降低，管外泥漿稠度比重增加，出現(xiàn)灌注困難，應(yīng)提高漏斗高度。

砼灌注完成時，適時拔出護(hù)筒，并做好孔內(nèi)防護(hù)，防止發(fā)生意外事故。

3.2 樁頂冠梁及混凝土支撐的施工

施工工序：

技術(shù)要求：

3.2.1樁頭鋼筋插入帽梁內(nèi)不小于38d，數(shù)量不少于樁主筋1/2。

3.2.2樁頭要清理干凈，鑿除浮漿，槽支護(hù)采用鋼模板。

3.2.3澆筑砼后用振搗棒振搗密實，保證帽梁表面平整、光滑、順直。

3.2.4混凝土支撐要與冠梁一起澆注，形成一個整體。

3.3 旋噴樁施工

施工工藝流程：

測量定位：首先采用全站儀根據(jù)高壓旋噴樁的里程樁號放出試驗區(qū)域的控制樁，然后使用鋼卷尺和麻線根據(jù)樁距傳遞放出旋噴樁的樁位位置，用小竹簽做好標(biāo)記，并撒白灰標(biāo)識，確保樁機(jī)準(zhǔn)確就位。

機(jī)具就位：采用起重機(jī)懸吊攪拌機(jī)到達(dá)指定樁位附近，利用樁機(jī)底部步覆裝置，緩慢移動至施工部位，由專人指揮，用水平尺和定位測錘校準(zhǔn)樁機(jī)，使樁機(jī)水平，導(dǎo)向架和鉆桿應(yīng)與地面垂直，傾斜率小于1.5%。對不符合垂直度要求的鉆桿進(jìn)行調(diào)整，直到鉆桿的垂直度達(dá)到要求。為了保證樁位準(zhǔn)確，必須使用定位卡，樁位對中誤差不大于5cm。

啟動鉆機(jī)邊旋轉(zhuǎn)邊鉆進(jìn)，至設(shè)計標(biāo)高后停止鉆進(jìn)：采單管旋噴法施工。該方法插管與鉆孔兩道工序合二為一，即鉆孔完成時插管作業(yè)同時完成。在插管過程中，為防止泥砂堵塞噴嘴，高壓水噴嘴邊射水、邊插管，水壓力一般不超過1MPa，至設(shè)計標(biāo)高后停止鉆進(jìn)。

噴射注漿：在插入旋噴管前，先檢查高壓設(shè)備和管路系統(tǒng)，設(shè)備的壓力和排量必須滿足設(shè)計要求。各部位密封圈必須良好，各通道和噴嘴內(nèi)不得有雜物，并做高壓水射水試驗，合格后方可噴射漿液。

旋噴作業(yè)系統(tǒng)的各項工藝參數(shù)都必須按照預(yù)先設(shè)定的要求加以控制，并隨時做好關(guān)于旋噴時間、用漿量、冒漿情況、壓力變化等的記錄。

施工注意事項：施工前，要求檢查旋噴管的高壓水與空氣噴射情況，各部位密封圈是否封閉，合格后方可噴射漿液；噴射時，先應(yīng)達(dá)到預(yù)定的噴射壓力、噴漿量后，再逐漸提升注漿管。中間發(fā)生故障時，應(yīng)停止提升和旋噴，以防樁體中斷，同時立即進(jìn)行檢查排除故障；旋噴過程中，冒漿量控制在10%～25%之間；高壓噴射注漿完畢后，應(yīng)迅速拔出噴射管。

3.4 降水施工

降水使基坑內(nèi)的土體排水固結(jié)，并具有一定強(qiáng)度，從而提高坑內(nèi)土體的水平抗力，減少基坑的變形量。根據(jù)廈門北站的土體滲透性和基坑的周圍環(huán)境，嚴(yán)格控制基坑內(nèi)的降水速度和降水量非常重要，若基坑內(nèi)過早或過量降水，則會使基坑外地下水位太低，而產(chǎn)生過大沉降，影響周圍環(huán)境的安全。因此，基坑降水必須和開挖密切配合，施工中采取分段、快速、集中降水的方法，并且依據(jù)土體滲水速率、基坑內(nèi)土體疏干情況和基坑開挖的速度進(jìn)行降水，主體結(jié)構(gòu)深基坑采用分層降水法，在基坑開挖前5～7天開始進(jìn)行降水，由深井內(nèi)的水泵位置來控制降水深度，由調(diào)節(jié)抽水時間來控制基坑內(nèi)的出水量。通過基坑內(nèi)的觀測井，掌握水位變化情況，其控制高度通過計算確定，既不要抽水過深引起地面沉降，也不要抽水過淺危及坑底安全，將地下水降至基坑開挖面下1.0m左右，即滿足開挖該層土體的要求，結(jié)構(gòu)段施工完畢，隨即停止抽水。

根據(jù)巖土工程勘察報告顯示，基坑開挖受到地下水位的影響，土方施工之前需進(jìn)行人工降低地下水位。根據(jù)該場區(qū)現(xiàn)查明的潛水、層間水和承壓水，采用管井降水，一般采用井徑600mm，管井的深度1號線16.7m（進(jìn)入槽底以下4.74m）；4號線28.5m（進(jìn)入槽底以下7.0m）。

圖3 降水計算地層剖面圖

3.5 土方施工

土方開挖根據(jù)現(xiàn)場條件劃分為七個區(qū)，根據(jù)圍護(hù)形式，1號線開挖深度9.73m（以混凝土支撐梁頂始以下），分為三步開挖順序，第一步開挖至第一道混凝土支撐梁的底部，標(biāo)高為+10.01m，開挖深度為1m，在此標(biāo)高下出土凈高為7.5m左右，可采用大型挖掘機(jī)施工，開挖完成后開始混凝土支撐梁的施工，完成后梁間的距離為6m，混凝土支撐梁達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度后開始第二步土方的開挖，第二步土方通長開挖至+5.81m的標(biāo)高（距鋼支撐80cm的距離），當(dāng)?shù)诙酵练骄嚯x頂部混凝土支撐梁的底部凈高為4.2m，作業(yè)寬度為26m，采用3臺小型挖機(jī)PC100型號在基坑內(nèi)施工倒運(yùn)土方，頂部采用2臺大型挖掘機(jī)進(jìn)行裝土作業(yè)。第二步土方開挖完成后，東側(cè)鋼支撐組裝進(jìn)行，同時第三步土方開挖從南側(cè)開始至北側(cè)單獨(dú)對立柱樁西側(cè)開挖一道出土道路，深為2.8m，底標(biāo)高為+3.01m。道路兩側(cè)采用1:1放坡開挖，采用掛鋼筋網(wǎng)并噴射混凝土支護(hù)，厚度為10cm。在出土道路底部鋪設(shè)建筑渣土一層，厚度為50cm，寬度為6m，詳見圖5。當(dāng)西側(cè)道路施工完畢后，開始剩余鋼支撐的安裝，具體安裝方法參照鋼支撐安裝方案。第二道鋼支撐的支撐間距為4m。第二步鋼支撐架設(shè)完成后開始第四步土方的開挖，直接開挖至基坑底部。

4號線的土方開挖深度為19.35m（自混凝土支撐梁頂以下），周圍場地開闊，可采用汽車吊進(jìn)行吊裝，因此在土方開挖過程中不采用單側(cè)開槽的施工方法，直接將土方開挖至鋼支撐的下側(cè)80cm處，共分為4步進(jìn)行開挖，第一步開挖至冠梁底（標(biāo)高+12.084m）處的標(biāo)高，第二步開挖至鋼管支撐底80cm處（標(biāo)高+5.084m），第三步開挖至設(shè)計標(biāo)高-0.768m，第四步開挖至基坑底部標(biāo)高為-5.448m。在開挖深度內(nèi)，根據(jù)現(xiàn)場可施工區(qū)域的分布，及時分層、分步布置挖土機(jī)械，多臺挖土機(jī)上下、左右齊頭并進(jìn)，為保持多機(jī)作業(yè)工作面，充分利用空間和時間，采用晝、夜兩班交替，以保持持續(xù)高產(chǎn)。

圖5 1號線豎向開挖分布圖

圖6 4號線豎向開挖分步圖

開挖注意事項：

3.5.1該階段土方及基礎(chǔ)樁施工全面展開，工程量較大，工序多，機(jī)械設(shè)備多，要解決好工作面與日產(chǎn)量、工序間工作面相互制約的矛盾，各工序間需采用交叉流水作業(yè)。每個工作面都要采用定機(jī)械設(shè)備、定日產(chǎn)量、定工期等三定措施，確保工程順利進(jìn)行。

3.5.2本工程的施工關(guān)鍵是土方運(yùn)輸，因此要合理布置現(xiàn)場道路和出入口，合理規(guī)劃卸土場地、優(yōu)化運(yùn)土路線，安排好作業(yè)時間，做好車輛分流，減少道路擁擠，行車路線盡量用循環(huán)路。

3.5.3盡量采用反鏟挖土，充分利用挖土半徑，提高效率，盡量抓緊時間，保證按期完成任務(wù)。

3.5.4嚴(yán)格按開挖線進(jìn)行開挖，嚴(yán)禁超挖，測量工作隨時配合。

3.5.5清土與挖土應(yīng)與別的工序緊密配合，不可超前或滯后。

3.6 鋼支撐施工方案

鋼支撐架設(shè)緊跟土方開挖，遵循“先撐后挖、限時支撐、分層開挖、嚴(yán)禁超挖”的原則進(jìn)行施工，鋼支撐現(xiàn)場整體拼裝，擬配液壓千斤頂在鋼管支撐活動端分級預(yù)加軸力并鎖定。鋼腰梁現(xiàn)場加工，提前安設(shè)鋼牛腿。

圖7 鋼支撐安裝流程

3.7 預(yù)應(yīng)力錨桿施工

圖8 預(yù)應(yīng)力錨桿工藝流程

注意事項：

3.7.1鉆孔前定位：根據(jù)設(shè)計要求定出孔位，做出標(biāo)記。

3.7.2鉆孔：鉆機(jī)就位、開機(jī)，鉆機(jī)鉆入地層。套管跟進(jìn)式鉆進(jìn)時，護(hù)壁套管同時跟進(jìn)，沖洗介質(zhì)通過鉆桿和鉆頭的通道輸入鉆孔，將鉆孔廢渣沿鉆桿和套管間排出；干鉆成孔時，可使用小螺旋鉆機(jī)或其他成孔方法。

3.7.3清孔、桿體制作和安放：安放錨桿前，濕式鉆孔應(yīng)用清水清洗干凈。鋼絞線根據(jù)設(shè)計長度加上張拉長度截好，用綁扎絲綁在隔離架上，隔離架之間的間距控制在2.0m左右，桿體自由段用軟塑料管包裹，與錨固段相交處的塑料管管口用綁絲綁緊。桿體制作好后，應(yīng)將注漿管隨錨桿一同放入孔，注漿管端部距離孔底宜為50cm左右。

3.7.4制漿：水泥漿水灰比控制在0.45～0.50之間，用攪漿機(jī)攪拌均勻。

3.7.5灌漿：灌漿采用M35水泥砂漿，配合比通過現(xiàn)場試驗確定，錨索推送就位后可進(jìn)行第一次灌漿，灌漿未飽滿，可進(jìn)行二次灌漿。灌漿應(yīng)慢、穩(wěn)、連續(xù)進(jìn)行，直到孔內(nèi)的液體和氣泡全部排出孔外，出口處溢出的泥漿與新漿相同后，再延續(xù)1min即可停止。

3.7.6預(yù)應(yīng)力張拉、鎖定：鋼腰梁制作安裝好后，將墊板放入，然后安放好錨具。當(dāng)注漿體的強(qiáng)砂漿齡期達(dá)到7天后，方可進(jìn)行張拉。張拉應(yīng)分3級張拉，至設(shè)計值鎖定。

3.8 基坑監(jiān)測

為確保基坑施工和使用過程中的安全和穩(wěn)定及基坑周邊臨時道路安全，應(yīng)做好基坑圍護(hù)施工的監(jiān)測工作。

3.8.1監(jiān)測項目

①監(jiān)測基坑坡頂?shù)乃轿灰啤?/p>

②監(jiān)測基坑周邊一倍坑深范圍內(nèi)的路面及地下管線（如果有）的沉降。

③定期巡視檢查基坑外周邊環(huán)境變化情況。

3.8.2監(jiān)測方法及精度要求

①基準(zhǔn)點(diǎn)布置：根據(jù)現(xiàn)場實際情況進(jìn)行基準(zhǔn)點(diǎn)及方向點(diǎn)的布置，應(yīng)布置在監(jiān)測期限內(nèi)不被擾動。

②變形觀測點(diǎn)布置：采用沿基坑周邊布置觀測點(diǎn)，布點(diǎn)原則是在通長的基坑邊間隔設(shè)置觀測點(diǎn)，在變形最大、受力最大及局部地質(zhì)條件最為不利的地段增加觀測點(diǎn)。現(xiàn)場實際布置時根據(jù)通視條件、現(xiàn)場布置等可以適當(dāng)調(diào)整測點(diǎn)位置。

3.8.3監(jiān)測頻率及時限

（1）基坑施工過程中的監(jiān)測

①開挖前，觀測3次，記錄初始值，以3次平均值作為初始值。

②基坑每開挖一步應(yīng)觀測不少于1次，且每天應(yīng)觀測1次。

③雨天過后，應(yīng)至少4h觀測1次，如連續(xù)3次觀測數(shù)據(jù)相同（或在誤差允許范圍內(nèi)），可按②繼續(xù)觀測。

④基坑開挖完7天內(nèi)，仍應(yīng)每天觀測1次。

⑤基坑開挖完7～15天，每3天觀測1次，如觀測數(shù)據(jù)變化大，應(yīng)每天觀測1次。

⑥基坑開挖完15～30天，每7天觀測1次，如觀測數(shù)據(jù)變化大，應(yīng)每天觀測1次。

⑦基坑開挖完30天，如果最后連續(xù)3次的觀測數(shù)據(jù)相同或在誤差允許范圍內(nèi)，可停止施工過程的監(jiān)測。

（2）監(jiān)控預(yù)警

本工程的坡頂位移預(yù)警值應(yīng)為坑深的3‰，對于開挖過程中出現(xiàn)的變形量大或變形加劇等現(xiàn)象，應(yīng)及時向設(shè)計人員反饋，以便及時調(diào)整方案。

4 小結(jié)

廈門北站內(nèi)地鐵1、4號線主體結(jié)構(gòu)基坑施工，由于采取了科學(xué)合理的技術(shù)措施和嚴(yán)格的施工管理，達(dá)到一級基坑安全保護(hù)等級的要求，周圍地表沉降控制在允許范圍內(nèi)，周圍建筑物未發(fā)生下沉及開裂。充分運(yùn)用了深基坑施工的“時空效應(yīng)”原則，將長大型深基坑分段、分層、分單元進(jìn)行開挖、支撐，使基坑開挖和支撐兩道工序有機(jī)結(jié)合，有效控制了深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的位移量，正確、及時的監(jiān)測，對深基坑施工進(jìn)行動態(tài)管理，獲到了完整的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了信息化施工，保證了深基坑和周圍環(huán)境的安全。廈門北站內(nèi)地鐵1、4號線深基坑施工的成功，為在廈門地區(qū)進(jìn)行大型深基坑或超深基坑的施工積累了經(jīng)驗，可供今后類似深基坑施工參考。