張國騰

（中鐵一局集團(tuán)城市軌道交通工程有限公司，江蘇 無錫 214000）

1 工程概況

無錫新區(qū)站是無錫地鐵3號線一期工程第19座車站，采用明挖順作法施工，站址位于無錫新區(qū)高鐵站前方，沿珠江路敷設(shè)，小里程端頭毗鄰現(xiàn)狀新華路箱涵段，為地下2層島式站，雙柱三跨箱形框架結(jié)構(gòu)，外包總長 197.65 m，標(biāo)準(zhǔn)段寬 22.70 m，深17.43 m；車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用800mm厚地下連續(xù)墻+內(nèi)支撐體系（從上至下為1道混凝土支撐+2道鋼支撐，鋼支撐均為φ800mm×16mm），地下連續(xù)墻平均深度38 m，最大深度44.8 m，隔斷微承壓水。

基坑開挖范圍自上而下依次為①-1層雜填土、③-1-1層粉質(zhì)黏土、③-2層粉質(zhì)黏土夾黏質(zhì)粉土、④-1層黏質(zhì)粉土、④-2層粉砂夾砂質(zhì)粉土，其中車站底板均位于④-2層中，該層土全場分布，呈灰色，飽和，搖振反應(yīng)迅速，平均厚度 23.84 m，最大厚度39 m。

車站地下水主要為松散巖類孔隙水，具體包括全新統(tǒng)潛水層、全新統(tǒng)微承壓水、上更新統(tǒng)承壓水，其中微承壓水被圍護(hù)結(jié)構(gòu)全部隔斷，承壓水被⑥-1層黏土層隔斷，對本工程影響可忽略。

2 基坑變形過程及處理措施

1）2016年12月16日7：00點(diǎn)開始基坑降水試驗(yàn)，降水試驗(yàn)井分布如圖1所示，24 h后坑內(nèi)水位平均下降14.43 m，停止降水 1 d后，平均水位上升約1.6 m，呈穩(wěn)定狀態(tài)，如圖2所示。

圖1 無錫新區(qū)站降水試驗(yàn)井分布

圖2 降水試驗(yàn)水位變化示意

2）2017年1月5日基坑開始開挖，開挖順序?yàn)閺膬啥祟^向中間開挖。

3）2017年2月10日復(fù)工后，開挖順序調(diào)整為先開挖第7標(biāo)準(zhǔn)段，然后向兩端頭展開（第7段劃分長度22 m，開挖深度 17.34 m，土方分 4層進(jìn)行開挖）。

4）2017年3月5日下午15：45，第7施工段開挖至第3道支撐下0.7 m（累計(jì)開挖深度13.8 m，支撐均按照設(shè)計(jì)要求架設(shè)、加力），該施工段內(nèi)測斜4號點(diǎn)在 16.5 m深的位置變化速率達(dá)3.99mm/d，深度17.5 m處累計(jì)變化量達(dá) 24.20mm（控制值3mm/d，±30mm），達(dá)到監(jiān)測橙色預(yù)警（變化速率和累計(jì)變化量均超過控制值的80%），支撐軸力、地表沉降及坑外水位等監(jiān)測數(shù)據(jù)均無異常，隨即停止開挖并召開預(yù)警分析會。

5）2017年 3月5日23：50，在原設(shè)計(jì)的第3道支撐之間（間距4 m），增加1道臨時(shí)鋼支撐，同時(shí)對測斜4號點(diǎn)兩側(cè)的第3道支撐進(jìn)行軸力復(fù)加。

6）2017年3月6日至2017年3月9日期間，第7施工段內(nèi)各項(xiàng)監(jiān)測數(shù)據(jù)穩(wěn)定，測斜預(yù)警斷面變形收斂。

7）2017年3月9日22：00恢復(fù)基坑開挖（第7施工段內(nèi)支撐已全部施工完成，剩余基底最后一層土方）。

8）2017年3月10日15：30，第7施工段清底時(shí)（開挖深度17.5 m），測斜4號點(diǎn)在深度19.5 m處日變化量達(dá)3.91mm，測斜20號點(diǎn)在深度20.0 m處日變化量達(dá)8.27mm，測斜19號點(diǎn)在深度16.5 m處日變化量達(dá)10.63mm（日變形控制值3mm），達(dá)到監(jiān)測紅色預(yù)警，隨即召開預(yù)警分析會。

9）2017年3月10日21：50，第7段墊層混凝土澆筑完成，墊層厚度由原設(shè)計(jì)的150mm增加至300mm，混凝土中加入早強(qiáng)劑，同時(shí)鋪設(shè)了φ12＠300×300加筋網(wǎng)片。

10）2017年3月11日6：30，在原設(shè)計(jì)的第3道支撐與基底之間增加了第4道φ609mm×16mm臨時(shí)鋼支撐，預(yù)加軸力967.6 kN。

11）2017年3月11日監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示：第7施工段內(nèi)測斜變化穩(wěn)定，其余各項(xiàng)監(jiān)測數(shù)據(jù)也無異常。

12）2017年3月22日5：00第7施工段底板結(jié)構(gòu)澆筑完成，后續(xù)施工過程中變形數(shù)據(jù)穩(wěn)定。

13）后續(xù)施工段在支撐按原設(shè)計(jì)施工的情況下，仍出現(xiàn)類似變形情況。后經(jīng)由設(shè)計(jì)院對支撐體系進(jìn)行如下優(yōu)化：①將原設(shè)計(jì)第3道支撐上調(diào)2 m后，在基底與第3道支撐中間增加第4道支撐，縮小最底層支撐與基底的垂直距離；②對鋼支撐的平面布置進(jìn)行優(yōu)化，具體為：鋼支撐平面布設(shè)位置按照地下連續(xù)墻分幅情況進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整原則為 “一墻雙撐，對稱布置”。

3 原因分析

1）地層原因 無錫新區(qū)站開挖范圍自上而下地層中④-2層粉砂夾砂質(zhì)粉土（平均厚度23.84 m，土層具有中偏低壓縮性、工程地質(zhì)性能一般），該層在失水后，呈粉塵狀顆粒，彼此間黏聚力差，失水范圍內(nèi)的土體對地下連續(xù)墻的約束力消散明顯，即基坑在開挖最后一層土?xí)r，基底土層的“板體約束”作用消失。

2）水文 圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用將深基坑內(nèi)外的微承壓水層水力聯(lián)系全部隔斷的設(shè)計(jì)，加之④-2層透水性極好，在長197.65 m基坑內(nèi)降水時(shí)，基坑內(nèi)水位整體下降明顯，水力聯(lián)系緊密，隨著基坑內(nèi)土方開挖及坑內(nèi)水位下降，地下連續(xù)墻內(nèi)外側(cè)形成的水頭壓力差也就愈加明顯，這一點(diǎn)與基坑開挖越深，變形最大的位置向基坑開挖方向下移的規(guī)律相吻合。

3）圍護(hù)結(jié)構(gòu)建模計(jì)算存在一定局限性 目前國內(nèi)深基坑驗(yàn)算模型基本使用軟件進(jìn)行，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)單元在計(jì)算時(shí)，軟件應(yīng)用參數(shù)設(shè)置的局限性有：①軟件建模分析時(shí)，分析單位為基坑橫斷面上取長度為1 m的連續(xù)墻單元，理想化設(shè)定地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)在基坑長度方向上為剛性結(jié)構(gòu)。而實(shí)際均為工字鋼接頭僅與一側(cè)的地下連續(xù)墻鋼筋籠剛性連接（焊接），另外一側(cè)為承插接口，在基坑長度方向上，地下連續(xù)墻仍然存在很大的變形空間；②軟件建模計(jì)算時(shí)，每一種工況的實(shí)現(xiàn)均無“時(shí)間差”存在，即各工況下軟件計(jì)算的圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形均為地下連續(xù)墻單元體承受水、土壓力及基坑內(nèi)側(cè)支撐力學(xué)平衡時(shí)的變形量（各工況瞬時(shí)完成轉(zhuǎn)換），但在現(xiàn)場實(shí)際施工時(shí)，每一層土方開挖到位后，因預(yù)埋鋼板的鑿出及托架牛腿安裝等工序（使用鋼腰梁的時(shí)間差更大），都不可避免會產(chǎn)生工況轉(zhuǎn)換的時(shí)間差，進(jìn)而會引起圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形情況與軟件計(jì)算結(jié)果不符甚至相差很大的現(xiàn)象；③鋼腰梁體系傳力損失，鋼腰梁在施工中雖盡可能地與地下連續(xù)墻面平整接觸，但實(shí)際施工中，因?yàn)楦鞣矫媸┕ぴ?，使鋼支撐預(yù)加軸力在傳遞到鋼腰梁后有較為明顯的損失；④鋼支撐平面布置位置不盡合理。該車站在圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，鋼腰梁“整體傳力”的效果考慮過于理想化，鋼支撐平面間距設(shè)計(jì)為4 m，按照設(shè)計(jì)的鋼支撐平面間距施工時(shí)，因?yàn)榈叵逻B續(xù)墻幅寬基本為6 m，將不可避免地出現(xiàn)“一墻單撐、單撐偏頂”的情況；而鋼腰梁為6 m長的單根拼裝而成，拼裝節(jié)點(diǎn)可視為柔性節(jié)點(diǎn)。當(dāng)上述2種情況同時(shí)出現(xiàn)時(shí)，基坑的變形情況與軟件建模驗(yàn)算結(jié)果更是相差很大。

4）基底與最底層支撐的距離偏大 該車站原設(shè)計(jì)最底層支撐中心（第3道支撐）距離基坑底部平均距離為4.6 m；加之基底1 m以下降水后板體作用消散，則最底層鋼支撐與基底實(shí)際等效距離超過5 m，即鋼支撐軸力位置偏高，基坑底部與鋼支撐之間為應(yīng)力集中位置，這與監(jiān)測測斜變形曲線也相吻合。

4 結(jié)論與建議

1）該車站揭示的④-2層粉細(xì)砂層是后續(xù)深基坑施工中必須重視的地層。在各方面條件允許的情況下，應(yīng)采取相應(yīng)的基底加固處理措施，可進(jìn)行抽條加固或裙邊加固，確?；淄翆釉谑螅杂休^為顯著的“板體作用”。

2）結(jié)合無錫新區(qū)站所揭示的地層地質(zhì)情況，基坑在開挖過程中伴隨的降水施工，在很大程度上決定該類地層深基坑開挖安全，也是基坑開挖過程中導(dǎo)致圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系產(chǎn)生較大變形的決定性因素。故在該類地層中的深基坑施工時(shí)，必須進(jìn)行降水試驗(yàn)，同時(shí)應(yīng)按照基坑開挖的需求情況做到“按需降水，不得超降水”。

3）在基坑周邊空間及建（構(gòu)）筑物沉降允許的情況下，可輔以坑外降水措施。在基坑開挖深度逐漸加大時(shí)，啟用坑外降水井，在底板結(jié)構(gòu)尚未回筑的時(shí)間段內(nèi)，縮小圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)外側(cè)的水頭壓力差，進(jìn)而控制圍護(hù)結(jié)構(gòu)發(fā)生較大變形。

4）各層支撐間的豎向間距及最后一層支撐與基底的豎向距離對控制基坑的變形有很大的影響。建模驗(yàn)算時(shí)應(yīng)充分考慮實(shí)際的施工情況，必要時(shí)應(yīng)將軟件建模分析結(jié)果與實(shí)際情況相結(jié)合后再進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，使建模驗(yàn)算結(jié)果最大程度的貼近實(shí)際施工工況，同時(shí)在水平方向一定要保證“一墻雙撐”。

5）鋼腰梁體系是深基坑開挖過程中“隨挖隨撐”最主要的制約因素，同時(shí)，鋼腰梁與地下連續(xù)墻接觸面不平整也會導(dǎo)致支撐傳力不均，建議該地層或其他軟弱地層中不設(shè)置鋼腰梁體系，將鋼支撐通過預(yù)埋在地連墻側(cè)面的鋼板直接進(jìn)行傳力，減小鋼腰梁體系對鋼支撐預(yù)加軸力的損失。同時(shí)，可增加鋼支撐軸力伺服系統(tǒng)，設(shè)定鋼支撐預(yù)加軸力預(yù)警閾值，在基坑開挖全過程中，對鋼支撐軸力進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和實(shí)時(shí)補(bǔ)加。

6）在開挖完成后，應(yīng)盡快封閉墊層及底板結(jié)構(gòu)?？紤]到底板結(jié)構(gòu)施工時(shí)間段較長，對控制基坑變形不利，可采取措施提高墊層的強(qiáng)度和剛度，如在墊層混凝土中摻入早強(qiáng)劑、在墊層混凝土中加入加勁鋼筋網(wǎng)片以及適當(dāng)增加墊層的厚度等，在基底位置快速形成1道強(qiáng)度和剛度均較大的“板撐體系”，對控制基坑繼續(xù)變形也會有很大的改善。

參考文獻(xiàn)：

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