駱鐵林

（中鐵一局集團(tuán)第四工程有限公司，咸陽712000）

1 工程概況

1.1 車站設(shè)計情況

太原地鐵2 號線一期礦機(jī)站由鐵道部第三勘察設(shè)計集團(tuán)有限公司設(shè)計。車站為地下兩層島式站臺雙柱三跨箱型框架結(jié)構(gòu)，總長221.0m，標(biāo)準(zhǔn)段寬度22.3m（圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)空，含外放20cm），端頭井寬度27.3m，底板埋深18.3～21.4m，基坑安全等級為一級，圍護(hù)結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)為1.1，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)最大水平位移≤0.2%H 且≤30mm，地面最大沉降量≤0.15%H，標(biāo)準(zhǔn)段地面超載按20kPa 等效均布荷載控制，盾構(gòu)井基坑邊的地面超載按30kPa 等效均布荷載控制，基坑周邊2m 外超載不得大于20kPa，基坑周邊10m 范圍內(nèi)嚴(yán)禁堆載。主體結(jié)構(gòu)抗浮安全系數(shù)不應(yīng)小于1.15 倍。地下水位埋深 3.1～4.5m，變幅 0.8～1.4m。主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用地連墻+3（4）道內(nèi)支撐的形式，主體結(jié)構(gòu)部分為厚度800mm 的地連墻，標(biāo)準(zhǔn)段嵌固深度約為9m，端頭井嵌固深度約為10m，盾構(gòu)段受層撐為800×800mm 的鋼筋混凝土撐，其余均采用φ800×16mm 的鋼管支撐，盾構(gòu)井處設(shè)有鋼圍檁，其他部分直接撐在連續(xù)墻上。地膜承載力不小于100kPa。支撐水平軸線偏差不大于30mm，兩端中心標(biāo)高偏差不大于20mm，同層支撐中心標(biāo)高偏差不大于30mm，支撐撓度不大于1/1000。首層撐中對中間距6m，其他間距為3m，首層撐至2 道撐得距離為7.2m，2 道撐至3道撐得距離為5.5m，3 道撐至坑底距離為3.75m，端頭井坑底標(biāo)高775.513～775.872m，側(cè)墻厚度700mm。

1.2 地質(zhì)水文

M2CZ5-53 孔，雜填土3.2m，粉質(zhì)粘土2.6m（液限33.6%，塑限21.8%），粘質(zhì)粉土7.2m（液限26%，塑限17.6%），粉質(zhì)粘土1.7m，粉質(zhì)粘土15.4m。M2XZ5-KX-21孔，雜填土1.8m，素填土0.6m，圓礫土10.3m，砂質(zhì)粉土7.1m，粘質(zhì)粉土3.1m，粉質(zhì)粘土4.1m，粘質(zhì)粉土3.1m。標(biāo)貫擊數(shù) N=3～18；粘聚力 c=17～22kPa；內(nèi)摩擦角 φ=17～21°車站底板主要位于粘質(zhì)粉土中，連續(xù)墻底部位于砂質(zhì)粉土或粘質(zhì)粉土中。

地下水位第四系松散層孔隙潛水，含水層為第四系全新統(tǒng)人工填土、沖積粉土及砂、礫石層，詳細(xì)勘察期間水位埋深2.7～3.6m，主要靠大氣降水及側(cè)向徑流和城市供水、排水滲漏補(bǔ)給。

1.3 周邊環(huán)境情況

車站基坑?xùn)|側(cè)距離車道2.5m，基坑西側(cè)距離車道5.5m，車站西側(cè)管線有雨污合流管（DN1000）和天然氣（DN400），車站東側(cè)有自來水（DN600）。周邊房屋情況見表1。

2 施工進(jìn)展及變形情況

車站于2016 年6 月22 日開始圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工，2016年9 月21 日開始土方挖，2016 年10 月13 日，首次發(fā)生紅色報警，2016 年11 月7 日首段基坑見底（共設(shè)計9段），截止 2017 年 6 月 27 日，完成土方開挖 5 段，底板澆筑5 段，共出現(xiàn)紅色預(yù)警10 次，橙色預(yù)警11 次，黃色預(yù)警2 次，主要為地表、建筑物沉降及墻體測斜（累計變形30mm、3mm/d）；管線（累計變形 20mm、2mm/d）；樁頂水平位移（累計變形25mm、3mm/d）；樁頂沉降（累計變形25mm、3mm/d）。共14 個監(jiān)測段面全部出現(xiàn)過報警。其中ZQT1 測斜管位于第5 段，底板混凝土澆筑前（2017 年6月10 日）18.5m 位置測斜累計變形57.5mm，澆筑混凝土后（2017 年 6 月 11 日澆筑底板混凝土），2017 年 6 月 23 日，該部位測斜累計變形72.5mm。顯示底板混凝土澆筑后，底板以下部分測斜位移并不能因此而約束。

表1 周邊環(huán)境

圖1 地連墻墻體水平位移

3 基坑變形原因分析

基坑開挖首發(fā)生報警后，從施工行為、周邊環(huán)境、地質(zhì)條件等對原因進(jìn)行分析，根據(jù)現(xiàn)場實際施工情況與監(jiān)測數(shù)據(jù)相對比，結(jié)合專家研判意見，歸納總結(jié)出了影響基坑開挖變形的原因。

3.1 高靈敏度地層

根據(jù)中鐵第五勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司提供的太原市軌道交通2 號線一期工程《礦機(jī)站巖土工程勘察報告》，基坑粉土分布范圍廣，基坑粉土均達(dá)到飽和狀態(tài)。表2 為地層分布一覽表。

表2 地層分布一覽表

大量實驗表明，土體液化的兩個必要條件：①土體必須處于飽和狀態(tài)；②一定條件的動荷載作用。礦機(jī)站所處粉質(zhì)黏土和黏質(zhì)粉土的滲透系數(shù)約1.09m/d，降水后含水率高，自穩(wěn)性差，經(jīng)挖機(jī)擾動易液化。

挖機(jī)難以正常行走，需鋪設(shè)輔助鋼板，導(dǎo)致挖土效率低下，且出現(xiàn)未開挖的斷面也出現(xiàn)變形。

圖2 施工現(xiàn)場

3.2 地下水位高

車站處于汾河漫灘平原區(qū)，地勢相對低平，地下水埋深淺，設(shè)計地下水位為地面以下2.7～3.6m，水量豐富，受汾河開閘放水影響，坑外觀測井測的地下水位上升明顯（最大上升2.08m，位于地面以下0.62m），造成坑外土體側(cè)壓力增大，產(chǎn)生連續(xù)墻水平位移，支撐壓應(yīng)力增大。

3.3 基坑周邊動載過大

車站基坑?xùn)|側(cè)距離車道2.5m，基坑西側(cè)距離車道5.5m，如圖3 所示。大車通行時，引起超載且存在偏壓。

圖3 基坑周邊交通狀況

基坑周邊2m 外超載不得大于20kPa，基坑周邊10m范圍內(nèi)嚴(yán)禁堆載?！督ㄖ罨庸こ淌┕ぐ踩夹g(shù)規(guī)范》（JGJ311-2013）11.3.2 條規(guī)定對基坑影響范圍內(nèi)可能出現(xiàn)的交通荷載或大于35kPa 的振動荷載，應(yīng)評估其對基坑工程安全影響。（表3）

3.4 連續(xù)墻插入比相對較小

根據(jù)目前連續(xù)墻測斜監(jiān)測數(shù)據(jù)反映出的情況，基坑基底以下連續(xù)墻測斜變形數(shù)據(jù)單次或累計值都有超限（基坑底以下0.5m，連續(xù)墻測斜變形值達(dá)72.5mm，最低端變形5.2mm），結(jié)合專家在國內(nèi)其他城市軟土地層施工數(shù)據(jù)與經(jīng)驗，連續(xù)墻插入比不小于0.8。

表3 基坑周邊動載

3.5 連續(xù)墻接縫處滲漏水

本車站連續(xù)墻設(shè)計采用柔性接口（鎖口管），接縫處抗?jié)B漏能力相對較差。接縫漏水導(dǎo)致水土流失加速了周邊地表及建筑物沉降，同時軟化基坑內(nèi)土體，影響開挖速度。

3.6 設(shè)計給定的變形控制值偏小

根據(jù)《城市軌道交通工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》GB50911-2013，表9.2.1-1 水平位移在中軟～軟弱土?xí)r，累計絕對值為30～50mm，相對值為0.2～0.3%H。根據(jù)山西省工程建設(shè)地方標(biāo)準(zhǔn)《建筑地基基礎(chǔ)勘察設(shè)計規(guī)范》DBJ04/T258-2016，表12.4.3 累計水平位移0.4%H。相對于現(xiàn)場地質(zhì)情況設(shè)計給定的變形控制值顯小，而出現(xiàn)報警頻繁。

表4 礦機(jī)站基坑工程監(jiān)測項目

3.7 支撐架設(shè)存在不及時的現(xiàn)象

基坑開挖的前期采用的臺階法（分層分段）上層拉馬道兩側(cè)預(yù)留反壓土的方式進(jìn)行土方開挖，因車下基坑及機(jī)械占位和第三道支撐距離基坑底過近（3.2～2.6m）等客觀存在的事實，導(dǎo)致2～3 層鋼支撐各存在一根架設(shè)滯后。

根據(jù)主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計總說明9.3 支撐體系的安裝（5）分層分段土方開挖和相應(yīng)安裝支撐并施加預(yù)應(yīng)力應(yīng)控制在24h 內(nèi)完成。

4 基坑變形控制

4.1 接縫背后垂直注雙液漿

車站連續(xù)墻接縫設(shè)計采用柔性接口，前期接縫漏水采用接縫背后注漿與坑內(nèi)接縫堵漏相結(jié)合的方法進(jìn)行漏水處理。根據(jù)處理結(jié)果顯示，開挖檢縫后如發(fā)現(xiàn)接縫漏水再進(jìn)行注漿處理，及時性達(dá)不到，因帶壓注漿，根據(jù)檢測數(shù)據(jù)顯示，對墻體變形也有一定影響。

因此，對未開挖土方斷面內(nèi)的接縫提前采用背后垂直打孔注雙液漿處理，確保土方開挖后接縫無漏水，減少因漏水導(dǎo)致坑內(nèi)土體應(yīng)力釋放過快和坑外因漏水產(chǎn)生水土流失而導(dǎo)致墻體變形及地表、管線沉降現(xiàn)象出現(xiàn)，降低挖機(jī)土方開挖難度。

4.2 采用伸縮臂挖機(jī)進(jìn)行土方開挖

為有效控制基坑變形，避免鋼支撐架設(shè)不及時現(xiàn)象出現(xiàn)，剩余土方計劃采用伸縮臂挖機(jī)進(jìn)行土方開挖作業(yè)，目前基坑土方剩余 26505m3，位于 19～28 軸，19～25 軸設(shè)計為四道鋼支撐，25～28 軸第一道支撐為砼支撐，其余三道為鋼支撐。

4.3 加密第一道鋼支撐

根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，樁頂水平位移東側(cè)最大變化值88.2mm，西側(cè)最大變化值58.1mm，支撐間距6m，預(yù)加軸力70～100kN/m，為有效控制樁頂水平位移，將支撐間距由6m調(diào)整至3m，具體施加預(yù)加軸力參數(shù)與原預(yù)加軸力相同。

4.4 重載車輛限行

自2017 年07 月01 日已開始40T 以上重型車輛禁行全面禁行，限高高度2.5m。公交車輛繞行礦機(jī)站施工區(qū)域，自2017 年07 月04 日全天24 小時重型車輛禁行。

4.5 調(diào)整施工工序

根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，礦機(jī)站主體結(jié)構(gòu)中板澆筑完成后各項監(jiān)測數(shù)據(jù)趨于穩(wěn)定，變形速率較小，故我部加快底板與中板施工。具體工序安排如下：①每個施工段土方開挖需保證上一施工段底板施工完畢，中板施工緊跟底板施工，在上一段中板澆筑完成時保證下一段底板土方開挖完畢。②每一施工段每日土方開挖量V=每施工段剩余土方量/（上一施工段底板施工結(jié)束時間+上上一段中板施工完成時間點）。③考慮到施工段劃分長度不一，防止個別施工段因長度較長導(dǎo)致開挖時間較長，而引起施工現(xiàn)場窩工，故在施工主體結(jié)構(gòu)中板完成后與施工段土方開挖未結(jié)束之間穿插施工礦機(jī)站主體結(jié)構(gòu)頂板。

4.6 其他安全技術(shù)保證措施

①為時時掌握基坑變形情況，在原設(shè)計要求的基礎(chǔ)上，對鋼支撐軸力計進(jìn)行加密，對軸力損失的，及時進(jìn)行補(bǔ)力處理，確保鋼支撐安全。②周邊管線定期檢測，與自來水公司、燃?xì)夤窘⒘寺?lián)動機(jī)制，確定每周三次，對自來水、燃?xì)獾裙芫€進(jìn)行檢測，掌握東側(cè)自來水（DN600）管線與西側(cè)中壓燃?xì)夤埽―N400）閥門位置，并加工了開關(guān)閥門的工具，進(jìn)行了試開關(guān)動作，同時制定了應(yīng)急措施。③貫徹好“時空效應(yīng)”理念，加強(qiáng)鋼支撐的管理，切實做到隨挖隨撐，盡量做到主體結(jié)構(gòu)緊跟開挖面，第A-1 段中板澆筑完成且第A 段底板澆筑完畢，第A+1 段開挖才能見底。④加強(qiáng)日常對降水井的保護(hù)，在抽水過程中，及時排查降水井情況，對降水效果不達(dá)標(biāo)的及時進(jìn)行洗井處理，提高降水效果。

5 結(jié)論

以太原地鐵2 號線礦機(jī)站深基坑開挖為工程背景，對該高靈敏度地層基坑開挖引起的地連墻大變形及其原因進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)的變形控制措施。結(jié)果表明：①高靈敏度地層、地下水位和基坑周邊動載是地連墻大變形的主要影響因素。②優(yōu)化基坑開挖施工工藝、基坑周邊車輛限行、合理的堵水方案等措施可有效控制地連墻的變形。所提太原地鐵2 號線一期礦機(jī)站深基坑地連墻變形控制技術(shù)可為太原地鐵1 號線的順利建設(shè)提供技術(shù)支撐。