楊青山

（中鐵十六局集團(tuán)有限公司，北京 100018）

0 前言

隨著城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，超大深基坑工程在我國(guó)各地大量涌現(xiàn)，很多軌道交通工程便涉及超大深基坑施工。圍繞傳統(tǒng)的地鐵車(chē)站基坑主體與附屬結(jié)構(gòu)施工方法進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，這種方法在基坑施工穩(wěn)定性控制方面較為出色，但需要二次破除車(chē)站主體結(jié)構(gòu)，車(chē)站主體結(jié)構(gòu)的防水性能和綜合強(qiáng)度會(huì)受到損傷，同時(shí)較為狹小的施工空間也會(huì)影響模塊化施工和機(jī)械化設(shè)備應(yīng)用，在附屬結(jié)構(gòu)工程和基坑主體工程的雙重制約下，施工組織管理也會(huì)受到負(fù)面影響。

1 工程概況

1.1 站位布置

作為6 號(hào)線工程的中間站，大路村站位于黃金大道和人民東路交叉路口正下方，其附屬結(jié)構(gòu)1 號(hào)出入口暗挖段主要負(fù)責(zé)連接出入口（1A、1B）、安全口（2 號(hào)），具體站位布置如圖1 所示。

圖1 站位布置示意圖

箱型混凝土框架結(jié)構(gòu)的1 號(hào)出入口暗挖段通道凈寬、凈高、覆土厚度分別為6.5m、4.3/5.5m、5.8～7.5m，側(cè)墻、頂板厚度均為600mm，暗挖初支、底板厚度分別為350mm、700mm。1 號(hào)出入口暗挖段存在兩種斷面，包括平頂直墻和弧形頂，平頂直墻斷面形式為D 型，弧形頂斷面形式為A、A’、B、C、E。1 號(hào)出入口暗挖段周邊存在大量管線及建構(gòu)筑物。大路村站主體結(jié)構(gòu)南側(cè)為1 號(hào)出入口暗挖段，整平改造后工程擁有較為開(kāi)闊的場(chǎng)地，1 號(hào)出入口暗挖段側(cè)穿接線橋S207 墩樁基，樁基與暗挖初支存在6.5～12.4m 的凈距。隧道下穿黃金大道及人民東路輔道，存在約5.8～7.5m 的埋深，同時(shí)施工期間存在較大的地面車(chē)流量，圖2 為基坑主體與附屬結(jié)構(gòu)關(guān)系圖[1]。

圖2 基坑主體與附屬結(jié)構(gòu)關(guān)系圖

1.2 工程與水文地質(zhì)

工程周邊以行政辦公及商業(yè)用地為主，市政道路存在于車(chē)站東西兩端，工程整體地勢(shì)具備西高東低特點(diǎn)，擁有條件較好的施工場(chǎng)地，市政管線屬于周邊管線的主要構(gòu)成。工程范圍內(nèi)存在中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖、強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖、素填土等主要地層，中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖層為1 號(hào)出入口暗挖段的基底，存在200kPa 的持力層地基承載力特征值；工程場(chǎng)地包含基巖裂隙水和松散土層孔隙水類(lèi)型，前者存在富水性貧乏、總體透水性差特點(diǎn)，多為承壓水，部分為潛水。后者直接受季節(jié)變化影響，以地下管線滲漏、大氣降水為主要補(bǔ)充，排泄方式以向下滲透到潛水或蒸發(fā)為主，土質(zhì)不均勻的人工填土層可能導(dǎo)致局部隔水，平均地下水水位為2.97m[2]。

2 地鐵車(chē)站基坑主體與附屬結(jié)構(gòu)一體化施工方法

2.1 施工工藝

案例地鐵車(chē)站主站采用蓋挖逆作法進(jìn)行施工，車(chē)站基坑采用明挖順作法進(jìn)行開(kāi)挖施工，采用旋噴樁與鉆孔灌注樁咬合施工的基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)?；谛跈C(jī)成孔進(jìn)行鉆孔樁施工，直徑控制為1200mm，基于三管旋噴方式進(jìn)行旋噴樁施工，直徑、間距分別控制為900mm、1400mm，由C20 混凝土負(fù)責(zé)樁間填充，圖3 為一體化施工基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)[3]。

圖3 一體化施工基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)

2.2 一體化施工方法

地鐵車(chē)站基坑主體與附屬結(jié)構(gòu)一體化施工中，以1 號(hào)出入口暗挖段為例，案例工程采用了CD 法與CRD 法進(jìn)行施工，CD 法施工流程可細(xì)分為四個(gè)步驟：第一，在拱部?jī)蓚?cè)打設(shè)管棚，規(guī)格為φ108，基于超前預(yù)注漿加固開(kāi)展地層處理，選用φ42 規(guī)格的超前小導(dǎo)管進(jìn)行臺(tái)階法施工，同時(shí)通過(guò)用鎖腳錨管加固墻腳；第二，對(duì)1 號(hào)出入口暗挖段左洞室進(jìn)行開(kāi)挖，開(kāi)挖順序?yàn)橹胁?、下部、上部，用鎖腳錨管加固墻腳；第三，分級(jí)開(kāi)挖暗挖段右洞室，初期支護(hù)施工需同時(shí)開(kāi)展，鎖腳錨管加固墻腳；第四，初期支護(hù)背后注漿，分段拆除臨時(shí)支撐，具體施工需要以監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為依據(jù)，每次最大拆除長(zhǎng)度需嚴(yán)格控制，具體需控制在8m 內(nèi)。二次襯砌施工圍繞底部防水層、邊墻（底部、下部）依次開(kāi)展，嚴(yán)格預(yù)留防水板及鋼筋接頭；開(kāi)展防水層施工，涉及拱部、邊墻，二次襯砌施工需隨之開(kāi)展，完成背后注漿后的施工需要保證該結(jié)構(gòu)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求。

1 號(hào)出入口暗挖段的CRD 法施工流程可細(xì)分為四個(gè)步驟：第一，完成出入口主體結(jié)構(gòu)后，在拱部?jī)蓚?cè)打設(shè)管棚，規(guī)格為φ108，基于超前預(yù)注漿加固開(kāi)展地層處理，選用φ42 規(guī)格的超前小導(dǎo)管進(jìn)行CRD 法施工，開(kāi)挖左上洞室的過(guò)程中需做好初期支護(hù)，加固墻腳；第二，開(kāi)挖暗挖段洞室并初期支護(hù)，順序?yàn)樽笙隆⒂疑?、右下，加固墻腳；第三，初期支護(hù)背后注漿，底部防水層施工需要在臨時(shí)支撐不拆穿的前提下開(kāi)展，隨之開(kāi)展邊墻二次襯砌，包括底部、下部邊墻，應(yīng)預(yù)留防水板及鋼筋接頭；第四，在拆除水平臨時(shí)仰拱的過(guò)程中，需采用分小段拆除方法，同時(shí)需要以監(jiān)測(cè)結(jié)果作為依據(jù)，跳格法用于邊墻、拱部防水層施工，二次襯砌施工也采用相同方法。結(jié)構(gòu)的豎向支撐需要在其封閉成環(huán)后拆除，二次襯砌背后注漿屬于最終環(huán)節(jié)，圖5 為CRD法施工示意圖。

圖4 CRD 法施工示意圖

基于上述CD 法與CRD 法的施工流程進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，在地鐵車(chē)站基坑主體施工的過(guò)程中，可依托CD 法與CRD 法開(kāi)展地鐵車(chē)站基坑主體與附屬結(jié)構(gòu)一體化施工。在地鐵車(chē)站基坑明挖區(qū)封頂后，1 號(hào)出入口暗挖段即可開(kāi)始施工。

2.3 施工質(zhì)量控制點(diǎn)

為保證地鐵車(chē)站基坑主體與附屬結(jié)構(gòu)一體化施工質(zhì)量，施工單位基于工程實(shí)際鎖定了主要質(zhì)量控制點(diǎn)，包括侵入襯砌界線的侵入襯砌界線、回填不實(shí)的隧道拱背、隧道滲漏水、仰拱基底處理不當(dāng)、二次襯砌表觀效果不佳等，其中二次襯砌表觀效果不佳可細(xì)分為空洞、裂縫、錯(cuò)臺(tái)、缺棱掉角、露筋、孔洞、麻面、蜂窩等。以地鐵車(chē)站基坑主體與附屬結(jié)構(gòu)一體化施工不當(dāng)引起的隧道滲漏水為例，該施工質(zhì)量問(wèn)題的出現(xiàn)源于防水層破壞、混凝土沉降縫與施工縫處理不當(dāng)、施工未嚴(yán)格遵循工藝要求、存在振搗不密實(shí)的混凝土。為規(guī)避隧道滲漏水問(wèn)題，施工過(guò)程中需保證防排水設(shè)施按照設(shè)計(jì)要求嚴(yán)格建設(shè)，原材料質(zhì)量和規(guī)格也需要得到控制，防排水設(shè)施的幾何尺寸穩(wěn)定同樣極為關(guān)鍵，防排水設(shè)施在混凝土灌注時(shí)需保證位置正確，不得出現(xiàn)破損等問(wèn)題；在洞身防水層施工前，需修整處理支護(hù)表面，避免戳破防水層的問(wèn)題出現(xiàn)。需基于一定松尺度預(yù)留掛設(shè)防水板，并做好對(duì)防水板的防護(hù)，矮邊墻基礎(chǔ)上的防水板在拱部鋼筋頭割除施工中需開(kāi)展防燒保護(hù)處理，同時(shí)防水板不得在襯砌鋼筋綁扎環(huán)節(jié)被破壞，防水板在襯砌混凝土內(nèi)鋼筋焊接時(shí)應(yīng)由背板遮擋，避免燒壞問(wèn)題出現(xiàn)。二次襯砌混凝土灌注過(guò)程中，防水板不得與振搗棒出現(xiàn)接觸，以此更好規(guī)避損失問(wèn)題。此外，還需要遵循因地制宜原則開(kāi)展防滲漏施工，搗固密實(shí)襯砌混凝土，止水帶、止水條需做到規(guī)范安裝，排水盲管應(yīng)按設(shè)計(jì)要求埋設(shè)，防水劑的摻量同樣需要嚴(yán)格控制，襯砌混凝土在洞口100 范圍內(nèi)需要開(kāi)展至少14d 的灑水養(yǎng)護(hù)。

3 有限差分?jǐn)?shù)值模擬

3.1 模擬路徑

基于以往工程經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)計(jì)算可以發(fā)現(xiàn)，基坑開(kāi)挖影響寬度一般為3～4倍深度，影響深度約為2～4 倍開(kāi)挖深度，因此研究選擇固定邊界作為位移邊界。由于施工前已開(kāi)展降水處理，因此可不考慮地下水影響，結(jié)合地鐵車(chē)站基坑外側(cè)的止水帷幕，不考慮地下水滲流影響。選擇庫(kù)倫－摩爾模型，結(jié)合巖土體模型物理力學(xué)參數(shù)與支護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)，即可開(kāi)展施工工序模擬。首先基于傳統(tǒng)施工方法進(jìn)行模擬，在此基礎(chǔ)上開(kāi)展一體化施工優(yōu)化，需調(diào)整開(kāi)挖工序。

3.2 結(jié)果分析

對(duì)比模擬與監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，樁頂變形及地表位移隨開(kāi)挖深度增大而出現(xiàn)波動(dòng)性變化，模擬數(shù)據(jù)與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)存在基本一致的變化趨勢(shì)。具體開(kāi)挖中，模擬與監(jiān)測(cè)存在約1mm 的最大地表位移差值，同時(shí)存在約4mm 的樁頂變形最大差值，差值總體上不大?；跀?shù)值差異和變化趨勢(shì)分析，可確定模擬分析能夠?qū)?shí)際圍護(hù)樁和地表位移變形特性進(jìn)行反映。開(kāi)展地表沉降分析可以發(fā)現(xiàn)，基坑開(kāi)挖面附近分布屬于主要沉降區(qū)，坑底開(kāi)挖面為主要的地層隆起區(qū)，開(kāi)展穩(wěn)定性分析能夠確定，完成開(kāi)挖后存在小于警戒值的地表沉降值和地層隆起，處于穩(wěn)定狀態(tài)。進(jìn)一步分析原方案施工和一體化施工能夠發(fā)現(xiàn)，在不斷增加的開(kāi)挖深度影響下，二者對(duì)應(yīng)的地表沉降差距不斷拉大，由于一體化施工具備更為顯著的土方開(kāi)挖卸載效應(yīng)，因此其最大沉降增量為2mm 左右，優(yōu)勢(shì)明顯；進(jìn)一步開(kāi)展圍護(hù)樁變形分析，可以發(fā)現(xiàn)開(kāi)挖完成時(shí)一體化施工過(guò)程中各位置圍護(hù)樁存在基本相同的變形模式，樁體中部位置出現(xiàn)最大位移，底部及頂部存在較小變形。圍繞變形數(shù)值進(jìn)行分析可發(fā)現(xiàn)。為明確傳統(tǒng)開(kāi)挖方案與一體化施工方法對(duì)圍護(hù)樁變形影響的差異，開(kāi)展進(jìn)一步對(duì)比分析，能夠發(fā)現(xiàn)開(kāi)挖完成時(shí)存在基本相同的圍護(hù)樁變形模式，一體化施工存在一定處于可控范圍內(nèi)的圍護(hù)樁水平變形增量?？偟膩?lái)說(shuō)，地鐵車(chē)站基坑主體與附屬結(jié)構(gòu)一體化施工具備一定可行性，但對(duì)施工安全、質(zhì)量、進(jìn)度控制提出了更高要求，高水平的一體化施工能夠帶來(lái)更好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

總的來(lái)說(shuō)，本文研究的地鐵車(chē)站基坑主體與附屬結(jié)構(gòu)一體化施工屬于一種新型施工方法，該方法需開(kāi)展基坑主體與附屬結(jié)構(gòu)出站口圍護(hù)結(jié)構(gòu)的同步施工，且施工主體與附屬結(jié)構(gòu)需要在基坑局部范圍內(nèi)同時(shí)進(jìn)行，可保證基坑主體與附屬結(jié)構(gòu)同步成型，擁有同步施工部署、施工工藝先進(jìn)、施工組織高效等優(yōu)點(diǎn)。但值得注意的是，地鐵車(chē)站基坑主體與附屬結(jié)構(gòu)一體化施工很可能出現(xiàn)基坑隆起問(wèn)題，這源于一次性開(kāi)挖和土體卸載帶來(lái)的較大環(huán)境影響，相較于一般開(kāi)挖基坑，這種施工方法的影響范圍更大，周邊地層、基坑主體及附屬結(jié)構(gòu)均可能出現(xiàn)較大變形，因此具體應(yīng)用前必須開(kāi)展針對(duì)性的現(xiàn)行研究和模擬。

4 結(jié)論

綜上所述，地鐵車(chē)站基坑主體與附屬結(jié)構(gòu)一體化施工具備較高推廣前景。在此基礎(chǔ)上，本文涉及的施工質(zhì)量控制點(diǎn)等內(nèi)容，則直觀展示了一體化施工要點(diǎn)。為更好滿(mǎn)足地鐵工程建設(shè)需要，一體化施工模擬的科學(xué)開(kāi)展、新型材料與設(shè)備的積極應(yīng)用同樣需要得到重視。