汪 健 王 波 王世君

（廣州地鐵設(shè)計(jì)研究院股份有限公司）

1 工程概況

1.1 車(chē)站概況

兒童公園站為寧波軌道交通3、4 號(hào)線(xiàn)換乘車(chē)站，兩站“T”型換乘。其中3 號(hào)線(xiàn)車(chē)站位于下方，4 號(hào)線(xiàn)在位于上方，兩線(xiàn)車(chē)站同期實(shí)施。3 號(hào)線(xiàn)車(chē)站為地下三層車(chē)站，位于興寧路與中興路路口西北側(cè)，主體大部分位于兒童公園內(nèi)，車(chē)站西側(cè)為現(xiàn)狀中興路。4 號(hào)線(xiàn)車(chē)站沿興寧路北側(cè)布置，為地下兩層車(chē)站，車(chē)站在東北限設(shè)置3、4 號(hào)線(xiàn)聯(lián)絡(luò)線(xiàn)，聯(lián)絡(luò)線(xiàn)位于現(xiàn)狀兒童公園內(nèi)（見(jiàn)圖1）。

圖1 兒童公園站車(chē)站總平面圖

3 號(hào)線(xiàn)兒童公園站站長(zhǎng)302m，標(biāo)準(zhǔn)段寬23.1m。車(chē)站圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用地下連續(xù)墻+內(nèi)支撐體系，明挖順作法施工。

1.2 工程地質(zhì)與水文地質(zhì)

勘察揭示：擬建場(chǎng)地地層均為第四紀(jì)沉積地層。在地面以下85m 深度范圍內(nèi)地層除①1 層屬近代形成外，①2、①3、②、③層為全新世Q4地層，⑤、⑥、⑦、⑧層為晚更新世Q3地層，⑨層為中更新世Q2地層（見(jiàn)圖2）。整套地層主要由粘性土、淤泥質(zhì)土、粉性土、深層的砂土組成，地層分布規(guī)律較復(fù)雜。

圖2 兒童公園站地質(zhì)縱剖面圖

對(duì)3 號(hào)線(xiàn)車(chē)站主體基坑影響較大的主要是I2層孔隙承壓水，I2層孔隙承壓水賦存于⑧1層粉細(xì)砂中，滲透系數(shù)約10-2㎝/s，透水性屬中等，水量豐富，單井開(kāi)采量200～1000m3/d，系市區(qū)地下水主要開(kāi)采層之一，水溫為19.5～20.0℃，水質(zhì)為微咸水。⑧1層粉細(xì)砂：灰色，廣泛分布，層位起伏相對(duì)較大，層頂埋深47.0～53.0m，層頂標(biāo)高-49.76～-43.85m，厚度約為18～29m。密實(shí)狀態(tài)，具中～低壓縮性。標(biāo)貫擊數(shù)N 實(shí)測(cè)平均值為55.0，重型動(dòng)力觸探擊數(shù)N63.5實(shí)測(cè)平均值為19.3。

表1 地層物理力學(xué)參數(shù)

2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)總體方案的選擇

3 號(hào)線(xiàn)兒童公園站為地下三層車(chē)站，受仇畢站～兒童公園站區(qū)間下穿甬臺(tái)溫鐵路樁基標(biāo)高控制，車(chē)站開(kāi)挖深度較一般地下三層車(chē)站深約2～3m，標(biāo)準(zhǔn)段深度達(dá)到26.41m，端頭井深度達(dá)到28.47m，屬于軟土地區(qū)超深基坑。根據(jù)地勘資料計(jì)算，⑧1層粉細(xì)砂承壓水安全系數(shù)約為0.85，抗承壓水系數(shù)不滿(mǎn)足規(guī)范要求。該層承壓水透水性屬中等，水量豐富，降水對(duì)周邊環(huán)境影響大，目前寧波地區(qū)尚未有降該層承壓水的案例?？紤]到中興路西側(cè)丹鳳社區(qū)（60 余幢），中塘河以北的朱雀社區(qū)、寧東家園等（120 余幢）建筑樓建造年代較久，結(jié)構(gòu)安全等級(jí)低、結(jié)構(gòu)質(zhì)量差。⑧1層降水影響范圍大，根據(jù)寧波已有的經(jīng)驗(yàn)，不能采用降水的方案處理。經(jīng)過(guò)方案比選及專(zhuān)家論證，最后確定了加深地墻隔斷承壓水的處理方案。采用寶峨BCS40 雙輪銑槽機(jī)成槽，地下連續(xù)墻深76～77m，其中三幅試驗(yàn)幅成槽深度已達(dá)到110m（見(jiàn)圖3）。

圖3 兒童公園站超深地墻分布圖

3 超深地墻基坑設(shè)計(jì)主要問(wèn)題分析

超深地下連續(xù)墻由于深度大，成槽工藝、接頭形式不同于常規(guī)意義的地墻，其設(shè)計(jì)方法與內(nèi)容亦與普通地墻的設(shè)計(jì)不同。既有工程案例較少，基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)需結(jié)合超深地墻的特點(diǎn)進(jìn)行重點(diǎn)研究。

3.1 成槽工藝選擇

根據(jù)地墻成槽經(jīng)驗(yàn)，采用抓斗成槽，當(dāng)土層標(biāo)貫擊數(shù)超過(guò)30，成槽速度會(huì)急劇下降，當(dāng)標(biāo)貫擊數(shù)超過(guò)50時(shí)，抓斗成槽困難[1]。由于超深地墻需穿透⑧1層（標(biāo)貫擊數(shù)55），正常成槽非常困難，因此地墻成槽需采用銑槽機(jī)。

3 號(hào)線(xiàn)兒童公園站圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用76～77m 深地下連續(xù)墻，一期成槽寬6.6m，二期成槽寬為2.8m（見(jiàn)圖4）。由于槽段太深，為節(jié)省成本，擬采用“抓銑結(jié)合”方式（液壓抓斗+銑槽機(jī)）成槽。一期槽上部25m 深的地層采用抓斗成槽機(jī)開(kāi)孔，之后使用銑槽機(jī)再次從槽頂開(kāi)始銑槽。

圖4 超深地墻分幅示意圖

3.2 槽壁加固設(shè)計(jì)

根據(jù)成槽工效分析，軟土地區(qū)類(lèi)似深度普通地墻一幅成槽時(shí)間約1.5 天[2]，超深地墻（抓銑結(jié)合）一般兩幅地墻（1 幅一期槽段+1 幅二期槽段）成槽時(shí)間需要5天，因此超深地墻在成槽時(shí)間上耗時(shí)較長(zhǎng)，對(duì)槽壁的穩(wěn)定性要求較高。

槽壁加固是保證地墻槽壁穩(wěn)定性最為直接的方式[3]，考慮到成槽時(shí)間較長(zhǎng)，且銑槽機(jī)自身重量較大，為了保證槽段穩(wěn)定性，擬采用槽壁加固保證成槽穩(wěn)定性。地墻兩側(cè)采用φ850@600 三軸攪拌樁加固，形成“夾心餅干”，深度為地面至地面以下15m，并穿過(guò)②2T淤泥淤泥土層。

3.3 地墻接頭選擇

槽段接頭形式是地下連續(xù)墻施工工藝的核心技術(shù)，也是后期施工安全的重要保障。在超深地下連續(xù)墻施工中，頂拔接頭裝置經(jīng)常出現(xiàn)難以拔出或拔斷等情況，設(shè)計(jì)時(shí)需針對(duì)接頭形式進(jìn)行詳細(xì)比選。考慮到墻深度大，采用鎖口管接頭或十字鋼板接頭施工困難，最終確定采用套銑接頭的形式。

接頭套銑即二期槽施工時(shí)將一期槽墻體切削掉30㎝混凝土（根成槽深度及精度確定）（見(jiàn)圖5），露出粗糙的新鮮砼面，這相當(dāng)于在原有的混凝土表面打毛的作用，使得一期槽段和二期槽段能夠緊密接觸[4]。雙輪銑在將一期槽一部分混凝土削除的同時(shí)，將附在一期槽接頭上的泥漿和粘土清除，能有效地減少連續(xù)墻接縫夾泥與因夾泥而導(dǎo)致的滲水。在銑槽機(jī)成槽以后，履帶吊只需滿(mǎn)足純鋼筋籠吊裝，下導(dǎo)管并完成混凝土澆筑，不需要接頭管保養(yǎng)、進(jìn)場(chǎng)及吊裝等其他額外工序。因?yàn)闆](méi)有接頭裝置，施工工藝簡(jiǎn)單，出現(xiàn)事故的幾率很低，接頭施工不受連續(xù)墻深度的影響。

圖5 套銑接頭的選擇

3.4 支護(hù)體系設(shè)計(jì)

3.4.1 支護(hù)方案

3 號(hào)線(xiàn)兒童公園站標(biāo)準(zhǔn)段底板埋深約為26.41m，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用1000mm 厚地下連續(xù)墻+混凝土（第一、三、五道支撐）和鋼管內(nèi)支撐體系（見(jiàn)圖6），連續(xù)墻插入比約為0.91；結(jié)構(gòu)側(cè)墻厚900mm（站廳層厚700mm），頂板厚800mm，底板厚1200mm。南（北）盾構(gòu)端頭井基坑深28.47m（27.71m），采用1200mm 厚地下連續(xù)墻+混凝土（第一、三、五道支撐）和鋼管內(nèi)支撐體系，連續(xù)墻插入比約為0.91；結(jié)構(gòu)側(cè)墻厚1000mm，頂板厚800mm，底板厚1300mm。

圖6 標(biāo)準(zhǔn)段圍護(hù)結(jié)構(gòu)橫剖面圖

為提高基坑支撐系統(tǒng)的安全性，在軟土地區(qū)常規(guī)地下三層車(chē)站基坑第一、五道支撐采用混凝土支撐的基礎(chǔ)上，第三道支撐調(diào)整為混凝土支撐。

由于超深地墻采用套銑接頭，地墻分幅不同于常規(guī)的分幅，較難實(shí)現(xiàn)“一墻兩撐”。為滿(mǎn)足支撐布置的要求，并增強(qiáng)圍墻的整體性，鋼支撐與地下連續(xù)墻之間增加設(shè)置鋼圍檁。

3.4.2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算

基坑安全等級(jí)為一級(jí)，變形保護(hù)等級(jí)為二級(jí)。經(jīng)計(jì)算，標(biāo)準(zhǔn)段圍護(hù)結(jié)構(gòu)最大水平位移44mm（見(jiàn)圖7），滿(mǎn)足規(guī)范要求。

圖7 標(biāo)準(zhǔn)段圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力變形包絡(luò)圖

3.5 地墻檢測(cè)、檢驗(yàn)相關(guān)要求

地墻成槽質(zhì)量檢測(cè)：由于超深地下連續(xù)墻深度大，上部地墻設(shè)有鋼筋籠，下部約22～27m 范圍內(nèi)為素砼，該部分的質(zhì)量也需要檢測(cè)，需設(shè)置相關(guān)的檢測(cè)設(shè)施。為保證超深地墻聲測(cè)管及測(cè)斜管全長(zhǎng)埋設(shè)，下部素混凝土段需適當(dāng)增加部分構(gòu)造鋼筋，設(shè)置數(shù)量按超深地墻總數(shù)的40%控制。為避免聲測(cè)管在混凝土澆筑過(guò)程中變形過(guò)大或堵管，影響地墻完整性檢測(cè)，需增大聲測(cè)管管徑及壁厚，聲測(cè)管管徑由DN50 調(diào)整為DN80、壁厚為4mm 的鍍鋅鋼管。

地墻截水質(zhì)量效果檢驗(yàn)：為檢驗(yàn)超深地墻隔水的可靠性，基坑施工時(shí)，土方正式開(kāi)挖前，需進(jìn)行生產(chǎn)性降水試驗(yàn)，確?？觾?nèi)水位滿(mǎn)足開(kāi)挖要求。通過(guò)坑外水位平面上的變化判斷圍護(hù)結(jié)構(gòu)的完好性；根據(jù)坑內(nèi)地下水回升速度，確定現(xiàn)場(chǎng)備用電源的配置情況及水泵再次出水的間斷時(shí)間。

4 實(shí)施效果分析

4.1 超深地墻對(duì)承壓水控制效果分析

根據(jù)基坑開(kāi)挖過(guò)程中水位監(jiān)測(cè)資料反饋，坑內(nèi)⑧1層粉細(xì)砂承壓水降水過(guò)程中，坑外相應(yīng)觀(guān)測(cè)井水位基本無(wú)變化，表明超深地墻有效地隔斷了坑內(nèi)外承壓水聯(lián)系。

根據(jù)沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)反饋，建筑物最大沉降量?jī)H13.5mm，表明基坑開(kāi)挖過(guò)程中沉降控制非常有效，對(duì)周邊老舊房屋（丹鳳社區(qū)、寧東家園等）起到了很好的保護(hù)，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)要求。

4.2 超深地墻圍護(hù)變形分析

11～19 軸基坑西側(cè)為超深地墻（套銑接頭），東側(cè)為普通地墻（鎖口管接頭），圍護(hù)變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示采用“套銑接頭”超深地墻的圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平變形較采用鎖口管接頭的普通地墻的圍護(hù)結(jié)構(gòu)偏大。同一圍護(hù)橫斷面上CX22（普通地墻側(cè)）測(cè)點(diǎn)最大水平位移49.8mm 與計(jì)算值44mm 接近，但CX6（超深地墻側(cè)）測(cè)點(diǎn)最大水平位移124.2mm（見(jiàn)圖8）。經(jīng)分析，主要有以下兩個(gè)原因：

圖8 地墻水平變形曲線(xiàn)

⑴基坑從上到下圍護(hù)設(shè)置了三道混凝土支撐，且鋼支撐位置設(shè)有鋼圍檁，導(dǎo)致支撐架設(shè)較慢，無(wú)支撐暴露時(shí)間較長(zhǎng)；

⑵地墻采用套銑接頭，幅與幅之間僅靠素混凝土咬合，接頭剛度較小，圍護(hù)整體性較弱。

4.3 支撐體系設(shè)計(jì)優(yōu)化建議

考慮到設(shè)置圍檁后，無(wú)支撐暴露時(shí)間較長(zhǎng)，建議后續(xù)類(lèi)似工程，標(biāo)準(zhǔn)對(duì)撐段支撐體系可以適當(dāng)優(yōu)化。見(jiàn)圖9。

圖9 支撐體系設(shè)計(jì)優(yōu)化

建議優(yōu)化方案一：支撐考慮疏密布置，一期槽段采用“一墻兩撐”，二期槽段采用雙拼鋼支撐，支撐對(duì)稱(chēng)布置于槽段中部。

建議優(yōu)化方案二：一期槽段支撐布置同方案一，二期槽段增加雙拼型鋼圍檁，采用單根鋼支撐對(duì)撐，支撐端部增加八字型鋼斜撐。

隨著城市的發(fā)展，地鐵線(xiàn)路、地下空間開(kāi)發(fā)、城市深隧排水等工程向著更深的深度發(fā)展，因此不可避免地會(huì)出現(xiàn)類(lèi)似的工程，本案例的設(shè)計(jì)方案及施工方法可為類(lèi)似工程建設(shè)提供參考和幫助。本案例的主要結(jié)論及建議如下：

⑴超深地墻方案成熟可靠，在隔斷深層承壓水的應(yīng)用中是成功的，安全性較高，但也存在施工難度大、工期長(zhǎng)、費(fèi)用高等缺點(diǎn)，在方案確定階段需充分論證，慎重選擇。

⑵軟土地區(qū)超深地墻基坑方案設(shè)計(jì)上不同于常規(guī)地下連續(xù)墻基坑，主要表現(xiàn)在成槽工藝、接頭形式、內(nèi)支撐布置等方面的差異，基坑設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮其特點(diǎn)。

⑶超深地墻采用套銑接頭施工工藝簡(jiǎn)單，止水效果可靠性高，但圍護(hù)結(jié)構(gòu)的整體性較采用鎖口管接頭或型鋼接頭的圍護(hù)結(jié)構(gòu)稍弱。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示同等條件下，其變形較采用鎖口管的普通地墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)偏大，圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)建議在圍護(hù)及內(nèi)支撐剛度上適當(dāng)加強(qiáng)。

⑷考慮到鋼圍檁架設(shè)耗費(fèi)時(shí)間較長(zhǎng)，為減少無(wú)支撐暴露時(shí)間，建議后期類(lèi)似工程進(jìn)一步研究對(duì)撐段取消圍檁的可行性。支撐可考慮疏密布置，一期槽段“一幅兩撐”，二期可以采用雙拼鋼支撐或采用單根支撐并改進(jìn)支撐端部形式，并確保二期槽段對(duì)稱(chēng)受力。