中交一公局厦门工程有限公司 中国交建厦门轨道交通2号线总承包部项目部
摘要：城市基坑工程通常处于建筑物、重要地下构筑物和生命线工程的密集区，施工场地紧张、施工条件复杂、工期紧迫，所有这些导致基坑施工难度越来越大，基坑支护质量的好坏直接影响到人们的生命财产安全，控制基坑变形显得尤为重要。本文以厦门地铁2号线马銮中心站为工程背景，通过对基坑变形机理进行分析，提出了临海地铁车站基坑变形的控制方法和技术措施。
关键字：临海 地铁车站 变形控制 技术研究
1前言
基坑工程作为地下工程，所处的地质条件复杂，影响因素众多，人们对岩土力学的了解还不深入，作用在基坑围护结构上的水土压力处于一个动态变化的过程。近几年来，越来越多的城市轨道交通工程在此方面暴露出很大的问题，例如杭州地铁事故、深圳地铁事故等都与基坑变形有关，考虑到基坑具有明显的时空效应，土体所具有的流变性对作用在基坑围护结构上的土压力、土坡的稳定性和围护结构变形都有着很大的影响，为了更好吸取经验教训，本文以厦门轨道交通2号线为工程背景，重点研究临海地铁车站基坑变形控制技术。
2工程背景
厦门市轨道交通2号线马銮中心站位于厦门市海沧区马銮湾海域，为轨道交通2号线和6号线双岛四线平行换乘车站，车站长220m，标准段宽46.6m，盾构接收井宽51.5m，基坑深17.5m，基坑支护采用800mm厚地下连续墙+3道内支撑体系，第一道采用混凝土支撑，第二道及第三道采用Φ609钢支撑，为福建省当前最宽的地铁车站。
3地质水文情况
根据地质勘查和补勘报告，基坑施工范围地层由上向下依次为淤泥、粉质粘土、中粗砂、凝灰熔岩残积粘性土。
地表水及地下水按赋存介质，地下水分三类，赋存于第四系松散岩类孔隙含水岩组，赋存于残积空隙裂隙含水岩组及基岩构造裂隙含水岩组，由于车站紧邻海边，地下水位较高，且存在承压水，水头高度为3.4～4.6米。
4变形原理分析
基坑在开挖过程中实际是基坑开挖面上卸荷的过程，由于卸荷而引起坑底土体产生以向上为主的位移，同时也引起围护墙在两侧压力差的作用下而产生水平向位移和因此而产生的墙外侧土体的位移，可以认为，基坑开挖引起周围地层移动的主要原因是坑底的土体隆起和围护墙的位移。
坑底土体隆起是垂直向卸荷而改变坑底土体原始应力状态的反应。在开挖深度不大时，坑底土体在卸荷之后发生垂直的弹性隆起。当围护墙底下为清孔良好的原质土或注浆加固土体时，围护墙随土体回弹而抬高。坑底弹性隆起的特征是坑底中部隆起最高，而且坑底隆起在开挖停止后很快停止。这种隆起基本不会引起围护墙外侧土体向坑内移动。随着开挖深度增加，基坑内外的土面高差不断加大，当开挖至一定深度，基坑内外土面高差所形成的加载和地面各种超载的作用，就会使围护墙外侧土向基坑内移动，使基坑坑底产生向上的塑性隆起，同时在基坑周围产生较大的塑性区，并引起地面沉降。
墙体变形不仅使墙外侧发生地层损失而引起地面沉降，而且使墙外侧塑性区扩大，因而增大了墙外侧土体向坑内的位移和相应的坑内隆起。因此，同样的地质和埋深条件下，深基坑周围地层变形范围及幅度，因墙体的变形不同而有很大的差别，墙体变形往往是引起周围地层移动的重要原因。
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5变形因素分析
基于上述基坑的变形原理，可见基坑的最终变形受多方面因素的影响，可以将基坑变形的因素分为以下八方面：（1）现场的地质水文条件，例如土体强度、地下水位等;（2）工程的周边环境，如坑边构筑物，高层建筑和超载等；（3）围护结构特性：墙体刚度、支撑刚度和插入深度等；（4）基坑的宽度和深度；（5）基坑开挖过程中，是否及时进行钢支撑架设并施加预应力；（6）坑内是否进行井点降水，水位是否符合规定要求，若地下水位较高，井点降水效果不好，则容易导致在开挖过程中，土质软化导致围护结构变形；（7）基坑开挖至基底后，是否及时进行封底，长时间的暴露，则因坑底土质的流变性将增大墙体被动压力区的土体位移和墙外土体向坑内的位移，由此导致基坑变形；（8）基坑开挖是否充分考虑“时空效应”，若没有按照要求进行分层、分段开挖，会导致基坑应力释放过大，因此导致基坑隆起而产生基坑变形。
6变形控制方法
结合马銮中心站现场实际情况和基坑变形机理，本文重点从地基加固、开挖方法、监控量测、钢支撑架设、施工周期五个方面进行控制。
6.1地基加固
根据地质勘察报告及补勘报告，马銮中心站范围存在砂层及淤泥层不良地质，由于地处马銮湾海域，其地下水位较高，为了保证在开挖过程中不良地质和地下水的影响，本站采用坑内井点降水+盾构井坑外三轴加固进行地基加固方式。
6.1.1坑内井点降水
基坑在开挖过程中受到周围土体、地表荷载和坑底承压水的浮托力等各种荷载的作用，往往产生一定的变形和位移，若坑内长期处于地下水淹没的状态下，土体强度降低，特别是对于本站在富水砂层中进行施工，风险更大。为了保证开挖面的干燥，提高地基土的抗剪强度及降低坑内承压水头，本工程采用坑内井点降水进行改善土质。
6.1.2盾构井坑外三轴加固
马銮中心站为盾构接受车站，盾构井宽51.5m，为了保证盾构机刀盘能够顺利穿过地下连续墙围护结构，根据设计图纸，在轨道交通2号线和6号线范围采用玻璃纤维筋地下连续墙，共计32m宽。由于施工工艺原因和玻璃纤维筋自身的特点，墙体刚度往往达不到预想的效果，为了预防盾构井开挖过程中墙外侧的水土压力对玻璃纤维地下连续墙造成破坏而导致基坑变形，本站在盾构井坑外采用三轴加固的方式以改善坑外土质。
6.2开挖方法
马銮中心站基坑长220m，标准段宽46.6m，盾构井宽51.5m，为了保证开挖过程中充分考虑“时空效应”，利用土体结构的空间作业，减小围护墙被动压力区的压力和变形，本工程采用分段、分段后退式开挖。这样不仅有利于减小各道支撑安装时的墙体先期变形，还可以提高基坑抗隆起的安全系数。
6.3钢支撑架设
及时架设钢支撑并设计预应力，可以增加墙外侧主动压力区的土体水平应力，而减小开挖面以下墙内侧被动压力区的土体水平应力，从而增加墙内、外侧土体的抗剪强度，提高坑底抗隆起的安全系数，有效地减小墙体变形和周围地表沉降。基于这些因素，本站遵循“分层分段、及时支撑”的原则进行钢支撑架设。
根据以往地铁车站施工经验，预应力施加过后会有一个衰减的过程，即预应力损失，这会影响钢支撑轴力和墙体内外侧土体的水平位移，基于此因素，本站钢支撑预应力采用“分级施加，及时补加”的原则进行预应力施加。
6.4监控量测
为了迅速准确地获得第一手实际观察和量测资料，及时掌握施工过程中出现的各种情况，对可能出现的事故进行防范。本工程采取了以下措施：
（1）编制基坑监控量测专项施工方案，并邀请专家进行论证，按专家论证意见修改后报总监理工程师审批实施；
（2）根据审批的方案合理布置监控量测点，并进行监控量测初始值采集，采集数据报第三方审核；
（3）对监测仪器进行检查和校核，严格按照“三个固定”原则实施，即固定人员，固定仪器，固定测站，避免受外界干扰影响观测精度，严格按精度要求控制各项限差；
6.5施工周期
马銮中心站基坑施工范围土质存在粉质粘土、凝灰熔岩残积粘性土，在此种地质条件下进行基坑开挖，周围土体均达到一定的应力水平，还有部分区域成为塑性区。由于粘性土的流变性，土体在相对稳定的状态下随暴露时间的延长而产生移动是不可避免的，特别是剪应力水平高的部位，如在坑底下墙内被动去和墙底下的土体滑动面，都会因坑底暴露时间过长而产生相当的位移，以致引起地面沉降的增大。
基于上述原因，本工程在开挖至设计标高后，立即组织人员进行基底验槽，合格后立刻施工综合接地和基底垫层，缩短了施工周期，以防基坑变形。
7效果分析
通过采取上述措施，马銮中心站基坑施工过程中，通过监测数据分析，墙体水平位移变形量均在可控的允许范围之内（墙体位移日变形量不超过3mm，累计变形量不超过40mm），满足了本工程基坑施工安全。
8结语
本文以厦门轨道交通2号线马銮中心站为工程背景，通过对基坑变形原理和变形因素进行分析，结合临海地铁车站的地质、水文及周边环境特点，提出了临海地铁车站基坑施工过程中预防基坑变形的技术措施和方法，对于今后在软弱地层中进行基坑施工有着一定的指导意义。
参考文献
[1]厦门轨道交通2号线马銮中心站围护结构设计图.广州：广州地铁设计研究院有限公司.2016年7月.
论文作者:祝勇,林金华
论文发表刊物:《防护工程》2017年第26期
论文发表时间:2018/1/22
标签：基坑论文; 盾构论文; 位移论文; 墙体论文; 工程论文; 车站论文; 底土论文; 《防护工程》2017年第26期论文;