地铁车站大跨度深基坑支护技术

.地铁车站大范围深基坑支护技术信息化监测的研究与应用作者：嘉利亨天津第三市政道路项目经理工程有限公司总工程师赵明好天津第三市政道路工程师工程设计丁文兵天津第三市政道路工程师工程设计天津第三市政道路工程有限公司二分公司地铁车站大范围深基坑支护技术研究与应用贾利亨赵明好丁文兵天津第三市政道路工程有限公司二分公司河北天津300113摘要：以天津地铁洪湖里站为例，对柱列式灌注桩内支撑式支撑结构式的设计计算、挖土、支撑架、体系转换、支撑监测等进行了研究与应用介绍。关键词：深基坑支护系统时空效应系统转变信息化监测。一开始近年来，国内建设了北京、上海地铁、地下停车场、地下变电站和污水处理工程等多个大型地下设施，随着深基坑施工规模和深度的增大，深基坑深度不少在10m以下，地铁站的挖掘深度最大接近20m。 大量深基坑工程的出现，促进了设计计算理论的提高和施工技术的发展，通过大量工程实践和科研，逐渐形成了基坑工程这一新兴学科。 在土木工程领域，基坑工程是目前发展最快的学科之一，也是工程实践要求最迫切的学科之一。 基坑工程是正确科学的设计和施工，配合可靠有效的信息监测手段，带来巨大的经济效益和社会效益，对加快工程进度，保护环境发挥重要作用，否则将造成严重后果。 大量的工程实践已经证明了这一点。基坑开挖施工技术一般分为无支护开挖(整地开挖)和有支护开挖两种。 在城市中心地带，建筑物密集的地区往往只能在支护结构的保护下垂直挖掘。 对支护结构的要求，重要的是在建筑物和地下管线密集的地区保护周围环境，对支护结构进行精心的设计和施工，辅助确保基坑安全所需的监视手段。基坑开挖是基坑工程的重要内容。 土工钻井不仅影响工期、制造成本，还影响支护结构的安全和变形，危及周围环境。 因此，必须对大型基坑工程制定详细的施工方案，并运用时空效应理论确定钻井机械、钻箱、钻井顺序、支撑架设方法等。 在软土地区和地下水丰富的地区，土钉支护基坑降水，基坑安全和施工方便，保护环境。施工过程中追踪施工活动，测量周围土体的位移和附近建筑物、地下管线等保护对象的变形和力量，得到的数据与预测值和计算值进行比较，可以准确反映工程施工的影响，更准确地以量反映其影响程度。 地下工程由于地质条件、荷载条件、施工方法和其他因素的复杂影响，难以简单地理论预测工程中可能遇到的问题，理论预测值不能全面、准确地反映工程的各种变化。 因此，有必要在理论分析指导下有计划地进行现场工程信息的检查。2工程概况天津地铁洪湖里站是天津市地铁一号线工程的一部分，是既有地铁线路天津西站站向北延伸新建站，站体结构全长175.3m，单层长66.0m，宽19.9m，双层长109.3m，最宽30.3m，站设南北两条通风道，4个出入口车站通过的地区是滨海平原，地形平坦，房屋密集，周围的地下管线很多。 本地层主要为第四系统的全新人工填土(Qh )、上陆相层(Q3h )、第一海相层(Q2h )、中部上陆相层(Q1h )和更新系统海陆交替堆积层(Qp )。 本工程的地下水类型为第四系的空隙潜水，主要赋予粘性土和砂类土。 地下水埋深为0.92.6m (海拔1.12.8m )，水位宽度为1.02.0m。车站坑长177.3m，深12.5m，断面复杂，最宽处达30.7m，为大跨度、变断面、长型深坑(见图1 )。图2是图1坑平面图三基坑支护系统3.1支护方案洪湖里站按明挖顺序施工，采用钻孔灌注桩和水泥搅拌桩复合围护结构，钻孔灌注桩为主要受力结构，钻孔灌注桩直径0.8m，间距1.0m，采用C20钢筋混凝土。 500 350水泥土搅拌桩主要用于止水、抗浸泡。 支撑系统：横向支撑采用62412钢管，水平间隔为3.0m，垂直设置坑深3根的压顶梁为宽0.9m，高1.2m的C20钢筋混凝土梁，腰梁为三销I 36复合截面h字钢。 支柱为4008钢管，柱基为800灌注桩的连接梁为I 36钢。现有方案的支撑模具如图2所示，通过国内的基坑工程的通常做法将层间距离控制在4.5m左右，即，第二层的支撑在第二层的中层板(单层顶板)下，在施工侧壁的期间，需要使第二层的支撑落下，这是因为在侧壁上追加水平施工狭缝， 另外，追加翻倒工序的跨距超过30m的支承，为了提高其承载力，通常设置双排支承柱，跨距设置20m左右的支承柱，设置单排支承柱，支承自由长度控制在10m左右，这严重制约了槽内柱林立、土间挖掘和支承架设速度，与深基坑施工的“快速挖掘、快速支承保护”原则相矛盾工程实施中，我们采取可行的技术措施，采用支撑布局模式如图3所示。 通过合理调整三层支撑海拔，特别是将二层支撑调整到中层板(顶板)上，避免了支撑的更换，实现了侧壁、中层板(顶板)的同时浇注，无障碍施工，减少了水平施工缝隙，提高了结构的整体性和自防水能力。 施工中进行了支撑体系的转换，拆除了支撑柱，实现了底板防水层和底板混凝土的连续施工，减少了渗漏的危险，提高了工程质量。 在工程中确保安全的基础上，将双排支柱改为一排，扩大基坑工作空间，减少障碍，方便土方运输，改善外包防水层防水效果，提高结构基板的连续性和整体性。基坑采用内井点降水。图2原案支撑剖视图图3实施中支撑保护监测剖视图3.2围护结构计算3.2.1支护结构内力计算根据现场地质资料和力学分析和土压的形成过程，围护结构在基坑土方挖至-5.9m，第三层支撑尚未架设，未挖土的-8.6m封底混凝土尚未建造强度的情况下处于最危险的状态。有必要计算以上两种状态。 土压为朗肯式，安全采用水土分配算法。a .从挖土到-5.9m，安装第三层支撑前管理，如图4、图5所示图5负荷图4箱图7负荷图6箱图计算： RB=265.4KN/m； 悬臂轴向力： NB=3RB=796.2KN=79.6t； Mmax=645.3KNm。 最大弯曲距离发生在-4.3m高程。 第二层支撑达到最大轴力。b .开槽管理坑挖至设计沟底标高-8.6m，但封底混凝土为尚未浇筑的强度，如图6、图7所示计算： RC=469.0KN/m； 悬臂轴力： NC=3RC=1407KN=140.7t； Mmax=296.4KNm。最大弯曲距离发生在-8.8m高程。 第三层支撑达到最大轴力。内力统计： Mmax=645.3KNm； NBmax=79.6t； NCmax=140.7t； Qmax=140.7t。3.2.2抗性的稳定性根据抗性稳定性管理，灌注桩土深8.0m，桩实际土深8.8m，符合要求。3.2.3基坑底部隆起稳定性分析基坑的抗隆起稳定性分析具有保证基坑稳定性、控制基坑变形的重要意义，为保证基板不会发生隆起破坏和过大的基板隆起变形，有必要对其进行管理。在管理以往的抗隆起安全系数的式子中，很少同时考虑c、 对于一般粘性土，土体剪切强度应包括c、的因素是显而易见的。 因此，参考Ptandtl和Terzaghi的地基承载力式，以桩底面的平面作为求极限承载力的基准面，工序中采用同时考虑了c的耐隆起计算式1，其折线的形式如图8所示。(1)图8基坑隆起图图9灌注桩配筋图KS是支护墙基础的承载力安全系数。 KsKs=1.2。 计算结果： KS=2.181.2。 所以满足要求。3.2.4灌注桩的配筋计算基坑围护结构承重构件为800混凝土灌注桩，混凝土强度等级C20，配筋形式如图9所示承载力按式(2)、(3)计算弯矩的承载力基准值为M=800KNmMmax=645.3KNm。 所以：满足要求。3.3钢管支撑计算洪湖里站工程基坑宽度达30.7m，为减少支撑长细比，提高承载力，在基坑中间设置支撑柱，方便土方运输，改善了外包防水层的防水效果，提高了结构基板的整体性和连续性，将两排支撑柱改为一排。计算时，采取支撑最不利的受力状态，即双向偏心弯曲状态进行管理。 最大轴力基准值当NC=140.7 t即设计值Nc=168.8t时，62412钢管支撑自由长度允许值为L25.0m。支持架设时，为了减少支持自重对其承载力的影响，要采取事先起拱、设定逆偏心距离等措施。四基坑开挖中的时空效应分析深基坑施工与试验研究表明，基坑开挖工程中各阶段开挖的空间几何尺寸和围护结构开挖部分的无支承暴露时间，与基坑围护桩体和周边地层位移有明显的相关性，反映了基坑开挖过程中时空效应的规律性。 利用时空效应科学制定钻井和支护施工方案，土体自身在钻井中合理利用位移潜力，控制沟周地层位移，达到保护环境的目的，在当前基坑中为控制沟周地层位移改变高价地基加固的做法。 这是安全、经济地解决钻井中稳定和变形问题的发展性新技术途径。洪湖里站基坑开挖以机械挖土为主，辅以人工清沟，遵循“短挖、快支护、严治、勤奋测量、分层次、结合支撑”原则。 首先，取3.6m表层土(至0.0m海拔)，修复土车下沟坡道，再挖0.0m-5.9m海拔范围的土，再用另一个反铲挖第三层土。 挖土过程中的支撑架设必须及时。 基坑支护暴露时间控制在12h以内，在土压力形成前完成支护安装。 基坑开挖每25m一段，挖沟后，在12h内浇筑封底混凝土，确保基坑安全。图10窄槽段挖掘箱图(纵剖面)图11窄槽段挖掘箱图(横剖面)窄槽段采用“中心岛”式钻井方法，在钻井中心岛的同时，同时进行两侧腰梁用人力安装的两步工序，取中心岛土体后，立即架设钢支撑，施加设计值80%的预应力，控制坑的变形。 如图10、图11所示。图12宽槽段挖掘箱图(纵剖面)图13宽槽段挖掘箱图(横剖面)宽沟段组合“两侧岛式”和“中心盆式”开挖，在开挖两个“侧岛”土体的同时，同时进行人力安装两侧腰梁的两个步骤，取出两个“侧岛”土体后，立即架设钢支撑，施加设计值的预应力，控制基坑变形。 如图12、图13所示。实践证明，采用以上钻井方法有效控制周围桩体变形和周围土体滑动，减少基坑无支承暴露时间，合理组织基坑钻井和支承架设两道工程的穿插与配合，对确保基坑安全、保护周围环境有显着效果。5支持系统的转换基坑支撑系统的转换过程如下底板防水灰浆施加了保护层的支承柱的两侧用2208钢管加固基础连结梁，在切除下半部分的支承柱以取代支承柱的作用的支承柱上浇注施加防水层的底板混凝土，在底板上浇注恢复原来的支承柱的第三层支承、2208钢管、基础连结梁、填埋2208钢管的孔的侧壁、中层板(顶板)混凝土支撑体系转换过程应严格按照技术要求，加强基坑监测，保证基坑安全。 实践证明，上述系统转换方法支持转换，减少对基坑的干扰，为后续工程创造工作面和工作空间，提高工程质量，是安全、合理、高效、经济的转换方法。6施工监测地铁洪湖里站位于天津市中心地带，基坑深度达12.5m，受主体结构影响，三层支撑海拔调整幅度较大，施工中监测是确保基坑安全的重要环节。支护结构和周围环境监测主要分为应力监测和变形监测。 应力监测仪采用应变仪、钢筋仪、压力传感器和孔隙水压仪等。 变形监测仪器采用经纬仪、水平仪、倾斜器等。关于施工中的监测项目，详细参照监测项目一览表，测量点的配置如图3所示。选择DK1 612.00、1 659.00、1 684.00截面测量点分析数据，得出以下规律实测值小于理论计算值，支撑内力、桩内力实测值约为理论计算值的85%左右。 原因是计算方法需要更完善的挖土情况和计算模型之间存在差异的计算参数受值和边界条件不安全的监测方法和手段仍需改进的监测数据游离性施工时支撑架设的即时性存在差异的现场装载、车辆行驶、地下水、雨季及其他不确定因素的影响。底面混凝土浇筑后，随着基坑两侧土体再固结稳定，浇筑桩的内力、支撑内力变化趋于平稳和稍微下降。支撑轴力在支撑安装后72小时左右达到最大值，之后开始稍微下降。卸下第三层支撑后，桩内力和第二层支撑轴力增幅不大，约为10%左右。地表下沉达到稳定状态的时间约为半个月左右，但到填土完成为止，下沉还有一些发展。地表下沉量的最大点距坑边缘的距离与坑深度大致相等。水泥搅拌桩断水帷幕止水效果理想时，地下水位变化、基坑回弹容易控制在允许范围内。止水帘漏水量多的地方，或者只有八字角的桩的位移量和地基下沉量可以