地铁车站超深基坑支护体系优化与地下连续墙施工难点控制

1、 地铁车站超深基坑支护体系优化与地下连续墙施工难点控制摘要：结合某地铁车站超深基坑与地下连续墙工程实践，利用有限元优化深基坑的地下连续墙加内支撑的支护体系，计算分析表明，方案优化后基坑支护结构的变形、内力以及对周边建构筑物的影响均在规范允许范围内。针对超深基坑具有富水粉细砂层、承压水位高等工程水文地质特点，提出了深基坑降排水措施与超深地下连续墙施工难点控制技术。研究成果可为类似基坑围护结构设计提供借鉴与参考。关键词： 地铁车站；超深基坑；支护体系优化；地下连续墙abstract: combined with a metro station is the deep foundation pit

2、and underground continuous wall engineering practice, the finite element optimization deep foundation pit of underground continuous wall of the support system with interior support, calculation shows that the scheme optimization of foundation pit supporting structure and internal force and deformati

3、on of structures are built around the influence of the regulations permit range. focused on the deep foundation pit has rich water layer silty sand, confined water level higher engineering hydrological geology characteristics, puts forward the measures of deep foundation pit draining and the deep un

4、derground continuous wall construction difficulties control technology. research results for similar pit enclosure structure can offer reference for design.key words: the subway station; the deep foundation pit; supporting system optimization; underground continuous wall中图分类号： u231+.4 文献标识码：文章编号：1引言

5、随着城市地铁建设的迅速发展，紧邻密集建筑物、软弱富水地层、超深、高风险等复杂条件下深基坑工程愈来愈多1，使得深基坑工程问题成为我国建筑工程界的热点与难点问题，岩土工程界也面临前所未有的机遇与挑战2-3。本文结合某市复杂条件下地铁车站超深基坑工程实践，采用有限元优化超深基坑支撑体系3-4，在综合众多基坑开挖深、地质复杂等地下连续墙工程实践，提出了富水粉细砂层超深地下连续墙施工过程难点控制及相应的处理措施，研究结论为类似工程时间提供借鉴与参考。2工程概况车站地下结构为三层，东西向长260m，宽约30m60m，南北向长220m，宽约30m46m，标准段开挖深度为28.52m。车站地处长江级阶地，地面

6、高程为2022m。表层为松散的人工填土，局部分布有淤泥；天然沉积土层的上部为全新统冲积相的可软塑状态的粘性土，软流塑的淤泥质粉质粘土、粉砂、粉土粉质粘土互层；中部为稍密中密的粉细砂，中密密实状态的细纱、厚度不等中粗砂夹砾卵石；下部为白垩下第三系东湖群的砂砾岩、泥质粉砂岩。场地周边地下水主要类型有上层滞水、孔隙承压水和基岩裂隙水，其中以覆盖层中孔隙承压水对工程的影响最为突出。综合上述工程概况，可见车站基坑开挖深度、地连墙开槽深度之大在国内已建同类工程中亦不多见，且地质条件复杂，周边建筑物众多，地下管网交织，基坑安全等级为一级。3深基坑支撑体系优化3.1设计方案计算分析基坑围护结构设计为地下连续墙

7、+内支撑结构。地下连续墙厚度1200mm，地下连续墙插入强风化砂砾岩（15-1）或中风化泥质粉砂岩（15a-2）深度不少5.0m。内支撑为八道（最后一道为换撑），其中标准段分别有混凝土支撑（b×h=400×600）四道、609 钢管支撑四道。沿基坑东西向的南侧有一外挂站厅结构（上部为市政污水箱涵），拟开挖的基坑宽度14.11m、深度13.51m，基坑南侧采用厚度800mm地下连续墙，墙体深度插入粉细砂（4-1）不少于2.0m，采用二道609 钢管支撑。围护与主体结构采用复合墙连接方式，产站主体设全外包防水层。首先对设计方案（以围护结构1-1 横剖面为例）计算分析。将主体基坑

8、地连墙分别标注为1、2 号墙（见图1），设置的计算工况如下：图1断面计算模型计算分析表明1-1 断面的1、2 号墙在开挖过程中的水平位移变化规律： 1 号墙水平位移随着开挖进程逐步向基坑内发展（初始水平位移受到外挂站厅、污水箱涵基坑开挖的影响），而2 号墙始终向基坑内发展的，且最大水平位移在开挖深度达到22.1m 时超过40mm； 2 号墙拆除第7 道支撑时，墙体最大水平位移已达到近60.0mm，因而使得换撑作用已不复存在； 地连墙深度46.0m 以下水平位移很小，说明地连墙的嵌固深度是可以满足要求的。图2展示了不同开挖深度时2 号墙外地面沉陷分布，可见随开挖深度增大，地面沉陷位移量也持续增大

9、，当开挖深度达到26.1m 时，地面沉陷达45.2mm。图6 1-1断面2号墙外地面沉陷根据建筑基坑工程监测技术规范的规定，变形控制要求为5-6：地下连续墙围护结构水平位移不大于0.15%h（h 为开挖深度），且不大于40mm，墙顶水平位移不大于30mm；环境地面沉陷不大于0.15%h，即不大于42.78mm；外挂站厅结构（包括市政污水箱涵）最大水平位移不大于10mm。由图2可见，当开挖深度达到26.1m 之后，地面沉陷最大值已超过预警值（42.78mm），基坑及周边建筑物稳定性无法得到有效保证，因此有必要优化深基坑支撑体系。3.2支护体系优化由于外挂站厅地基为（3-3）淤泥质粘土，在主体基坑

10、开挖过程中会产生较大的水平位移，因此考虑首先应对外挂站厅地基采用600、桩间距2.2m、桩长11.0m的 c30砼灌注桩进行加固。然后，针对原有内支撑设计，考虑到安全控制、且便于施工的目的，对原有设计方案调整采用下面的优化方案：第二道砼横撑下降1.0m；剔除第三道钢管横撑；第四道钢管横撑上抬1.0m；第五道砼横撑改为钢管横撑；剔除换撑（第八道钢管横撑）。（1）墙身水平位移与墙身内力开挖深度为26.1m时，不同内支撑优化方案与原设计方案的1、2 号墙的墙体水平位移、墙身弯矩的计算分析表明：内支撑优化方案二所显示的1、2 号墙的墙体水平位移均控制在26mm 以内；内支撑优化方案二对1、2 号墙的墙

11、身弯矩有显著的改善作用。1号墙墙身15.0m 34.0m 范围内的最大弯矩内力减少约30%40%，2 号墙墙身15.0m34.0m 范围内的最大弯矩内力减少约40%50%。这有利于墙身变形时对其裂缝的控制。由此可见，基于墙身水平位移与墙身内力的比较说明内支撑优化方案二显著优于原设计方案。（2）墙顶水平位移优化方案下墙顶水平位移随开挖深度的变化，在挖深小于14.0m 时，1 号墙墙顶水平位移随挖深的增加而增加，之后则是随挖深增加而减小。而2 号墙墙顶水平位移则正好相反，在开挖结束时达到最大，但均未超出规范预警值。（3）墙外地面沉陷开挖深度为26.1m和设置地下主体结构底板、并拆除第6 道钢管支撑

12、后2号墙外地面沉陷的比较结果显示：内支撑优化方案一能较好的控制墙外地面沉陷满足小于42.78mm 的要求，而原设计方案所产生的墙外地面沉陷远超出设计要求；就墙外地面沉陷的影响范围和最大沉陷中心位置比较而言，优化方案优于原设计方案。由此可见，基于墙外地面沉陷的比较说明内支撑优化方案显著优于原设计方案。3超深地下连续墙施工难点控制由于车站地连墙成槽深度达50m左右，依次穿越淤泥、淤泥质粘土、粉质粘土夹粉土、粉砂、粉土、粉细砂等软弱富水土层，基坑周边建筑物及管线众多，施工技术难度极大。3.1软弱地层超深地连墙施工技术1、超深地连墙槽壁稳定性与成槽质量控制地连墙穿越一系列软弱富水土层，其中（3-3）淤

13、泥质土层，呈流塑状态，分布厚度2.419.5m，对地连墙成槽槽壁稳定性最为不利，成槽过程中易出现缩颈、塌孔，因此，软弱土层超深地连墙槽壁稳定是关键，成槽质量控制是过程。控制泥浆指标、确保泥浆质量泥浆的好坏又决定了槽壁的稳定性能，从控制泥浆的物理力学指标来保证槽段土体的稳定成槽时，选用粘度大，失水量小，形成护壁泥皮薄而韧性强的优质泥浆，确保槽段在成槽机械反复上下运动过程中土壁稳定，通过理论计算来确定和控制泥浆的各项指标。同时，要注意对泥浆进行循环利用。采取地下墙预降水措施（3-5）和（4）土层水的渗透系数相当大，在动水作用下土体很容易发生蠕变或坍方现象，如单纯采用泥浆是无法满足成槽护壁要求的。因

14、此在地下连续墙施工前采取井点降水方案，将地下水降至地面以下一定深度，通过降水，一方面抬高了泥浆液面和地下水头的压力差，增加了槽段的稳定，另一方面固结砂质粉土层，保证该层土在成槽中的稳定。软弱土层槽壁两侧土体预加固地连墙施工前采用水泥三轴搅拌桩或旋喷桩对槽壁内外两侧软弱土体进行超前预加固，加固深度要穿过流塑软土层，进入淤泥质粘土层以下不小于1m。其他常规措施施工中防止泥浆漏失并及时补浆，始终维持稳定槽段所必须的液位高度，保证泥浆液面比地下水位高6m；雨天地下水位上升时应及时加大泥浆比重和粘度，雨量较大时暂停挖槽，并封盖槽口施工过程中严格控制地面的重载，不使土壁受到施工附近荷载作用影响而造成土壁塌

15、方，确保墙身的光洁度；成槽结束后进行泥浆置换，吊放钢筋笼、放置导管等工作，安放钢筋笼应做到稳、准、平，防止因钢筋笼上下移动而引起槽壁坍方。2、超深富水地连墙槽段间防渗技术基坑开挖过程中发生地下墙接缝因夹泥而发生流砂涌入或承压水涌入，将会造成灾难性的后果，因此防止基坑开挖过程中地连墙接缝渗漏水是超深基坑开挖安全保证的关键。设计地连墙接头采用“+”字钢板接头。在砂性土地层中，地下墙接头采用“十”字钢板接头形式，可以延长地下水的渗流路径，大大增加地下水渗透难度，接头防渗效果好，确保地下连续墙的密实性，避免在基坑开挖过程中出现渗漏。由于本工程砂层中孔隙承压水承压水头高，水量丰富，一旦地连墙槽段接缝止水

16、失效，开挖过程中有可能被高压水击穿，发生突水、流砂现象，对基坑稳定不利，不利于周边高层建筑物，综合考虑香港路站的重要性，为防止地连墙接头处突水、流砂，在接缝处外侧预埋pvc管，施工过程中若发现渗漏，应立即进行高压旋喷，保障基坑与周边建筑物安全。十字钢板加工制作较为繁重，含钢量较大，成本高，制作时需考虑热应变，接头内不能预埋水平接头构件，因此在制作施工过程中还要注意：十字钢板制作完成后与钢筋笼焊接练成整体。一般情况下，地连墙主筋保护层厚度为50、70mn，故混凝土灌注时可能会产生绕流，故需在一期槽段翼板两侧焊接止浆铁皮，防止绕流混凝土进入十字钢内，给二期槽段造成困难。由于钢板的重量较重，因此在起

17、吊过程中，要特别注意它的起吊安全，尤其是连接幅施工时，由于两边不对称，更要注意。字钢板接头处理：对于附在十字钢板上的泥皮，在二期槽段钢筋笼下放前一定要清除干净，具体办法是用特殊的刷壁器沿十字钢紧贴字板部位慢慢冲刷，直至刷壁器出槽不夹带泥迹为止。3、地连墙钢筋笼吊装控制近50m深地连墙单幅槽段钢筋笼重量加止水钢板的重量约50吨，如此重的钢筋笼对起吊设备要求和工艺要求很高，必须要编制专项施工方案。由于150吨吊车无法满足整幅吊装的需要，因此，建议现场配备150t履带吊作为主吊、100t作为副吊进行双机多点抬吊。50m深地下墙钢筋笼分两节吊装，采用接驳器连接，相邻接头按规范要求错开7。在钢筋笼吊放前

18、要再次复核导墙上支点的标高，精确计算吊筋长度，确保误差在允许范围内。钢筋笼吊放示意图如图2所示。图2钢筋笼吊放示意图4、超深地下墙施工中沉渣控制问题超深地下墙施工过程中，因各道工序时间都比较长，在完成扫孔、清孔等工序后，在放钢筋笼、锁口管等工序至浇灌混凝土前这段时间中，悬浮在泥浆中的土块又会沉淀到槽底部形成沉渣，因此可采取以下措施：加强沉渣清除力度：在完成成槽后停置l小时再先进行第一扫孔，使悬浮在泥浆中土块能充分沉淀，扫清沉渣，完成清孔后测量沉渣厚度，如不满足要求则再次进行第二次扫孔，确保沉渣清除干净。后期处理措施：在钢筋笼内预埋两根注浆管，在完成地下墙施工后，在注浆管内进行单液注浆，加固槽底可能存在沉渣，减少地下墙发生的沉降。3.3 基坑降排水控制在砂性土地基开挖基坑，特别是存在承压水层，地下水的控制处理是基坑工程成败的关键。目前基坑工程施工中对地下水处