西安地铁四号线五路口站深基坑围护结构施工技术

贠永峰，吴禄源，袁超，王磊

(西安科技大学建筑与土木工程学院，陕西西安710054)

西安地铁四号线五路口站深基坑围护结构施工技术

贠永峰，吴禄源，袁超，王磊

(西安科技大学建筑与土木工程学院，陕西西安710054)

西安地铁四号线五路口站处于工程地质条件较复杂的地段，采用半幅铺盖明挖顺作法施工。其围护结构利用钻孔灌注桩加水平旋喷桩止水，在桩顶部设置冠梁和连系梁。本文阐述了该围护结构的特点、主要施工工艺、施工难点及解决措施、围护结构水平位移和沉降的监测方案。结果显示，桩顶累计水平位移6.7 mm，桩体累计沉降6.6 mm，满足基坑稳定和安全的要求。

围护结构 钻孔灌注桩 旋喷桩 监测

近两年来西安地区地铁工程的建设达到了一个高峰，从2013年至今在建的地铁工程有西安地铁三、四、五、六号线。地铁工程的施工导致城市内出现了大量的基坑工程，而西安地区属于典型的黄土地区。根据地质勘查，车站所在位置主要有人工填土、湿陷性黄土、饱和软黄土等不良地层。与此同时很多车站位于建筑物密集、地下管线复杂，道路狭窄地段。在此地段施工时，如果施工技术措施不当就会出现基坑变形过大、坍塌等重大工程事故［1-2］。文中针对西安四号线五路口站深基坑围护结构，研讨施工工艺、监测技术措施等关键技术问题。

1 工程概况

1.1 工程环境

西安地铁四号线五路口站为地下三层，位于东西五路与解放路十字路口南侧，南接大差市站，北接火车站，是一、四号线的T形交叉换乘站。车站基坑的长度为161.2 m，标准段宽度为22.1 m。基坑平均开挖深度为23.1 m。五路口平面布置见图1。

1.2 工程水文地质

车站拟建场地内地势平坦，属黄土梁洼地貌。地下水位埋深在-9.8～-11.0 m，地下潜水位高程为391.27～392.79 m。地下水主要赋存于中、上更新统黄土及砂层中，含水层厚度＞50 m，在一定的条件下孔隙水表现出一定的微承压性。地下水位附近新黄土的含水量达到饱和，甚至大于液限，使得此处新黄土呈软塑～流塑状态、承载力低、压缩性高，稳定性差，这对工程有一定的危害。各土层的划分和性质见表1。

图1 五路口车站平面布置

表1 土层划分和岩性特征

2 围护结构施工

2.1 围护结构设计参数及施工方案

五路口车站采用半幅铺盖明挖顺作法施工，围护结构采用钻孔灌注桩+水平旋喷桩止水帷幕，在桩顶设冠梁和连系梁。基坑支护结构共设4道支撑，其中第1道为600 mm×800 mm混凝土支撑，第2，3，4道为钢管支撑。围护结构标准段剖面示意如图2，设计参数见表2。

图2 围护结构标准段剖面

表2 围护结构设计参数

基坑围护结构施工分为两期。第一期:施工车站西侧围护桩及车站中间临时立柱桩→施工西侧围护桩桩间的旋喷止水帷幕→破除桩头，施工冠梁及临时立柱桩顶连系梁→开挖西侧基坑第一层土方，施工西半边第1道混凝土支撑→修筑西侧临时铺盖系统，地面交通疏导至西侧。第二期:对东侧场地进行围挡，施工东侧围护桩及桩间旋喷止水帷幕→逐层开挖基坑，进行主体结构建设。

2.2 施工流程、工艺及方法

灌注桩的施工工艺流程［3-5］:在施工部位开挖深槽，勘测实际地下管线及构筑物的情况→定出桩位，检查钻机平整度和钻杆的垂直度→埋设钢护筒，检查并保证护筒的稳定，轻压慢钻→钻进到标高时，检查桩的孔深、孔径，检测桩孔内沉渣并清孔→吊放钢筋笼，保证不碰撞孔壁，就位后立即固定→下放导管，边浇筑边提升导管→回填桩孔，跳桩施工，待桩体达到设计强度，顺序施工灌注桩间旋喷桩→凿除桩顶多余部分的混凝土，施作桩顶冠梁→采用与钻孔桩相同工艺施工中间临时立柱桩，施工连系梁及挡土墙→吊装铺盖部分的军用梁，并将围挡倒置车站另一侧施工围护结构剩余部分。

五路口环形天桥位于基坑北侧的上方，外形为正圆形，半径32.21 m，桥面有效宽度4.06 m，高6.8 m，桥下净高5.4 m。由于旋挖钻机属大型桩基施工机械，其外形尺寸高大，需要开阔的场地及空间高度才能使用，而五路口天桥下的净空高度仅5 m左右，根本不满足旋挖钻机成孔的工艺要求。根据设计图纸，五路口站设计桩长范围内的土质为黏性土，故采用锅锥钻机直接钻进、自造浆护壁工艺。该工艺适宜在黏性土层中作业，不仅机械设备简单，现场布置方便，而且施工成本较低。最主要的是其成桩空间尺寸要求少，刚好满足天桥底下空间尺寸不足的施工环境。

围护结构采用旋喷桩和灌注桩咬合，并采用二重管法施工。对于二重管法［6］，喷射注浆工艺是成桩质量的关键，成孔后进行注浆，当浆液溢出钻孔口后，即开始旋转提升。喷射过程中对风压、浆压、水泥浆比重、提升速度等技术指标随时作好记录，发现问题要及时采取措施。

2.3 施工质量控制要点

1)在成孔过程中，对于土质条件较好的黄土层，不用泥浆护壁，采用注水加压，抬高水头办法来稳定孔壁。而在砂土层钻进的过程中易塌孔，则需要采用泥浆护壁，必要时可采用5 mm厚的钢护筒。在基坑东、西两端各布置一座容量16 m3的泥浆池，采用黏土进行原土造浆，满足施工的强度要求。

2)临时立柱桩(灌注桩)施工时，确保钻孔的垂直度，基底沉渣量要在控制值内。半幅铺盖路面不允许运土和荷载较重的车辆通行，基坑开挖时应控制开挖速度和开挖顺序，不得对中间临时立柱桩产生侧向土压力。

3)旋喷桩施工过程中，将会产生20%左右的返浆，要修建排污和水泥浆拌制系统对废浆进行处理。在主体围护结构施工前，在现场至少选两处进行试桩，试桩结束后，开挖检查桩的质量，然后确定旋喷桩的浆液配比、喷射压力、喷浆提升速度等技术参数［7-9］。

3 围护结构监测与分析

通过监测，现场掌握周围土体和围护结构的应力及变形的实际情况，对监测数据进行分析，对工程围护体系变形及稳定状态加以评价，并预测其发展情况。根据预测判定施工对周围环境的影响程度，确定后续工序安排，必要时调整支护参数、施工工艺和施工方法，使施工处于最佳受控状态。监测点的布置见图3，围护结构监测方案见表3。

图3 围护结构监测点布置

表3 围护结构监测方案

3.1 桩顶水平位移

桩顶水平位移是围护结构监测的重点。对于围护结构水平位移的监测，取代表性测点S3，S8，S11，S12，S16，S18的监测值进行分析。累计水平位移见图4和表4(向基坑内侧偏移为负值，中间桩向铺盖区域偏移为负值)。

图4 测点累计水平位移曲线

表4 基坑开挖完成后累计水平位移mm

从图4可知，基坑开挖的初期，由于基坑土体的卸荷和基坑两侧较大水压力的作用，桩顶水平位移增长速率较快。当基坑开挖到6～8 m时由于设置了第2和第3道横向支撑以及持续降水，位移增长速率逐渐降低，但累计位移仍在增加。从表4可以看出，基坑开挖完成后，由于车站主体的建设采取横向分段、竖向分层的施工方法，随着车站主体结构的施工，水平位移变化率趋于0，位移趋于稳定。

3.2 桩体沉降

五路口车站采用半幅铺盖明挖法施工，基坑中间设置临时立柱桩，桩体不仅受到基坑开挖的影响，还承受铺盖体系和路面行驶车辆的荷载。在施工过程中，临时立柱桩是保证整个基坑稳定的关键，但受力比较复杂，是监测的重点。取代表性测点C1，C3，C5，C8，C9，C11监测值进行分析，累计沉降曲线见图5(图中正值表示下沉，负值表示隆起)。

图5 测点累计沉降曲线

由图5可知，基坑开挖初期，由于开挖深度较浅，测点沉降较小，随着基坑开挖深度的增加，周围土体和桩间摩阻力减少，并且土体开始排水固结，沉降速率较大。

基坑开挖完成后累计沉降见表5。可以看出，随着主体结构的施工，沉降速率逐渐变小，沉降值几乎不再增加。累计沉降最大达到6.6 mm。

表5 基坑开挖完成后累计沉降mm

4 施工中常见问题及处理措施

4.1 开挖问题

钻进过程中曾发生两次事故:第一次灌注桩施工时将某移动电线挖断。第二次是开挖基坑时将已有的煤气管线挖爆，致使施工暂停，工期延长。

主要原因:①该车站位于老城区，地下管线错综复杂，因时间久远，相关部门提供的资料不全;②管线的位置没有准确确定。现场施工时也没有进行核实;③在挖土机开挖至管线上部时，没有减缓速度和力度。

处理措施:对于破坏的管线，按照相关管线管理部门的要求进行修复或更换。并制定相应的方案对管线进行悬吊、改迁等。

4.2 成桩问题

浇筑完成后的桩，在桩身的多个部位出现混凝土淤积，在基坑的北侧临近一号线车站的桩特别是中间临时立柱桩问题较为严重。由于某些桩径的扩大导致主体结构设计的预留洞口变小。在主体结构施工前要考虑淤积部位的最大宽度，过大的必须破除。淤积病害见图6。

主要原因:①由于第二层土质为素土，其疏密不均匀并含有少量砖渣，导致钻进过程中钻头偏离钻进方向;②由于每层土的软硬程度不一，在钻至土层交界面时，会因钻压没有及时调整，导致钻头受力不均而偏离原方向;③由于车站的施工场地比较狭窄，大量材料和废渣都堆放在钻孔边缘，导致钻机在钻进的过程中出现偏移。

图6 中间临时立柱桩局部淤积

处理措施:对于有局部淤积的中间临时立柱桩要测量围径，超过主体结构预留孔洞围径的，通过人工或机械对桩外侧破除使围径满足要求。

5 总结

1)四号线五路口工程围护结构采用灌注桩加旋喷桩构成止水帷幕，严格控制关键施工技术，并通过监测实时对施工参数进行调整，有效地解决了湿陷性黄土地层下深基坑变形大、坑底易隆起等问题，且对周边环境影响较小。该围护结构的施工技术可在西安其他地铁车站施工中推广应用。

2)监测数据显示桩顶累计水平位移6.7 mm，桩体累计沉降6.6 mm，满足基坑稳定性和安全性的要求。

［1］徐安军，王建华，丁勇春.上海地铁明珠线二期西藏南路站基坑施工技术［J］.岩土工程学报，2006，28(增):1707-1711.

［2］郭克诚，唐珏凌，陈磊，等.深圳地铁5#线兴东站深基坑围护结构工程施工技术［J］.铁道建筑，2010(3):43-45.

［3］张龙腾.地铁车站SMW工法桩支撑系统施工技术［J］.铁道标准设计，2009(8):72-75.

［4］黄昕，江筠，王文玮，等.辛亥革命博物馆空间多折面薄壁型现浇混凝土围护结构施工技术［J］.施工技术，2014，43 (10):26-30.

［5］张佐汉，刘国楠，胡荣华.深圳地区钻孔咬合桩围护结构施工技术的研究［J］.铁道建筑，2010(5):37-42.

［6］刘杰，姚海林，任建喜.地铁车站基坑围护结构变形监测与数值模拟［J］.岩土力学，2011，31(增2):456-461.

［7］何向玲，吴东云，周嘉宾.逆作深基坑围护结构变形空间效应分析［J］.铁道建筑，2011(10):72-74.

［8］李阳，漆泰岳，王睿.地铁中间风井深基坑围护结构变形规律分析［J］.铁道建筑，2014(2):38-40.

［9］全国一级建造师执业资格考试试用书编写委员会.市政公用工程管理与实务［M］.4版.北京:中国建筑工业出版社，2014.

Construction technology of closure structure of deep foundation pit for Wulukou station of Xi'an metro line 4

YUN Yongfeng，WU Luyuan，YUAN Chao，WANG Lei
(Institute of Architecture and Civil Engineering，Xi’an University of Science and Technology，Xi’an Shaanxi 710054，China)

W u Lukou station of Xi'an 4#subway locates in the complex engineering geological area and the half blanket and open excavation method should be adopted in construction.T he retaining structure of foundation is the occlusion of bored pile and horizontal jet grouting pile and setting top beam and tie beam at the top of pile.T his paper discussed the characteristics，the main construction technology，construction difficulty and solving measures for such retaining structure and the monitoring plan of retaining structure horizontal displacement and settlement.T he results showed that the cumulative horizontal displacement of pile top is 6.7 mm and the cumulative pile settlement is 6.6 mm，which meets the stability and safety requirements of foundation pit.

Retaining structure;Bored pile;Jet grouting pile;M onitoring

TU473.1+4

A

10.3969/j.issn.1003-1995.2015.05.20

1003-1995(2015)05-0078-05

(责任审编葛全红)

2014-10-10;

2015-03-20

国家自然科学基金青年基金(51404193)

贠永峰(1961—)，男，陕西咸阳人，副教授，博士。