试论地铁车站基坑主体与附属结构一体化施工

杨青山

（中铁十六局集团有限公司，北京 100018）

0 前言

随着城市化进程的不断推进，超大深基坑工程在我国各地大量涌现，很多轨道交通工程便涉及超大深基坑施工。围绕传统的地铁车站基坑主体与附属结构施工方法进行分析可以发现，这种方法在基坑施工稳定性控制方面较为出色，但需要二次破除车站主体结构，车站主体结构的防水性能和综合强度会受到损伤，同时较为狭小的施工空间也会影响模块化施工和机械化设备应用，在附属结构工程和基坑主体工程的双重制约下，施工组织管理也会受到负面影响。

1 工程概况

1.1 站位布置

作为6 号线工程的中间站，大路村站位于黄金大道和人民东路交叉路口正下方，其附属结构1 号出入口暗挖段主要负责连接出入口（1A、1B）、安全口（2 号），具体站位布置如图1 所示。

图1 站位布置示意图

箱型混凝土框架结构的1 号出入口暗挖段通道净宽、净高、覆土厚度分别为6.5m、4.3/5.5m、5.8～7.5m，侧墙、顶板厚度均为600mm，暗挖初支、底板厚度分别为350mm、700mm。1 号出入口暗挖段存在两种断面，包括平顶直墙和弧形顶，平顶直墙断面形式为D 型，弧形顶断面形式为A、A’、B、C、E。1 号出入口暗挖段周边存在大量管线及建构筑物。大路村站主体结构南侧为1 号出入口暗挖段，整平改造后工程拥有较为开阔的场地，1 号出入口暗挖段侧穿接线桥S207 墩桩基，桩基与暗挖初支存在6.5～12.4m 的净距。隧道下穿黄金大道及人民东路辅道，存在约5.8～7.5m 的埋深，同时施工期间存在较大的地面车流量，图2 为基坑主体与附属结构关系图[1]。

图2 基坑主体与附属结构关系图

1.2 工程与水文地质

工程周边以行政办公及商业用地为主，市政道路存在于车站东西两端，工程整体地势具备西高东低特点，拥有条件较好的施工场地，市政管线属于周边管线的主要构成。工程范围内存在中风化泥质粉砂岩、强风化泥质粉砂岩、素填土等主要地层，中风化泥质粉砂岩层为1 号出入口暗挖段的基底，存在200kPa 的持力层地基承载力特征值；工程场地包含基岩裂隙水和松散土层孔隙水类型，前者存在富水性贫乏、总体透水性差特点，多为承压水，部分为潜水。后者直接受季节变化影响，以地下管线渗漏、大气降水为主要补充，排泄方式以向下渗透到潜水或蒸发为主，土质不均匀的人工填土层可能导致局部隔水，平均地下水水位为2.97m[2]。

2 地铁车站基坑主体与附属结构一体化施工方法

2.1 施工工艺

案例地铁车站主站采用盖挖逆作法进行施工，车站基坑采用明挖顺作法进行开挖施工，采用旋喷桩与钻孔灌注桩咬合施工的基坑围护结构。基于旋挖机成孔进行钻孔桩施工，直径控制为1200mm，基于三管旋喷方式进行旋喷桩施工，直径、间距分别控制为900mm、1400mm，由C20 混凝土负责桩间填充，图3 为一体化施工基坑围护结构[3]。

图3 一体化施工基坑围护结构

2.2 一体化施工方法

地铁车站基坑主体与附属结构一体化施工中，以1 号出入口暗挖段为例，案例工程采用了CD 法与CRD 法进行施工，CD 法施工流程可细分为四个步骤：第一，在拱部两侧打设管棚，规格为φ108，基于超前预注浆加固开展地层处理，选用φ42 规格的超前小导管进行台阶法施工，同时通过用锁脚锚管加固墙脚；第二，对1 号出入口暗挖段左洞室进行开挖，开挖顺序为中部、下部、上部，用锁脚锚管加固墙脚；第三，分级开挖暗挖段右洞室，初期支护施工需同时开展，锁脚锚管加固墙脚；第四，初期支护背后注浆，分段拆除临时支撑，具体施工需要以监测数据为依据，每次最大拆除长度需严格控制，具体需控制在8m 内。二次衬砌施工围绕底部防水层、边墙（底部、下部）依次开展，严格预留防水板及钢筋接头；开展防水层施工，涉及拱部、边墙，二次衬砌施工需随之开展，完成背后注浆后的施工需要保证该结构达到设计强度要求。

1 号出入口暗挖段的CRD 法施工流程可细分为四个步骤：第一，完成出入口主体结构后，在拱部两侧打设管棚，规格为φ108，基于超前预注浆加固开展地层处理，选用φ42 规格的超前小导管进行CRD 法施工，开挖左上洞室的过程中需做好初期支护，加固墙脚；第二，开挖暗挖段洞室并初期支护，顺序为左下、右上、右下，加固墙脚；第三，初期支护背后注浆，底部防水层施工需要在临时支撑不拆穿的前提下开展，随之开展边墙二次衬砌，包括底部、下部边墙，应预留防水板及钢筋接头；第四，在拆除水平临时仰拱的过程中，需采用分小段拆除方法，同时需要以监测结果作为依据，跳格法用于边墙、拱部防水层施工，二次衬砌施工也采用相同方法。结构的竖向支撑需要在其封闭成环后拆除，二次衬砌背后注浆属于最终环节，图5 为CRD法施工示意图。

图4 CRD 法施工示意图

基于上述CD 法与CRD 法的施工流程进行分析可以发现，在地铁车站基坑主体施工的过程中，可依托CD 法与CRD 法开展地铁车站基坑主体与附属结构一体化施工。在地铁车站基坑明挖区封顶后，1 号出入口暗挖段即可开始施工。

2.3 施工质量控制点

为保证地铁车站基坑主体与附属结构一体化施工质量，施工单位基于工程实际锁定了主要质量控制点，包括侵入衬砌界线的侵入衬砌界线、回填不实的隧道拱背、隧道渗漏水、仰拱基底处理不当、二次衬砌表观效果不佳等，其中二次衬砌表观效果不佳可细分为空洞、裂缝、错台、缺棱掉角、露筋、孔洞、麻面、蜂窝等。以地铁车站基坑主体与附属结构一体化施工不当引起的隧道渗漏水为例，该施工质量问题的出现源于防水层破坏、混凝土沉降缝与施工缝处理不当、施工未严格遵循工艺要求、存在振捣不密实的混凝土。为规避隧道渗漏水问题，施工过程中需保证防排水设施按照设计要求严格建设，原材料质量和规格也需要得到控制，防排水设施的几何尺寸稳定同样极为关键，防排水设施在混凝土灌注时需保证位置正确，不得出现破损等问题；在洞身防水层施工前，需修整处理支护表面，避免戳破防水层的问题出现。需基于一定松尺度预留挂设防水板，并做好对防水板的防护，矮边墙基础上的防水板在拱部钢筋头割除施工中需开展防烧保护处理，同时防水板不得在衬砌钢筋绑扎环节被破坏，防水板在衬砌混凝土内钢筋焊接时应由背板遮挡，避免烧坏问题出现。二次衬砌混凝土灌注过程中，防水板不得与振捣棒出现接触，以此更好规避损失问题。此外，还需要遵循因地制宜原则开展防渗漏施工，捣固密实衬砌混凝土，止水带、止水条需做到规范安装，排水盲管应按设计要求埋设，防水剂的掺量同样需要严格控制，衬砌混凝土在洞口100 范围内需要开展至少14d 的洒水养护。

3 有限差分数值模拟

3.1 模拟路径

基于以往工程经验和相关计算可以发现，基坑开挖影响宽度一般为3～4倍深度，影响深度约为2～4 倍开挖深度，因此研究选择固定边界作为位移边界。由于施工前已开展降水处理，因此可不考虑地下水影响，结合地铁车站基坑外侧的止水帷幕，不考虑地下水渗流影响。选择库伦－摩尔模型，结合岩土体模型物理力学参数与支护结构参数，即可开展施工工序模拟。首先基于传统施工方法进行模拟，在此基础上开展一体化施工优化，需调整开挖工序。

3.2 结果分析

对比模拟与监测数据可以发现，桩顶变形及地表位移随开挖深度增大而出现波动性变化，模拟数据与现场监测存在基本一致的变化趋势。具体开挖中，模拟与监测存在约1mm 的最大地表位移差值，同时存在约4mm 的桩顶变形最大差值，差值总体上不大。基于数值差异和变化趋势分析，可确定模拟分析能够对实际围护桩和地表位移变形特性进行反映。开展地表沉降分析可以发现，基坑开挖面附近分布属于主要沉降区，坑底开挖面为主要的地层隆起区，开展稳定性分析能够确定，完成开挖后存在小于警戒值的地表沉降值和地层隆起，处于稳定状态。进一步分析原方案施工和一体化施工能够发现，在不断增加的开挖深度影响下，二者对应的地表沉降差距不断拉大，由于一体化施工具备更为显著的土方开挖卸载效应，因此其最大沉降增量为2mm 左右，优势明显；进一步开展围护桩变形分析，可以发现开挖完成时一体化施工过程中各位置围护桩存在基本相同的变形模式，桩体中部位置出现最大位移，底部及顶部存在较小变形。围绕变形数值进行分析可发现。为明确传统开挖方案与一体化施工方法对围护桩变形影响的差异，开展进一步对比分析，能够发现开挖完成时存在基本相同的围护桩变形模式，一体化施工存在一定处于可控范围内的围护桩水平变形增量。总的来说，地铁车站基坑主体与附属结构一体化施工具备一定可行性，但对施工安全、质量、进度控制提出了更高要求，高水平的一体化施工能够带来更好的社会经济效益。

总的来说，本文研究的地铁车站基坑主体与附属结构一体化施工属于一种新型施工方法，该方法需开展基坑主体与附属结构出站口围护结构的同步施工，且施工主体与附属结构需要在基坑局部范围内同时进行，可保证基坑主体与附属结构同步成型，拥有同步施工部署、施工工艺先进、施工组织高效等优点。但值得注意的是，地铁车站基坑主体与附属结构一体化施工很可能出现基坑隆起问题，这源于一次性开挖和土体卸载带来的较大环境影响，相较于一般开挖基坑，这种施工方法的影响范围更大，周边地层、基坑主体及附属结构均可能出现较大变形，因此具体应用前必须开展针对性的现行研究和模拟。

4 结论

综上所述，地铁车站基坑主体与附属结构一体化施工具备较高推广前景。在此基础上，本文涉及的施工质量控制点等内容，则直观展示了一体化施工要点。为更好满足地铁工程建设需要，一体化施工模拟的科学开展、新型材料与设备的积极应用同样需要得到重视。