地铁盖挖半逆作车站基坑变形预警分析

李大为

（深圳市地铁集团有限公司，广东 深圳 518000）

迄今为止，各个城市在设立地铁站时都会将位置选择在较繁华的地方，这样能为人们的生活提供便利，但也增大了施工困难。地铁站的位置比较复杂，周边生活的居民人数多、分布广，且周围有很多建筑物，进一步增加了地铁车站施工过程中的复杂程度。若是对车站采用明挖的方式，则会严重影响附近的居民、交通；若是对车站采用暗挖的方式，则会在施工过程中引发沉降、变形。因此采用盖挖法最为适宜，既安全可靠又经济节约，是目前各个城市修建地铁车站时的首选方法。

1 工程概况

某城市计划将地铁车站修建在该市的东西方向，规划的车站长度为278.0m，宽度为45.0m，其中有4 个风亭、8 个出入口。使用钢筋混凝土搭建车站的主体结构和修建中间桩柱，以五柱六跨为结构形式。施工队采用盖挖半逆作法、局部明挖法完成了地铁站主体结构、出入口以及风亭的修建，采用了暗挖法完成了地铁站偏北方向的通道修建。地铁站的结构为双层，上部主要以杂填土做覆土，车站顶部与地面相距5.5m，底部深度为15.0m，基坑的实际宽度为46.0m。

2 盖挖半逆作法概述

盖挖顺作法应用中，顶板为临时结构，待主体结构成型后需将该部分拆除，经填土后恢复永久路面，局限性在于会干扰路面交通。盖挖逆作法则解决了该问题，将顶板视为主体结构的一部分，顶板施工后，恢复的路面则为永久路面，此施工工法的应用优势在于可减小对道路交通的不良影响。但从盖挖逆作法的施工流程来看，其在顶板之下从上向下修筑，易由于控制不当出现结构沉降和变形问题，需予以高度重视，做好监控量测工作，采取控制措施。

盖挖半逆作法施工中，沿开挖轮廓修筑围护结构并设中间桩柱，随开挖量的逐步增加，待其到达顶板底部标高位置时用未开挖土体作模，组织钢筋笼的绑扎作业，再制备混凝土用于顶板的浇筑施工。此后，若顶板成型且无质量问题则回填土至路面标高，至此则可以有效恢复永久路面。

在顶板遮盖的条件下开挖，到达底板标高位置时从基坑底部开始逐步向上设置主体结构。通过对盖挖半逆作法与盖挖顺作法的对比分析发现，两者存在诸多异曲同工之妙，即均开挖至底板标高后再向上设置主体结构，同时以因地制宜的原则采取防水措施，但两者也有所区别，即在盖挖半逆作法应用中，顶板被视为永久结构，回填后形成的路面也是永久路面。相比之下，盖挖顺作法则将顶板独立于永久结构之外，将其视为临时性结构，后续需要拆除。

2.1 盖挖半逆作法技术特点

根据前述分析，盖挖半逆作法与盖挖顺作法在技术层面存在诸多相似之处，在实际施工中，需充分关注围护结构和中间桩柱的沉降值，对其采取针对性的控制措施，尽可能减小沉降。此外，充分考虑到中间桩柱的定位精度要求，切实提高定位精度，否则将给施工带来错误的导向。

2.2 盖挖半逆作法优缺点

盖挖半逆作法是一种升级方法，其融合了盖挖顺作法和逆作法的应用优势，设置的是永久结构顶板，可以规避二次开挖路面施工，减小对现状道路交通的干扰。按照自下而上的顺序依次设置主体结构，有效保证结构的完整性，同时给防排水等工作的开展创设了良好的条件。但在盖挖半逆作法应用中，对中间桩柱的精度提出较高的要求，而该处的受力较为复杂，易由于控制不当而出现受力异常的情况，随之显现出裂缝。

3 地铁车站基坑围护结构常见的几种变形类型

控制基坑变形的首要任务是防止基坑围护结构变形，该结构的变形会导致车站周边建筑物和基坑整体的稳定性减弱，所以控制基坑围护结构变形是地铁车站施工中的重难点。基坑围护结构变形的形式繁多，下文将其类型归纳为四点：弓形变形、深埋型变形、前倾型变形、踢脚型变形。

（1）弓形变形类型。弓形变形曲线呈现的是基坑内发生变形的围护结构为弓的形状，上下两个部分变形程度较小、中间部分变形程度较大，基坑的底层有反弯点产生。通常会在软土基坑中出现这种形式的曲线，围护结构在基坑中嵌入的深度相对较小。

（2）埋深型变形类型。埋深型变形曲线呈现的是基坑内发生变形的围护结构上部沿基坑内侧的方向弯曲，下部沿基坑外侧的方向弯曲。

（3）前倾型变形类型。前倾型变形曲线呈现的是基坑内发生变形的围护结构存在一个最大值，经过最大值之后曲线开始递减出现前倾。该变形曲线是一条倾斜的直线，通常这种变形类型会在上层横撑操作不当、围护结构横向支撑不足的状态下产生[1]。

（4）踢脚型变形类型。踢脚型变形曲线呈现的是基坑内发生变形的围护结构由于产生了大距离的位移，出现了踢脚的形状。若是围护结构对基坑的嵌入力度较小就会发生这种变形，一般淤泥环境中容易出现踢脚型变形。

上述的四种变形类型显示，围护结构与基坑之间的嵌入深度和围护结构变形状况息息相关。若是围护结构嵌入基坑的深度合适，则基坑的安全性、稳定性都会得到保障，通过实际操作发现，嵌入基坑的深度必须科学合理，不论是过深还是过浅都会对工程的质量造成影响[2]。地铁车站的修建位置通常在繁华的市中心，周边居民、车辆、建筑物比较多，故建筑单位在进行地表沉降、基坑变形控制的过程中一定要严格对待，综合各种影响因素，设计出既经济节约又稳定安全的围护结构。

4 广场地铁车站基坑变形预警值的制定

深圳城市修建广场地铁车站要根据自身的特点制定。根据该城市的土质状况、设计要求、国家针对地铁出台的规范标准以及检测的数据制定出符合该广场车站特点的预警值标准[3]，之后通过车站中各个检测项目的区别制定出相应的预警值标准：

（1）制定基坑围护桩水平方向位移的预警值标准。若光滑围护水平位移曲线呈现出的折点有明显变化，则启动报警装置，及时对变形进行控制，基坑围护桩水平方向位移的预警值是预期值的0.9 倍，为25mm。

（2）制定围护结构顶部水平方向位移的预警值标准。要根据设计方案制定围护结构顶部水平方向位移预警值，预警值是预期值的0.9 倍，为21mm，未开挖基坑前，围护结构顶部每日在水平方向上发生的位移必须＜6mm。

（3）制定建筑倾斜、沉降的预警值标准。建筑倾斜、沉降的预警值标准要根据建筑的基础、结构进行制定，必须满足沉降累积值＜21mm，倾斜度＜0.003。

（4）制定土体侧向变形的预警值标准。若是土体侧向的变形值达到预警值时必须及时进行变形控制，土体侧向变形的预警值为31mm，最大值为51mm。

根据工程实例可以发现，很多发生在基坑工程中的事故原因是没有及时发现基坑变形和未准确掌握变形情况，其中最重要的是缺乏变形标准，工作人员没有判断的标准和依据，进而出现错误与失误。制定变形的预警值标准是为检测部门提供参考值，根据预警值判断当前发生的变形，可以及时控制，选择最合适的方法，避免重大工程事故的发生[4]。制定基坑边形预警值标准可以有效控制变形，帮助工作人员更快、更准地判断变形情况，既减少了事故的发生率，又为之后各项目的变形控制提供了参考。不论是对地铁车站设计还是修建、检测，每一个环节都要重视变形预警值，及时根据现实状况对预警值进行调整、反馈，严格按照变形预警值标准开挖基坑、控制变形，根据实际工程的需求补充完善预警值，为之后的变形控制提供有价值的参考标准[5]。

根据以前施工经验来说，支护小于桩体部位有很大的关系，一般来说越靠近顶变形越大，桩体中间位置由于受力原因也会发生较大的变形，而靠近桩体底部的地方一半不会发生变形，这主要是因为底部一半采用混凝土固定的方式，减少了桩体变形几率。另外，护桩变形与工况和墙体支撑密切相关，在基坑过程中基坑步骤与开挖尺寸以及墙体撑的时间等施工参数会对支护桩的受力产生重要影响。在过程中施工人员发现随着基坑开挖进行，支护桩的形会逐渐变大，当基坑开挖达到设计深度时支护桩的变形达到最大值，但是随着支撑施工的开始，支护桩变形会得到一定程度的改善具体情况。见图1、图2。

图1 支护桩水平位移情况

图2 支护桩累计位移情况

图1 中，观测日期分别是：2019 年11 月11 日、11 月13 日、11 月15日、11 月17 日、11 月19 日、11 月21 日、11 月23 日、11 月25 日。

图2 中，观测日期分别是：2019 年11 月12 日、11 月14 日、11 月16日、11 月18 日、11 月20 日、11 月22 日、11 月24 日、11 月26 日。

通过对比可以明显看出，支护桩的最大位移是5.2m，这超过设计要求的3.6m 位移控制要求。技术人员通过分析，主要是因为当施工人员开挖到第二道位置以后，支撑未能按照计划要求及时施工，超挖的结果就是支护桩产生了超量的位移。鉴于此，技术人员通过在支撑设置后迅速施加轴力，使支护体系稳定。

5 结束语

控制地铁车站基坑的变形是施工过程中的难点，近几年投入使用地铁的城市越来越多，建设的力度越来越大，有效控制基坑变形成为一个越来越难的问题，但是控制变形的方法与理论不断更新，制定的变形预警值越来越准确。相信随着我国经济的发展，建设技术会不断完善，我国控制基坑变形的技术会更加完善，地下工程的施工技术会更加先进。