５８ 探矿工程（岩土钻掘工程） ２０１１年第３８卷第１２期 紧邻铁路的地铁车站深基坑施工技术 钟慧民 （天津地下铁道集团有限公司，天津３００１６２） 摘要：天津地铁３号线张兴庄站紧邻北环铁路，铁路路基及列车动载产生的偏压荷载对基坑稳定性影响不容忽 视。对其基坑加固支护、降水、封堵等施工方案及措施进行详细阐述，对以后类似工程的设计和施工提供参考。 关键词：地铁车站；紧邻铁路；偏压荷载；深基坑 中图分类号：ＴＵ４７３．２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７２—７４２８（２０１１）１２—００５８—０３ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ Ｄｅｅｐ Ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｓｕｂｗａｙ Ｓｔａｔｉｏｎ Ａｄｊａｃｅｎｔ ｔｏ Ｒａｉｌｗａｙ／ＺＨＯＮＧ Ｈｕｉ—ｍｉｎ（Ｔｉａｎｊｉｎ Ｍｅｔｒｏ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｔｉａｎｊｉｎ ３００１６２，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ ｓｕｂｗａｙ ｓｔａｔｉｏｎ ｉｎ Ｔｉａｎｊｉｎ ｉｓ ａｄｊａｃｅｎｔ ｔｏ Ｂｅｉｈｕａｎ阳ｊｌｗａｙ，ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｅｃｃｅｎｔｉｒｃ ｌｏａｄｉｎｇ ｐｒｏｄｕｃｅｄ ｂｙ ｒａｉｌ— ｗａｙ ｓｕｂｇｒａｄｅ ａｎｄ ｄｙｎａｍｉｃ ｌｏａｄ ｏｆ ｄｒｉｖｉｎｇ ｔｒａｉｎ ｉｓ ｉｎｄｉｓｐｅｎｓａｂｌｅ．Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｐｌａｎｓ ａｎｄ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｏｆ ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ，ｄｅｗａｔｅｒｉｎｇ ａｎｄ ｓｅａｌｉｎｇ，ｔｈｅｓｅ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｔｈｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｔｏ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｃｏｎｓｔｕｃｔｉｒｏｎ ｆｏｒ ｓｉｍｉｌａｒ ｐｍｊｅｃｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｕｂｗａｙ ｓｔａｔｉｏｎ；ｂｅｉｎｇ ａｄｊａｃｅｎｔ ｔｏ ｒａｉｌｗａｙ；ｅｃｃｅｎｔｉｒｃ ｌｏａｄ；ｄｅｅｐ ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ 津地铁３号线张兴庄站紧邻北环铁路，铁路路 基及列车动载产生的偏压荷载对基坑稳定性影响不 容忽视，目前相关规范对路基及列车动载偏压作用 下的基坑设计与施工并没有详细规定，因此如何做 ６ ｍ，本站与规划地铁５号线“Ｔ”型换乘（见图１）。 ３号线标准段宽２０．５ ｍ，车站长度１８１．６５ ｍ，标准 段基坑深１６．３ ｍ（地面一底板）；５号线为３层结 构，基坑长２９．９２ ｍ、宽２５．３ ｍ、深２４．７ ｍ（地面～ 底板）。３号线车站部分地下连续墙体厚８００ ｍｍ， 深２８ ｍ，盾构井处深３８．５ ｍ，采用锁口管接头；５号 线部分地下连续墙体厚１０００ ｍｍ，深４３．０５ ｍ，采用 十字钢板接头。 好深基坑管理，以便使结构主体施工能够得以顺利、 高质量的进行，是当前急需解决的一个课题。 １ 工程概况 天津地铁３号线第１４Ｂ合同段张兴庄站为地下 双层岛式站台车站，设计里程为ＤＫ２１＋０２６．０５～ ２０７．７０，地铁箱体外边线距北环铁路护坡底边约３ —根据张兴庄站岩土工程地质报告，５号线换乘 段主体结构基底标高一２２．４７ ｍ，位于⑦ 粘土、⑦ 粉土层中，３号线标准段基底标高一１４．０６ ｍ，位于 ５ ｍ，北环铁路路基坡率为１：１．５，路基面宽度为 ⑤ 、⑥ 粉质粘土，⑥：粉土层中，基坑开挖范围内 — 号 风 号 出 号 出 号 风 早 第一施工段 合 …位 Ｌ ８ 合 亭 …』 图１ 天津地铁３号线张兴庄车站平面示意图 收稿日期：２０１１—０４—２９；修回日期：２０１１—１１—２２ 作者简介：钟慧民（１９７９一），男（汉族），湖南人，天津地下铁道集团有限公司工程师，土木工程专业，从事工程技术工作，天津市东丽区崂山 道百合春天雪莲东里１—１—１００１，５４６５０６５９７＠ｑｑ．ｃｏｍ。 ２０１１年第３８卷第ｌ２期 探矿工程（岩土钻掘工程） ５９ 土体主要为填土、粘性土、粉土及淤泥质土，土质松 软，直立性差。基坑范围内地下水水位０．５—１．６ ｍ 考虑不同路Ｊｌ ６ 高度，北环铁路路基坡率为 １：１．５，路基面宽度为６ ｒｎ，为有效进行对比分析， 假设不同工况切坡比例不变，切点位于边坡中点，即 图中 ：ｂ为１：０．７５，因此不同路基偏压高度切坡 （高程＋１．６６～＋１．７６ ｍ），地下水水位较高。勘测 期间微承压水稳定水位埋深为２．９～３．２ ｌｑｌ（高程一 ０．７４一一０．８９ ｍ）。本工程基坑底微承压水层较 厚，车站部分围护结构穿越承压水层，为保证基坑稳 定和不发生突涌，基坑采取减压降水措施，开挖期间 宽度ｂ不同，本此模拟考虑４种不同偏压高度的工 况，其偏压荷载ｑ和切坡宽度ｂ见表１。 表１ 不同偏压高度的工况下偏压荷载ｇ和切坡宽度６值 地下水位保持在开挖面以下１—２ ｍ。 ２方案设计 ２．１ 接缝处理方案设计 本换乘段采用地下连续墙围护结构形式，由于基 坑内与３号线相交的４个“Ｔ”字地连墙与相邻槽段墙 体接缝为平接缝，这将导致３号线底板以下部分出现 “冷缝”，这对开挖５号线换乘段带来极大的安全隐 患，为了防止外界水进入基坑，在施工前需对槽段墙 体接缝处进行封水处理。为避免张兴庄站换乘５号 线负三层围护结构“冷缝”在基坑开挖过程中出现险 情，在基坑开挖之前必需对“冷缝”进行处理，由于本 场地内土层具有强度低、含水量高、易出现涌砂冒水 事故的特点，并结合冻结法在上海、天津、南京和沈阳 等地铁联络通道施工的成功经验，设计采用：垂直冻结 法加固地层，即对换乘５号线段与３号线围护结构之 间４处冷缝部位采用冷冻法进行冻结加固进行防水， 其余“，Ｉ１，，字地连墙间采用旋喷加固处理。 ２．２支撑加固方案设计 车站基坑南侧紧邻北环铁路且路基沉降要求 高，铁路路基及列车动载对基坑整体产生偏载作用 时刻影响着基坑安全，在开挖期间，列车限速４５ ｋｍ／ｈ。分析不同偏压高度对围护结构受力与变形 的影响，偏压对基坑的位移及受力影响较大，路基偏 压高度不同势必路基宽度也会不同，偏压荷载距离 基坑的距离也会不同，为此把路基偏压简化为按一 定宽度切坡后，如图２所示的荷载作用在基坑边上。 图２地连墙受偏压荷载受力简化示意图 ２．３连续墙水平位移分析 按上述４种工况进行计算，结果显示连续墙水 平位移规律为：偏压侧连续墙水平位移随着偏压增 大而增大，但因为连续墙采用梁单元模拟，本构为线 弹性，连续墙水平位移基本呈线性增长。非偏压侧 连续墙水平位移随偏压、高度增大不变，甚至有所减 小，上部向基坑外侧运动趋势也不大，如图３所示。 ｌ匿 ＿一工况三 ｆ １冒 ＋工况三 ｌ 水平位移／ｍ硼 水平位移／ｍｍ 世 嫩 （ａ）偏压侧 （ｂ）非偏压侧 图３ 不同工况下偏压与非偏压地连墙水平位移图 当存在较大偏压时，偏压侧地连墙水平位移明 显大于非偏压侧。偏压高度增大时，偏压侧位移明 显增大，非偏压侧位移有所减小，因此在靠近铁路路 基一侧应采用地层加固措施，以防偏压一侧地连墙 产生较大水平位移，并将第一道钢支撑改为钢筋混 凝土支撑以增大基坑的整体稳定性。 ３施工工艺 张兴庄车站深基坑开挖的主要施工工序为：施 工准备一地层加固及钢筋混凝土支撑施作一冷缝处 理一基坑降水一土方开挖。 ３．１ 地层加固及钢筋混凝土支撑施作 探矿工程（岩土钻掘工程） ２０１１年第３８卷第ｌ２期 在基坑地连墙和路基之间采用ＳＭＷ工法桩及 高压旋喷桩进行了地层加固，这样对地连墙既起到 防水堵漏作用，又起到承担偏载的作用，这将大大改 善偏压一侧地连墙的受力状况。由于基坑离铁路较 近，为了确保北环铁路的安全，将基坑的第一道钢支 撑改为６００ ｍｍ×９００ ｍｍ钢筋混凝土支撑，其余仍 采用０６００ ｍｍ加肋钢支撑。第一道采用钢筋混凝 土支撑，不仅能围护结构向内位移，而且可以限 制围护结构向外位移，对加强围护结构的整体性起 到较好作用。 ３．２“冷缝”处理 经过专家论证，“冷缝”处理确定采用“垂直局 部冻结”的施工方案，在换乘段基坑地连墙内部转 角接缝处布置冻结孔，孔深自地面（标高为＋２．３ ｍ）至地连墙底（标高为一４１．７ ｍ），孔深４４ ｍ。共 计有４处接缝位置，布置１６个冻结孔进行冻结封水 处理。冻结深度为自３号线已开挖界面（标高一 １４．０１ ｍ）至地连墙底（标高一４１．７ ｍ），约２８ ｍ。在 整体基坑开挖之前进行冻结孔钻孔施工，钻孔结束 后直接进行冻结器安装并开始冻结，积极冻结期期 间不得进行抽水降水等辅助措施，力争在降水井开 始抽地面以下１１ ｍ以深水时，冻结时间满足设计 ３０天，基坑冻结壁形成并达到预期要求，而后方可 采取降水措施进行３号线剩余部分和５号线基坑的 开挖。维护冻结期间，盐水温度保持积极冻结期温 度，以平衡降水带走的冷量损失，在开挖过程中务必 做好冻结管的保温及保护工作。在深浅墙结合部位 及“Ｔ”型墙接缝处采用“品”字型咬合４００ ｍｍ， ８００ ｍｍ双高压旋喷桩进行加固阻水，靠近地连墙一侧 的旋喷桩，桩中距墙边均为１５０ ｍｍ。旋喷桩桩顶标 高为３号线基坑底一１４．０５ ｍ，桩底标高一４１．７ ｍ（５ 号线地连墙底标高），均在未开挖前原地面施工，空 钻部分约１６．３ ｍ，有效桩长２７．６５ ｍ，其无侧限抗压 强度２８天应达到１．５ ＭＰａ。 ３．３降水方案 在“冷缝“冻结达到设计要求后开始降水施工， 根据降水工程设计，基坑内共需布置１２口减压井及 观测井，２０口疏干井。基坑外设３口备用减压井兼 做观测井，减压井井管为钢管，疏干井井管为水泥 管。抽水井个数和抽水量大小应根据基坑开挖深度 和承压水头埋深要求进行控制。减压井随开挖逐步 降低承压水头（见表２），以减少对周围环境的影响。 抽水需要２４ ｈ派人值班，并做好抽水记录，记录内 容包括降水井涌水量Ｑ和水头降ｓ，并在现场绘制Ｓ ～ 曲线，以掌握抽水动态，指导降水运行达到最 优。如果坑外水位出现大幅度下降，坑内外出现明 显的水力联系，地面不均匀沉降加剧，立即停止开 挖，启动应急预案。降水工作在地下构筑物施工至 上覆压力和地下水头的顶托力平衡后才能停止降水。 表２ 降水运行时基坑开挖深度与水位控制 ４结语 通过采取上述措施，５号线换乘段底板已于２０１ １ 年３月２９日安全顺利封底，靠铁路一侧地连墙水平 位移最大为１８．５３ ｍｍ，远离一侧地连墙最大水平位 移为１１．２２ ｍｍ，满足设计规范（≯３５ ｍｍ）要求。 通过对紧邻铁路基坑开挖监测数值分析，得出 以下结论： （１）将减压井设置在基坑内能安全高效地降低 承压含水层的水头压力，确保基坑底板保持稳定； （２）路基偏压对基坑地层位移和围护结构位移 及内力存在较大影响，偏压侧（南侧）连续墙水平位 移较大； （３）偏压侧地层加固及钢筋混凝土支撑对基坑 围护结构变形和受力有不同改善，能不同程度提高 基坑围护结构稳定性，同时地层加固对地连墙接缝 处漏水情况起到较好的改善作用； （４）路基偏压高度越高对基坑围护结构影响越 大，偏压侧位移与弯矩随偏压高度增长呈线性增长 趋势，非偏压侧位移与弯矩会有所减小。 参考文献： ［１］姚燕明，周顺华，孙薇，等．坑底加固对平行换乘车站基坑变形 影响的计算分析［Ｊ］．地下空间，２００４，２４（１）：７—１０． ［２］冉菲菲．软土地区深基坑地下连续墙变形预测研究［Ｄ］：上 海：上海交通大学，２００７． ［３］ 王卫东，吴江斌，翁其平．基坑开挖卸载对地铁区间隧道影响 的数值模拟［Ｊ］．岩土力学，２００４，２５（１１）：２５１—２５５． ［４］冯庆高．地铁深基坑支护方案优选决策研究［Ｄ］．湖北武汉： 中国地质大学，２０１０． 【５］ 郅友成．既有铁路旁基坑开挖对高填方路堤稳定性的影响研 究［Ｊ］．公路交通科技，２００６，（３）．
