复杂地质条件下深基坑施工技术研究_李艳娥.pdf

Science and Technology&Innovation科技与创新2023 年 第 13 期113文章编号：2095-6835（2023）13-0113-04复杂地质条件下深基坑施工技术研究李艳娥（武汉市汉阳市政建设集团有限公司，湖北 武汉 430000）摘要：随着城市化进程的加快，城市建设开始向地下要空间，深基坑工程越来越多，基坑施工难度增大，保证深基坑施工安全顺利进行具有重要意义。以某地铁车站深基坑为研究对象，结合其复杂地质条件，对施工过程中的重难点和关键技术进行了分析研究，对类似深基坑工程的施工具有一定的指导意义。关键词：深基坑；降水；围护结构；纵坡稳定性中图分类号：TU753文献标志码：ADOI：10.15913/ki.kjycx.2023.13.033随着中国城市化进程的加快，地面空间越来越紧张，城市建设开始向地下要空间，基坑深度不断增加。随着深度的增加，地质条件变得更加复杂，基坑失稳的概率也不断增大，基坑施工难度变大1。因此，研究深基坑的施工技术，保证施工安全顺利地进行具有重大意义。近年来，许多专家学者针对深基坑安全施工开展了研究2-8，并取得了一系列成果。施有志等9研究了先期隧道施工产生的土体扰动对后期地铁车站基坑开挖的影响规律，并提出了一套基坑土方开挖及管片拆除的施工方案；冯龙飞等10研究了内撑式和双排桩 2种常用支护体系的特点及其在工程中的应用；肖武权等11结合监测数据对深基坑支护结构内力与变形进行了研究；徐江等12运用有限元方法对软土地区的深基坑施工过程进行了数值模拟，并将模拟结果与实际监测数据进行了对比分析；刘玉健13对湿陷性黄土地质深基坑施工技术进行了研究。本文以某地铁车站深基坑为研究对象，对它施工过程中的重难点和关键施工技术进行了分析，对类似深基坑工程的安全施工具有一定的指导和借鉴意义。1工程背景1.1工程概况本工程为武汉市轨道交通某标段土建工程，包括 1个车站和 2 个区间隧道。拟建车站为地下 2 层岛式站台车站，车站起点里程为 K1+296.221，终点里程为K1+519.621，总长 223.4 m，标准段宽度为 20.3 m，埋深为 18.09 m，覆土厚度为 4.7 m，其平面位置如图 1所示。该车站结构型式为双层单柱双跨、双层双柱三跨钢筋混凝土结构，采用明挖法施工和地连墙+3 道内支撑的围护形式。图 1车站平面位置图1.2工程地质及水文地质本工程场地地形起伏较小。场区覆盖层以第四系中更新统（Q2）黏性土为主，局部发育上更新统（Q3）黏性土。场区基岩以白垩系第三系东湖群泥质粉砂岩为主，局部地段发育疏松砂岩，岩面高程为1722 m，起伏较小。勘察期间，场地内潜水稳定水位埋深在 1.54.4 m。承压水头高程为 1822 m，主要接受侧向补给，并进行侧向排泄，含水层与长江水力联系密切，呈互补关系，水量较大。2工程重难点分析本工程场地位于城市十字路口，周围交通、建筑及地下管线复杂，给基坑安全顺利施工带来了一定的挑战，其主要重难点总结如下。2.1基坑开挖深度大、地质条件复杂、稳定难度大车站基坑端头井开挖深度约 19.9 m，围护结构地下连续墙经过素填土、黏土、粉质黏土、含角砾黏土、角砾土、强风化泥质粉砂岩、中风化泥质粉砂岩及微风化泥质粉砂岩。其中角砾土为强透水层，地下连续墙入岩深度为 711 m，有局部进入微风化泥质粉砂科技与创新Science and Technology&Innovation1142023 年 第 13 期岩。基坑开挖深度大，车站基坑土方量约 96 538.66 m2，土方量较大，所处的地质条件复杂，穿越的地层种类多，物理力学性质不一，提升了基坑开挖和围护的难度。2.2基坑附近管线繁多本车站范围内有重要管线，种类繁多，分布复杂，包括给排水管道、雨污水管道、煤气管道及电热力管线等。其中沿车站横向方向的 GT 光纤管线（最低埋深 4.50 m）需要永久改迁，沿车站纵向方向分布的污水管道（最低埋深 3.97 m）和雨水管道（最低埋深2.80 m）及部分电热力管线和给排水管道在施工期间需要临时改迁和悬吊保护。在施工过程中要做好既有管线的改迁和保护工作，避免对管线造成破坏。2.3承压水位高，基坑突涌风险大基坑附近的潜水水位连续性差，水量有限，但是以第四系松散岩类孔隙水为主的承压水水位较高，水量较大。该承压水主要赋存于强透水层角砾土中，抽水试验显示其承压水头高程为 1822 m，水头较高；主要接受侧向补给，并进行侧向排泄，含水层与长江水力联系密切，呈互补关系，水量较大。因此，在基坑开挖过程中可能会出现基坑突涌现象，对基坑工程具有很大影响，需要在施工过程中进行有效降水，保证基坑无水作业，避免突涌事故发生。3基坑支护方案本基坑采用“地下连续墙+多道内支撑”的围护形式。主体基坑围护结构为 800 mm 厚的地下连续墙，墙缝采用800650 mm 三重管高压旋喷桩止水，端头井与标准段连接处（阴角、阳角）采用800650 mm三重管高压旋喷桩加固，临时立柱桩为1 000 mm 的钻孔灌注桩。主体基坑标准段基坑宽度为 20.3 m，开挖深度为18.218.8 m，支撑体系共设置 3 道内支撑，第一道为（800 mm900 mm）6 000 mm 钢筋混凝土支撑，第二、第三道为800（t=16 mm）3 000 mm 钢管支撑，如图 2 所示。为保证基坑钢筋混凝土支撑及钢支撑的稳定，在基坑中设临时格构立柱，用于支撑钢筋混凝土支撑及横向钢支撑，保证基坑的安全性和稳定性。单位：mm图 2基坑标准段横断面图两端头井基坑宽度为 25.2 m，开挖深度为 19.9 m，第一道砼支撑（800 mm900 mm）及第三道砼支撑（1 000 mm1 000 mm），第二道及第四道钢支撑800（t=16 mm），钢支撑使用钢筋砼腰梁（1 100 mm1 100 mm）作为围檩，第三道砼支撑使用钢筋砼腰梁（1 300 mm1 200 mm）作为围檩，加设钢筋砼角撑，一道钢管倒撑800（t=16 mm）。基坑西端头井横断面如图 3 所示。500800（t=16）800（t=16）50021 45024 00024 000Science and Technology&Innovation科技与创新2023 年 第 13 期115单位：mm图 3基坑西端头井横断面图4施工关键技术针对基坑场地的工程地质条件和周围环境，采用以下几项关键技术来保证施工顺利进行。4.1深基坑降水施工本工程基坑承压水层位于角砾土层中，该层顶面埋深为 10.1512.2 m，层底面埋深为 16.018.3 m，而地面高程为 25.6526.47 m。为保证基坑开挖期间干燥的作业环境，采用管井降水对场地角砾土含水层中的地下水进行控制。依据本地区地铁车站降水施工经验，单井有效抽水面积一般为 500 m2。结合该基坑情况，共布置降水井 10 口，观测井 2 口。真空车降水井管管径为 250 mm，下部是桥式滤管和沉淀管。上段 48 m 是平管，管顶约 4 m 用优质黏土封实。管节 6 m 左右，运至现场后包滤布和拼装。井口高于地面 0.2 m，以防止地表水渗入井内，采用优质黏土或水泥浆封闭，深度不小于 4 m。主体结构基坑开挖前 30 d、附属结构基坑开挖前20 d 采用内井点对坑底进行预降水、疏干，基坑土方开挖前基坑坑内降水深度控制在坑底以下 1 m。4.2深基坑土方开挖待整个基坑围护封闭，地下连续墙达到设计强度后，即可进行土方开挖。基坑开挖分段、分层、分单元实施，分段开挖以设计分段为准，每段开挖完成后立即浇筑素砼垫层和底板；分层开挖以设计支撑位置顶部为层高；开挖以6 m 宽（2 根支撑）为 1 单元，每单元采取先挖中间、再挖两侧土体，预留护壁土的方式，如图 4 所示。图 4基坑土方横向开挖示意图为减少时间延误，遵循“时空效应”原理，采用小型液压挖掘机在基坑内挖掘、水平驳送，借助长臂挖机进行土垂直运输。在基坑的两侧预留土堤护壁，以减少因开挖卸载而引起的基坑变形。在粉质黏土、含角砾黏土、角砾土地层成槽时，采用泥浆护壁技术进行槽壁控制，避免因泥浆沉淀导致塌孔。穿越中等风化泥质粉砂岩时采取冲击洗槽来解决遇到的成槽困难。4.3深基坑纵坡稳定性控制车站基坑开挖过程中，为防止边坡破坏，需加强纵向土坡稳定控制。采用砼与钢支撑相结合的混合支撑方式，分层开挖，先挖到第二道撑后，再放坡开挖，2 0002 00021 82024 000800（t=16）科技与创新Science and Technology&Innovation1162023 年 第 13 期降低纵坡高度，避免放坡过长、过高。在每层土间设置 610 m 平台，动态坡度不大于 12，纵向总坡度不大于 13，如图 5 所示。边坡铺设塑料膜防止暴雨冲刷，同时在坡脚设置集水沟，配备大功率水泵抽水，防止坡脚浸水。图 5基坑土方纵坡示意图4.4深基坑施工监测为确保施工过程中轨道交通车站基坑的安全及稳定，正确指导施工，必须对地铁车站进行必要的监测，监测范围为基坑施工区域周围 3 倍基坑开挖深度。监测内容包括墙体变形、墙顶沉降与位移、墙内钢筋应力、支撑轴力、土压力、临时立柱竖向位移等工程自身监测，以及基坑周围地表沉降、地下水位、周围建筑物沉降、周围管线变形等周边环境监测。在本工程施工过程中，经监测，深基坑工程自身变形量及周边环境变形量均在规范允许范围内，深基坑现场安全稳定。5结束语本车站已建设完成，经验收合格。在车站深基坑施工过程中，对周边环境进行了有效的保护，未造成安全隐患。深基坑本身也未出现边坡破坏、突涌等现象。本工程对于类似复杂地质条件下的深基坑施工具有一定的指导意义。参考文献：1郑刚，朱合华，刘新荣，等.基坑工程与地下工程安全及环境影响控制J.土木工程学报，2016，49（6）：1-24.2高广运，高盟，杨成斌，等.基坑施工对运营地铁隧道的变形影响及控制研究J.岩土工程学报，2010，32（3）：453-459.3郑红军.地铁深基坑钢支撑失稳的受力分析J.河南科技，2020，39（29）：122-124.4尤斐.建筑工程基坑围护方面的施工技术研究J.河南科技，2017（5）：120-121.5周浩文，邱丁山，邹先义.基于 FLAC3D 的深基坑土钉墙支护数值模拟J.河南科技，2019（5）：132-134.6饶运东，钟秀梅，杨红坡，等.紧邻地铁隧道超深基坑施工变形综合控制技术研究J.土工基础，2022，36（5）：724-729.7杨骏，李夫杰.深基坑施工对临近地铁盾构隧道的影响原理及规律研究J.南京理工大学学报，2016，40（4）：493-503.8孙锦剑.型钢斜撑在深基坑工程中的应用J.河南科技，2021，40（16）：99-101.9施有志，刘旭东.地铁“先隧后站”车站基坑施工力学效应分析J.地下空间与工程学报，2022，18（4）：1328-1337.10冯龙飞，杨小平，刘庭金.紧邻地铁侧方深基坑支护设计及变形控制J.地下空间与工程学报，2015，11（6）：1581-1587.11肖武权，冷伍明，律文田.某深基坑支护结构内力与变形研究J.岩土力学，2004（8）：1271-1274.12徐江，龚维明，穆保岗，等.软土区某地铁深基坑施工过程数值模拟及现场监测J.东南大学学报（自然科学版），2017，47（3）：590-598.13刘玉健.湿陷性黄土地质地下通道深基坑施工技术研究J.河南科技，2021，40（1）：92-94.作者简介：李艳娥（1984），女，湖北武汉人，大学本科，高级工程师，主要从事市政工程施工工作。（编辑：丁琳）（上接第 112 页）4结束语本文在对青岛地铁列车自动清洗机洗车效果不佳问题进行系统性分析和总结的基础上，结合现有设备，从机械和电气两方面提出了改善方案，通过设备的升级改善，电客车车体清洁度得到显著提高，达到了预期效果，有效解决了洗车质量不高的问题。参考文献：1陈洪科.提升列车自动清洗机洗车效果的技术措施J.机电工程技术，2021，50（4）：282-284.2