承压水地层中施工换乘车站盖挖半逆核心技术研究

第1章绪论

1.1研究依托工程背景及意义
1.1.1工程背景
(1)天津地铁6号线概况
天津地铁6号线，北起东丽区新外环东路站，南至津南区咸水沽站，是中心城区西北半环线路，沿线经过东丽、河北、红桥、南开、河西、津南六个行政区。线路全长56.13km，其中地下线54.15km，高架线及地面线L6km,共设50座车站，其中地下站49座，高架站1座，于2012年全面开工建设，设9个换乘站。

(2)天津地铁6号线红旗南路站概况
车站位于天津市南开区交通繁忙的主干道红旗南路与迎水道交口处红旗南路西半幅下，线路为南北走向。车站与天津地铁3号线红旗南路站T形换乘，为地下三层岛式站台，换乘结点长36.3m，位于6号线红旗南路站中间位置，换乘节点在地铁3号线施工时已施做；3号线已于2012年投入营运，6号线深基坑施工可能将对已营运的3号线盾构区间造成影响。天津地铁6号线与3号线红旗南路站平面位置见图1-2。
车站起讫里程DK24+132.997~DK24+279.047，长146.050ni，站台宽12.7m，左右线间距15.7m，有效站台长118m。标准段主体结构采用双柱三跨三层框架结构，车站立柱纵向柱距为9.75m，主体箱体宽22.1ni，基坑深度22.781m,覆土约2.2m;盾构井基坑深约24.4m，宽25.9m，在地下三层设一道钢筋混凝土支撑。车站南北两端设盾构接收井，车站盾构井在盾构区间施工完成解体提升出车站后方可封闭车站盾构井盖板、中板结构，在车站施工两端侧墙结构时预留盾构区间接口，便于盾构区间出洞。车站基坑典型横断面见图1-3，车站平面图见图1-4，盾构井段结构横断面见图1-5。



..............................................

1.2研究依托工程特点及技术难点
1.2.1工程特点
地下水位高，车站位于城区且与3号线T形换乘，安全文明施工要求高。车站位于城区，地下水丰富，周边建筑多，且车站与既有3号线T形换乘，施工对既有3号线盾构区间可能会造成影响，一旦3#线停运，社会影响极坏；天津市将该站作为重点监控对象，施工安全、环境保护、文明施工要求较高。
1.2.2技术难点
(1)深基坑施工对周边环境的保护
既有线盾构区间保护：采取措施确保车站施工不影响3号线正常营运是重大难题。超大深基坑施工安全：车站盾构井段基坑深24.5m，标准段深22.5m，基坑支护采用封闭止水措施，地下水丰富，围护结构易渗漏，基坑易失稳；基坑地表为市政干道，车辆等碾压振动对基坑安全控制不利。
建筑物保护：距车站北端头井基坑11m有一栋80年代6层砖混结构的迎水东里6号居民楼，房屋附近车站基坑开挖深24.5m,基坑开挖、围护结构渗漏易造成居民楼基础产生不均勻沉降。
(2)围护结构渗漏
车站基坑地下水位高，地面下2.58-2.8m有微承压水，围护结构施工质量和止水效果对基坑施工的影响至关重要，围护结构一旦出现渗漏或地下水从围护结构底部绕流，或围护结构未穿透隔水层，必将导致承压水进入基坑，制约深基坑开挖。
(3)降水施工
车站深基坑地下水位高，围护结构封闭止水及是否穿透结构底板下隔水层将制约基坑施工。北侧基坑内面积1090 m设置20根格构柱；南侧基坑1300 m%设置28根格构柱；基坑内必须设置多口降水井和减压井方可降低地下水位，狭小幵挖作业面降水井布置对降水效果、降水井保护都是难题。同时，车站基坑底部隔水层厚度是否满足承压水层压力，防止基坑开挖出现突涌水，基坑外也应设置承压水减压井，启动基坑外减压井将对地面、周边建构筑物、既有线造成沉降变形。
因此，降水是施工技术难点之一。
(4)基坑开挖
①分层开挖作业高度受到限制，车站采用盖挖半逆作法施工，顶板、中板在分层开挖后立即施工，分层开挖作业高度受到限制，从上往下4层开挖高度分别为5250rnm、6160mm、3551mm、3349mm,尤其是负三层作业空间高度受到极大限制。
②车站基坑内的48根格构柱和多口降水井制约基坑开挖设备作业半径和施工效率，格构柱将基坑划分为小空间开挖；加之基坑内设置降水井，这对基坑开挖机械设备的作业半径形成较大制约。
③基坑开挖过程中如何防止基底突涌水，开挖与围护结构渗漏水处置时机的协同关系，基坑内降水井保护，既有线的变形影响控制标准及保护措施等均是技术难题。
.....................................

第2章地连墙施工及渗漏水探测治理技术

车站基坑开挖最大深度达24.4m，地下水位高，围护结构对深基坑施工安全影响至关重要。

2.1围护结构选择
针对车站基坑及水文地质条件，基坑施工必须设置封闭止水围护结构，可供选择的围护方案如下。
(1)方案一：密排钢筋混凝土灌注桩和水泥土搅拌桩组合式围护结构
该方案是同类基坑围护工程设计采用比较广泛的一种围护型式。作为临时性围护结构，密排钢筋混凝土桩和水泥土搅拌桩组合式围护结构挡土、防渗、截水有很大的优越性，也可取得较好的技术经济效果。但在深基坑围护结构施工中，由于揽拌机械在钻孔深度达到22m以上时，不能保证基坑全部封闭，尤其是在底部成柱及咬合效果差，在基坑降水过程中不利于地面建构筑物及地下管线沉降控制，并可能会引起地面建筑物的较大不均勻沉降。因此，本工程不宜采用此围护结构型式。
(2)方案二：钢筋混凝土地下连续墙围护结构
方案二在软土高水位地层超深基坑中应用效果较好的围护结构型式之一。钢筋混凝土地下连续墙刚度大，整体性能好，同时又可兼做基坑止水帷幕，并且可以使临时围护结构成为永久结构的一部分和内衬墙组成复合式结构。但造价略高于钻孔灌注桩加水泥土搅拌桩组合式围护结构方案。
(3)方案三：钢筋混凝土咬合桩围护结构
咬合桩是通过钢筋混凝土灌注桩相互咬合形成挡土、止水围护结构。咬合桩施工工艺简单，可以减短施工周期，降低造价，但常规工艺和机械设备施工咬合桩在厚砂层中有一定难度，施工机械也比较缺少。
..........................................

2.2围护结构计算
基坑土层条件及结构支护、基坑抗隆起稳定安全系数等对围护结构水平位移有一定影响[23][24][25]。
1.围护结构类型及主要设计参数
采用地下连续墙围护内撑式结构型式，墙厚1000mm。车站基坑为较规则的长条形基坑，利用结构顶、中板及钢筋混凝土支撑作为内撑体系。车站标准段主体结构在地下三层设一道支撑，风道和出入口采用两道支撑。
2.计算图式及荷载图式
基坑开挖时地连墙围护结构承受全部的土压力、施工荷载和水压力。采用同济启明星“深基坑围护结构分析计算软件”计算。将变形过程和结构受力划分为相对独立的阶段；考虑各阶段结构受力及变位的继承性；坑底以上主动土压力按三角形分布，坑底以下土压力按矩形分布，用水平弹簧模拟坑底地层对护壁桩(墙)的约束作用。
计算简图和计算结果见图2-1。

3.主要计算参数及荷载
按照地质报告提供的每层土的参数进行计算。C、V取用固结快剪指标。盾构井处考虑地面超载30kpa，标准段地面超载20kpa。
4.基坑稳定分析
基坑稳定性验算满足要求，基坑整体稳定性抗力分项系数1.78〉1.2;坑底土体抗隆起稳定性分项系数2.6〉2.5;抗倾覆安全系数1.32〉1.2，墙底抗渗系数2.61 >2.0。
5.入土深度的比选和确定
根据基坑深度的不同，按照《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012)，嵌固深度由抗倾覆、抗滑移、整体稳定、抗隆起来确定。
....................................

第3章承压水超深基坑降水施工技术研究....................................37
3.1封闭基坑疏干降水....................................37
3.1.1疏干井计算....................................37
3.1.2基坑内降水井构造....................................38
3.2基坑底板抗突涌稳定性验算....................................39
3.3基坑降水井布置....................................41
3.4深基坑降水异常处理....................................42
3.4.1抽水试验方法....................................42
3.4.2降水异常处理技术....................................44
第4章基坑开挖及结构施工关键技术....................................47
4.1盖挖半逆作法顶板结构施工....................................47
4.2水平运输及垂直提升系统....................................47
4.3 土方分层幵挖关键技术....................................48
4.4盖板半逆作法中板施工关键技术....................................50
4.5换乘节点地连墙拆除及防水处治....................................51
4.6盖挖半逆作法侧墙施工关键技术....................................52
4.7基坑开挖变形分析....................................54
4.7.1地表沉降....................................56
4.7.2基坑边建筑物沉降....................................57
4.7.3负三层混凝土支撑轴力....................................58

第5章盖挖对换乘站的影响分析和保护

城市轨道交通地下工程因其所处的城市周边环境比较特殊，大部分是深基坑工程。基坑施工影响范围内存在轨道交通工程、既有建（构）筑物、道路、地下设施、地下管线、岩土体及地下水体等。工程实施过程中存在一定程度的风险，而此类风险工程可分为工程自身风险工程和环境风险工程。为做到有效控制工程建设风险或规避安全风险，降低各类风险事故的发生频率和损失，确保车站施工质量、安全、进度、效益等各项目标，应分析工程风险并采取有效措施控制风险。

5.1车站风险分析
(1)自身风险
车站为地下三层站，车站主体基坑深度标准段为22.8m，盾构井处为24.4ni，盖挖半逆作法施工，属深基坑开挖。微承压水稳定水位埋深约为2.58m?2.80m。车站坑底存在较厚承压含水层；围护结构标准段深约39.9m、盾构井深约42.9m。已隔断第一层承压含水层，墙底以下仍有⑨2、⑨9粉砂层，分布较厚，第二层承压水水层联系密切，地连墙难以穿透，地质水文情况较复杂。按计算须将承压水头降至约-14.000标高处。但在3号线先期换乘节点施工过程中，设置的减压井均未启用，深层承压水对基坑并未构成渗流及坑底突涌风险。基坑安全风险等级为I级。
(2)环境风险
盾构E间分析：车站与地铁3号线T形换乘，邓-周区间为双盾构接收井，盾构埋深约15.5m,距6号线底板约7.3m，管底位于⑥1粉粘、⑥2粉土中，管片外缘距6号线车站基坑最近水平距离为7.6米。盾构接收加固设计在靠近盾构井横端头地连墙800mm以外部分采用水泥土搅拌桩加固，水泥掺量18%，桩径700inm，间距500_。剩余部分采用高压旋喷桩加固，桩径600nim,间距450mrn。加固宽度为盾构区间两侧各3m，加固深度为盾构区间顶底各3m，加固长度为10米。
周边环境：车站西北侧迎水东里为7层砖混结构，按板基础，于1984年竣工，距车站小里程盾构井外轮廓约11m;车站东侧华城宾馆为6层框架结构，1985年梭工，距E号出入口明挖段外轮廓约16.8m。3号线已施工的附属结构为地下单层，坑深约为9.2m，与6号线地下三层车站基坑相邻。基坑东侧分布多条管线，其中包括燃气管线、35kv电力管线、输配水管及雨、污水管，管线距车站基坑最近距离约8m。

5.2风险计算分析[60]
5.2.1车站自身风险计算分析
车站主体采用盖挖逆作法施工，基坑围护结构采用整体刚度大，止水性能好的钢筋混凝土连续墙结构，连续墙厚1000mm。车站利用盖挖顶、中板作为水平支撑，并在盾构井和标准段的地下三层分别增设一道钢筋混凝土支撑。
........................................

结论

天津地铁6号线红旗南路站位于天津市南幵区交通繁忙的主干道红旗南路与迎水道交口处红旗南路西半幅下，为地下三层结构深基坑，地下水位高，水文地质复杂，周边建构筑物和地下管线繁多，车站施工与己营运的地铁3号线红旗南路站T形换乘，加之车站围护结构在抢工期间施工，基坑开挖施工安全风险大。针对承压水复杂地层深基坑围护结构渗漏、基坑隔水层未彻底隔断第二层承压水情况下的降水难题、换乘车站盖挖半逆作法开挖风险、基坑开挖对营运中的T形换乘站地铁3#线盾构区间的保护等难题，幵展了一系列有针对性的研究，得出以下初步结论：
(1)地下连续墙围护结构渗漏水探测
地下水位高的承压水海陆相沉积层地铁深基坑宜采用地下连续墙作为围护结构，地下连续墙施工应控制好成槽、接缝质量，施工控制不当极易导致地下连续墙接缝夹泥、墙体质量缺陷；导致基坑降水无法将基坑内水位降低至底板以下；为了有效整治围护结构渗漏，必须采取有效措施探测地下连续墙渗漏缺陷部位，才能为制定有针对性处治措施提供依据。通过开展试验研究，地下连续墙渗漏水探测详细分析地下连续墙施工记录，可采用围护结构接缝外注颜料+坑内抽水、移动渗漏水探测、抽水试验方法进行探测，综合分析判断基坑围护结构是否渗漏水，实践证明探测方法是行之有效的。
(2)基坑封闭止水围护结构渗漏水封堵
通过方案比选和施工验证，地下连续墙接缝外侧采用双高压旋喷桩加固、接缝外注水泥水玻璃双液浆、地连墙接缝内侧釆用钢板封堵的综合处治措施，能够有效的降低地下连续墙渗漏水风险，为基坑开挖施工创造有利条件。
地下连续墙墙体缺陷应通过钻孔、雷达探测分析缺陷范围，采用在缺陷墙体外侧注水泥水玻璃双液浆、地下连续墙缺陷位置先期施工混凝土围檩和水平支撑、缺陷墙体对应车站结构侧墙提前施工处治措施，之后在墙体外侧施作双高压旋喷桩加固；综合处治措施有效的加固了围护结构，确保了安全。
(3)承压水超深基坑降水
承压水封闭止水围护结构超深基坑应通过抽水试验，分析分层土体渗透性，判断基坑底部隔水层是否存在水力联系。通过计算确定适宜的基坑内疏干井数量及布置位置，计算分析承压水层基坑底板抗突涌水风险、基坑开挖是否需要降低承压水水头高度。
......................................
参考文献（略）