高压线下地铁车站深基坑围护结构设计与施工

2022-02-09高扬

交通科技与管理 2022年1期

高扬

摘要苏州轨道交通6号线苏胜路站主体基坑采用地下连续墙作为围护结构，局部上方有220 kV高压线横跨，经过对围护结构设计方案进行经济技术比选，基坑采用低净空成槽技术满足高压线下安全要求，并提出相应的施工技术、安全措施。经实践证明，设计与施工方案安全有效，可为高压线下地铁车站基坑围护工程提供参考。

关键词高压线;基坑围护;低净空成槽

中图分类号 TU744 文献标识码 B 文章编号 2096-8949（2022）01-0133-03

0 引言

架空高压线下施工地铁车站深基坑，通常因断电影响居民、工业用电，迁改或升塔费用非常高，审批流程非常长，所以应尽量避免迁改或改造高压线，从而使得工程自身的施工工法需要做出针对性的改变。目前，国内已有学者对高压线下基坑工程展开了论述与总结，如薛永健等总结的高压线下地下二层车站基坑TRD工法应用[1];王艳伟论述的高压线下地下二层车站基坑低净空成槽工法应用[2];段瑾总结的高压线下地铁附属基坑钻孔灌注桩+高压旋喷桩止水帷幕工法应用[3]。但这些论述与总结，均以地下二层车站或附属基坑工程较多，对于地下三层站基坑研究与应用较少，因此，该文对高压线下地下三层车站基坑进行工法的技术经济比选论述，并提出相应的施工技术和安全措施。

1 工程概况

苏州轨道交通6号线苏胜路站位于星塘街和中新大道东路交叉口，沿中新大道东路南侧东西向布置，与5号线节点换乘，与远期S2线通道换乘。为14 m站台地下三层岛式车站，主体长186 m，站台中心处宽24.1 m，站台中心顶板覆土约3.1 m，车站基坑开挖深度约25 m（站台中心处）。

现车站中部上方有220 kV高压线横跨车站，由于热胀冷缩原理，高压线在夏季时垂悬的幅度最大，测得高压线夏季悬高为19.6 m，两侧边导线间距为11 m。根据《施工现场临时用电安全技术规范》（JGJ 46—2005）第4.1.4条，在外电架空线路附近吊装时，起重机的任何部位或被吊物边缘在最大偏斜时与架空线路边线的最小安全距离应满足相应要求。220 kV高压线情况下，安全距离沿垂直方向和沿水平方向均为6 m，因此安全起重吊装空间只剩下13.6 m高度。受高压线安全净空影响的宽度为23 m，影响范围外基坑围护均采用1 000 m厚地下连续墙，如图1所示。

2 工程地质条件

苏胜路站勘察所揭露的76.3 m深度范围内浅土层为第四纪全新世至早更新世沉积的疏松沉积物，以黏性土为主，基坑开挖范围内土体自上而下主要为：①1填土、①3素填土、③2粉质黏土、④1粉质黏土、④2粉土夹粉砂、⑤1粉质黏土、⑤1a粉质黏土夹粉土，底板落于⑤1a粉质黏土夹粉土。

对该工程有影响的地下水主要为潜水、微承压水及第I承压水三类，潜水主要埋藏于表层填土中，埋深约为1.28～1.83 m;微承压水位于④2粉土夹粉砂层中，埋深约16 m，层厚约2 m，稳定水头标高为1.35 m。第I承压水位于⑦2层粉土夹粉砂、⑦4层粉土、⑨粉土层中，埋深约37 m，层厚约8.1～16 m，稳定水头标高为-1.91 m。

3 设计分析与工法选型

苏胜路站处于中新大道东路下方，西侧为已施工的地铁5号线，南侧为奥体中心消防车道，车站周边环境较复杂，施工空间有限，基坑安全等级及变形控制等级均为一级。结合现场条件及以往工程经验，可供选择的围护结构形式有地下连续墙、钻孔咬合桩、钻孔灌注桩，止水帷幕的形式有三轴搅拌桩、旋喷桩、MJS工法、TRD工法。

3.1 各工法特点及适用性

3.1.1 地下连续墙

地下连续墙是苏州市地铁深基坑工程中最成熟、最常见的支护形式。地下连续墙墙体刚度大，封闭连续浇筑，整体性好，因而结构自身和周边环境变形较小，止水效果好，对周边建（构）物的影响较小，基坑安全较易控制[3]。

地下连续墙的成槽方式有普通抓斗式成槽、冲击钻成槽、低净空成槽。普通抓斗式成槽最为常用，适合多数地层，成槽质量较好，止水效果好，但设备高度约16 m，操作净高不满足要求;冲击钻成槽适合各种地层，但成槽垂直度控制难度较大，可能出现侵限问题;低净空成槽与普通抓斗式成槽有同样的质量优势，而且设备高度仅为5～8 m，操作净高满足要求。

3.1.2 钻孔咬合桩

钻孔咬合桩是采用全套筒冲抓机械成孔，素混凝土桩与钢筋混凝土樁互相咬合排列的一种基坑围护结构。具有如下优点：①套筒边压入边纠偏，垂直精度可控;②抓斗在套筒内取土，无须泥浆护壁，可减少工程施工对环境的污染;③套筒护壁，可有效防止孔内塌孔，成桩质量高;④桩与桩互相咬合，止水效果好。缺点一是施作二序桩时，一序桩可能出现混凝土管涌现象;二是对一序桩的混凝土缓凝时间、二序桩的施工时间有特殊要求，必须在一序桩混凝土终凝前完成二序桩的切割成孔[4]，施工质量受工序衔接影响大。

3.1.3 钻孔灌注桩+止水帷幕

钻孔灌注桩围护是地铁深基坑施工使用较为广泛的工法，具有工艺成熟、施工简单、施工速度快的优点，缺点是需要止水帷幕辅助止水，并产生大量泥浆，易污染环境。止水帷幕的形式有三轴搅拌桩、旋喷桩、MJS工法、TRD工法。

（1）三轴搅拌桩利用搅拌桩机将水泥喷入土体并充分搅拌，产生物理化学反应，使软土硬结而提高地基强度，并达到止水作用。三轴搅拌桩设备机身高度达到30 m以上，对于高压线下13.6 m的净空要求，明显不能满足，另外占地面积大，对场地要求高。对于地下三层站，止水深度要求达到48 m，而三轴搅拌桩施工深度超过30 m时，垂直度难以控制，止水效果差。

（2）旋喷桩是利用钻机将带有喷嘴的注浆管钻进至预定土层后，用高压将浆液喷射，与土层凝固。具有施工方便、固结强度高的优点，但不适用于地下水流速过大的地层。高压旋喷管机高度约8 m，满足净空要求。与三轴搅拌桩类似，旋喷桩施工深度超过40 m时，垂直度难以控制，止水效果达不到要求。

（3）MJS全称全方位高压旋喷注浆系统（Metro Jet System），采用独特的多孔管和前端强制吸浆装置，实现了孔内强制排浆和地内压力监测，并通过调整强制排浆量来控制地内压力，使深处排泥和地内压力得到合理控制。和传统旋喷工艺相比，具有如下优点：①成桩直径大、质量好。在黏土层中，一般可形成直径约2.4 m的加固体;②设备高度4 m左右，占地小，场地适应性好;③加固深度大，可达到50～100 m;④可進行水平、垂直、360°全方位注浆。

（4）TRD（Trench cutting Re-mixing Deep wall）工法，又称等厚度水泥土地下连续墙工法[5]。工法流程是将链锯式刀具掘削至设计深度，再水平推进切割土体并注浆，使泥浆与土体搅拌混合并固结形成连续水泥土墙。TRD由于连续施工，墙体等厚，止水性能优异;设备高度仅约10 m，特别适宜净空受限的施工场地;最大施工深度可达60 m。

3.2 选型结果

鉴于该工程为地下三层站、基坑开挖深度达到25 m，围护结构深度约48 m，总围护长度46 m。通过计算，不同工法采用的构件尺寸与规模如表1所示，并进行经济比较。

普通抓斗式成槽地下连续墙、钻孔灌注桩+三轴搅拌桩止水围护由于高压线下安全净空要求不满足而不适用;冲击钻成槽地下连续墙、钻孔灌注桩+旋喷桩止水由于基坑过深，施工成型效果差而不适用，钻孔灌注桩+旋喷桩止水围护在类似地层的地铁深基坑中有渗漏水案例[3];钻孔灌注桩+MJS止水造价偏高;钻孔咬合桩虽然造价较低，但对于软土地区的地下三层车站，钻孔深度达到50 m的基坑，苏州市尚无工程经验。相比较而言，低净空成槽地下连续墙虽然造价稍高，但能确保地下三层车站深基坑围护效果和满足净空要求，且220 kV高压线影响范围外基坑围护均采用地下连续墙，可避免采用不同工法的接缝问题，降低工程复杂程度。

综上所述，220 kV高压线下车站深基坑围护方案采用低净空成槽地下连续墙适用、安全、可靠，经济合理。

4 施工措施

由于吊装净空限值，钢筋笼需要分为8节吊装，相对于整体吊装，槽壁暴露时间长，且地下连续墙穿越④2粉土夹粉砂层、⑦2粉土夹粉砂层，极易形成塌孔、缩孔。同时避免施工过程中机械设备触及高压线网安全红线，需从以下几点加强措施：

（1）为防止重复使用导致泥浆质量降低，每幅槽段均采用新浆，二次清孔时同样用新浆进行清孔。并在泥浆中适当加大重晶石粉用量以提高泥浆比重;加大CMC用量以提高泥浆黏度，增大槽内泥浆压力和形成泥皮的能力，从而达到更好的护壁和防坍效果。

（2）严格控制泥浆液位，保证泥浆液面比地下水位高0.5 m，并不低于导墙顶面以下0.3 m。施工中时刻注意泥浆液位，防止泥浆漏失并及时补浆[2]。

（3）施工过程中严格控制地面的重载，避免因附近施工荷载作用而造成土壁塌方。

（4）加强工序间的衔接，尽量缩短槽壁的暴露时间。钢筋笼每次对接时必须在一个小时内完成，在下放钢筋笼期间槽内泥浆要不定时进行循环，保证槽内泥浆的质量。

（5）应针对高压线的危险因素，搭设高压防护棚，（如图2所示），设置近电报警、防感应电等措施，确保施工人员、设备安全。

5 结论

对于低净空高压线下的地铁车站基坑工程，通过针对性的设计方案与施工措施，可保证施工过程安全，得出以下结论，可为其他类似工程提供参考。

（1）低净空高压线下地铁车站基坑围护结构选型，应综合考虑基坑深度、安全净空高度等因素，采用低净空成槽机成槽工艺既满足深基坑安全使用要求，也满足净空要求，且契合原本围护形式，降低基坑围护结构复杂性。

（2）现场施工时，应针对槽壁暴露时间长问题，制定具体的成槽与钢筋笼吊装、对接方案;针对高压线的危险因素，制定相应的安全措施。