王学明

(中铁十八局集团第四工程有限公司，天津 300000)

随着城市的快速发展，城市地面交通越来越拥堵，为了缓解交通压力，很多城市开始修建地铁。在地铁的修建过程中，地铁车站一般位于城市建筑、人口比较密集的位置，由于受周边复杂环境的影响，地铁车站基坑工程引起设计单位和施工单位的关注，基坑围护结构的选型和施工方案受周边环境影响较大。本文结合工程实例，探讨地铁车站基坑围护结构的选型及针对围护方案采用的主要施工技术。

一、内撑式围护结构的特点

目前，基坑围护结构的类型主要有放坡开挖、内撑式围护结构、悬臂式围护结构和重力式围护结构，本文只介绍内撑式围护结构的特点。由于内撑式围护结构具有刚度大、变形小的特点，因此在地铁车站项目中较为应用广泛，分为挡土结构和内支撑结构。其传力路径明确，由土压力和水压力到挡土结构再到内支撑，在地下水较浅或较多的地方挡土结构还可以作为止水帷幕，有效承担了水压力和防止了水体的渗漏问题，常用的挡土结构有混凝土排桩、钢板桩、地连墙等。内支撑结构有混凝土支撑和钢支撑，在一些工程项目中会采用混合支撑，即第一道采用混凝土支撑，第二、三道采用钢支撑，钢支撑施工灵活、安全环保，混凝土支撑刚度大、整体性好，变形小，混凝土支撑把力安全有效传递给钢支撑，解决了基坑的变形和稳定问题，绿色环保，有效缩短了工期，保证了施工质量。

表1 基坑开挖周边环境

表2 基坑开挖周边地下管线

二、工程案例

（一）工程概况

某地区地铁车站项目，车站总长度为195米，基坑开挖深度为16.4～18.4米，共设计了4个出入口，包括1个预留出入口，车站两端部均与隧道相连，考虑到两端隧道后期施工出土问题，在两端预留了出土条件。本项目基坑南北两侧为市政道路，基坑周边60米范围内的建筑物如表1所示，地下管线情况如表2所示。

（二）工程地质和水文地质情况

依据地质报告，本工程属于“上软下硬”的地质情况，土体从上到下依次为杂填土、黏土、灰岩和溶洞。不良地质条件为溶洞，根据地质报告显示，溶洞少量为半填充或未填充，大多为全填充，填充物为黏土和风化岩块。

本工程的地下水由上层滞水和碳酸盐岩裂隙岩溶水组成。上层滞水主要由地表水体渗透、大气降水等形成，只有在大雨和地表水体渗透补给充分的时候才会有短暂的滞水，主要赋存于杂填土层中。

碳酸盐岩裂隙岩溶水，主要赋存于灰岩中。依据本工程抽水试验结果可知，多数孔点基岩中含水量少，无明显的回水补给，及个别孔点基岩中含水量多，基岩层含水量分布不均。

（三）基坑围护结构选型

依据本工程周边环境和水文地质情况，本工程基坑开挖形式采用明挖法，基坑围护结构采用“吊脚桩+内支撑+锚喷支护”。车站基坑围护结构如下附表1所示。

（四）吊脚桩有限元对比分析

本工程采用MIDAS有限元分析软件，对吊脚桩在基坑开挖阶段的变形情况进行了数值模拟。采用M-C本构模型来模拟吊脚桩与围护结构的变形，定义为弹塑性材料；围护结构与支撑间采用弹性单元，定义为弹性材料；锚索自由段采用植入式桁架单元，锚固段采用桁架单元。

根据有限元计算结果，吊脚桩最大变形为1.38mm，位于第二道钢支撑处，查看监测结果吊脚桩最大变形为1.76mm，可知有限元的计算结果与实测值接近。有限元模型能够较准确地反应本工程的基坑围护结构体系。

（五）主要施工技术

1.钻孔灌注桩施工顺序及技术要点

（1）为了方便基坑的开挖，先需要平整场地，场地平整完后，进行围护桩的定位，并在其周围设置保护桩，方便以后核对桩位；（2）制作护壁泥浆工作，护壁泥浆的黏度、pH值、砂石配料等需要满足规范要求，在施工过程中需对泥浆的性能指标进行实时检测，依据实际情况随时进行调整，保证孔的施工质量和安全；（3）埋设护筒工作，埋设护筒时利用人工和机械相结合的方式施工，避免桩中心偏差、倾斜超出规范规定的范围，施工完成后及时回填夯实护筒外侧土体，避免护筒发生沉降和位移；（4）钻机成孔作业，先将钻机放置到指定位置，钻机刚开始工作，为避免塌孔或孔位偏移，钻机速度不应太快，为避免斜孔，要时刻监测钻机的平整度和钻杆的垂直度，整个成孔过程中尽量不要停钻，如有特殊原因需要停机，需确保孔内泥浆的黏稠度、比重满足规范要求；（5）清孔、成孔检查工作，清孔过程中应及时补充泥浆，泥浆密度控制在1.15～1.25之间，用泥浆循环清理孔底沉渣，当孔底清理干净后，检查成孔质量是否满足要求，检查内容包括：孔径、孔深、孔的垂直度、孔的中心位置、孔底沉渣；（6）钢筋笼制作与吊装，在制作钢筋笼的过程中，应注意钢筋的除锈调直，依据设计图纸制作，钢筋笼制作好之后按照类别堆放在指定位置，确保底部架空，吊装过程中，用机械吊装钢筋笼，人工辅助钢筋笼对正孔位，避免碰撞孔位，钢筋笼吊放示意图如图1所示；（7）灌注混凝土工作，灌注前需先进行导管水密性试验和接头抗拔试验，且导管安装到合理位置，不要埋入太深，以防钢筋笼上浮和混凝土堵管，导管安装好之后，需利用导管再次清孔，使泥浆各项指标满足规范要求，然后连续浇注混凝土，避免中断，防止灌注桩出现空心或断桩情况，最后拆管时慢慢提出导管，禁止将导管提出混凝土面，灌注桩浇筑结束后，待强度达到规范要求后，需对灌注桩桩身完整性进行检测，待检测合格后才能继续施工。

图1 钢筋笼吊放示意图

2.钢支撑施工顺序及技术要点

首先依据设计图纸将钢围檩、钢支撑加工完成，由于本工程最长钢支撑长度为22.8米，选择臂长34米、工作范围为22米，额定起重量为16.5吨的起重机吊运钢支撑。支撑的安装与基坑开挖同时进行，遵循“随挖随撑”的原则，当围护桩施工好后，先安装钢围檩，安装钢围檩时，应定位钢围檩的轴线和标高，定位准确后将钢围檩与三脚架焊接，同时找平围护桩与围檩之间的缝隙，当两者缝隙无法找平时，可以在缝隙处加钢板垫块，确保支撑轴向传力；随后安装钢支撑，为了确保钢支撑顺利安装，防止因基坑位移引发支撑脱落，于支撑两端分别焊接4个“”型焊件，短边焊接于支撑端板或活络端端板上，长边焊接于钢支撑上。支撑安装完成后，检查支撑的各项指标，满足设计施工要求后开始施加预应力，在施加预应力的过程中，应观察支撑预加轴力数值的变化及支撑的连接和变形，如果出现预加力损失时，将预加力加到设计值，找出预加力损失的原因，做好记录工作，预应力施加到设计值后，把斜铁钢楔安放到活络头固定住钢支撑。

3.锚索施工顺序及技术要点

首先依据设计图纸定位出锚孔的位置，锚孔的定位的误差需满足规范要求，一一核实，如出现误差超出规范规定，应重新定位。其次泥浆护壁，采用潜孔冲击钻成孔，钻孔过程中，钻机保持与孔壁垂直，防止偏斜，钻孔深度不应超出设计值0.5米，在钻孔完成后再稳钻1～2分钟，保证钻孔深度和孔径满足设计要求，随后用高压空气将孔内杂物清理干净，为了保证孔壁的完整性，禁止用高压水清理。然后锚索按规范要求组装好，随后安放锚索，将注浆管底口封堵，锚固段做成花管形式。安装锚索时，检查排气管和止浆密封装置是否工作正常，如不能正常工作，应及时找到原因，使之正常工作。锚索安装好后，因在锚孔周围布置波纹管，防止塌孔。锚索注浆时，控制好注浆压力、水灰比及灰砂比等注浆质量，分两次注浆，第一次用水泥砂浆，第二次用纯水泥砂浆。之后锚索腰梁施工，注意处理腰梁与围护桩之间的缝隙，两者之间的缝隙用材料填充，同时保证腰梁上的钢垫块与锚索保持90度。最后锚索预应力张拉施工，用隔一拉一的方法对锚索张拉，张拉前做好读数、监测设备的检查工作，待锚固强度达到设计要求后开始张拉，张拉过程中，采用预张拉措施使锚索平直且与各部位紧密贴合，锁定前应考虑锁定期间的预应力损失，张拉结束后锁定。然后给自由端注浆，待强度满足要求后，先封锚锚头，留出60～100mm的钢绞丝，切除其他的钢绞丝，给材料涂刷防锈剂等，保证钢筋保护层的厚度大于50mm，用C25细石混凝封锚。

4.喷锚施工顺序及技术要点

基坑开挖到工作面时，对基面及时处理，减少坡面外露时间，先在基面喷50mm厚的混凝土，然后测放出锚孔位置。钻孔时注意锚孔的倾角，用风动潜孔锺，钻机的高程、就位差应满足规范要求；钻孔过程中不得随便调整压力，保持钻压和进尺速度的稳定。遇到破碎岩石时应采用低钻压，防止碎石伤人，保证施工安全，遇到完整岩石时可采用高钻压，在保证安全的前提下，尽快完成钻孔工作。钻孔工作完成后，开始岩石锚杆的施工工作，清理干净孔内的杂物，固定好锚杆后，对锚杆注浆，挂φ8@200×200钢筋网，第二次喷射混凝土至100mm，钢筋网之间要可靠连接，避免混凝土复喷时振动，按要求做好混凝土终凝后的养护工作，确保混凝土的施工质量。

附表1 车站基坑围护结构

三、结语

本文以新建项目的围护结构为研究对象，依据工程地质、水文条件，结合周围建筑物分布和地下管线的布置情况，选取了适合本工程的基坑围护结构，通过有限元分析软件，对吊脚桩进行了分析对比，详细介绍了钻孔灌注桩、钢支撑、锚索、喷锚的施工顺序及主要技术要点，确保了施工的安全与进度，可以为类似工程的施工要点提供参考依据。