汪 健 王 波 王世君

（广州地铁设计研究院股份有限公司）

1 工程概况

1.1 车站概况

儿童公园站为宁波轨道交通3、4 号线换乘车站，两站“T”型换乘。其中3 号线车站位于下方，4 号线在位于上方，两线车站同期实施。3 号线车站为地下三层车站，位于兴宁路与中兴路路口西北侧，主体大部分位于儿童公园内，车站西侧为现状中兴路。4 号线车站沿兴宁路北侧布置，为地下两层车站，车站在东北限设置3、4 号线联络线，联络线位于现状儿童公园内（见图1）。

图1 儿童公园站车站总平面图

3 号线儿童公园站站长302m，标准段宽23.1m。车站围护结构采用地下连续墙+内支撑体系，明挖顺作法施工。

1.2 工程地质与水文地质

勘察揭示：拟建场地地层均为第四纪沉积地层。在地面以下85m 深度范围内地层除①1 层属近代形成外，①2、①3、②、③层为全新世Q4地层，⑤、⑥、⑦、⑧层为晚更新世Q3地层，⑨层为中更新世Q2地层（见图2）。整套地层主要由粘性土、淤泥质土、粉性土、深层的砂土组成，地层分布规律较复杂。

图2 儿童公园站地质纵剖面图

对3 号线车站主体基坑影响较大的主要是I2层孔隙承压水，I2层孔隙承压水赋存于⑧1层粉细砂中，渗透系数约10-2㎝/s，透水性属中等，水量丰富，单井开采量200～1000m3/d，系市区地下水主要开采层之一，水温为19.5～20.0℃，水质为微咸水。⑧1层粉细砂：灰色，广泛分布，层位起伏相对较大，层顶埋深47.0～53.0m，层顶标高-49.76～-43.85m，厚度约为18～29m。密实状态，具中～低压缩性。标贯击数N 实测平均值为55.0，重型动力触探击数N63.5实测平均值为19.3。

表1 地层物理力学参数

2 围护结构总体方案的选择

3 号线儿童公园站为地下三层车站，受仇毕站～儿童公园站区间下穿甬台温铁路桩基标高控制，车站开挖深度较一般地下三层车站深约2～3m，标准段深度达到26.41m，端头井深度达到28.47m，属于软土地区超深基坑。根据地勘资料计算，⑧1层粉细砂承压水安全系数约为0.85，抗承压水系数不满足规范要求。该层承压水透水性属中等，水量丰富，降水对周边环境影响大，目前宁波地区尚未有降该层承压水的案例。考虑到中兴路西侧丹凤社区（60 余幢），中塘河以北的朱雀社区、宁东家园等（120 余幢）建筑楼建造年代较久，结构安全等级低、结构质量差。⑧1层降水影响范围大，根据宁波已有的经验，不能采用降水的方案处理。经过方案比选及专家论证，最后确定了加深地墙隔断承压水的处理方案。采用宝峨BCS40 双轮铣槽机成槽，地下连续墙深76～77m，其中三幅试验幅成槽深度已达到110m（见图3）。

图3 儿童公园站超深地墙分布图

3 超深地墙基坑设计主要问题分析

超深地下连续墙由于深度大，成槽工艺、接头形式不同于常规意义的地墙，其设计方法与内容亦与普通地墙的设计不同。既有工程案例较少，基坑围护结构结构设计时需结合超深地墙的特点进行重点研究。

3.1 成槽工艺选择

根据地墙成槽经验，采用抓斗成槽，当土层标贯击数超过30，成槽速度会急剧下降，当标贯击数超过50时，抓斗成槽困难[1]。由于超深地墙需穿透⑧1层（标贯击数55），正常成槽非常困难，因此地墙成槽需采用铣槽机。

3 号线儿童公园站围护结构采用76～77m 深地下连续墙，一期成槽宽6.6m，二期成槽宽为2.8m（见图4）。由于槽段太深，为节省成本，拟采用“抓铣结合”方式（液压抓斗+铣槽机）成槽。一期槽上部25m 深的地层采用抓斗成槽机开孔，之后使用铣槽机再次从槽顶开始铣槽。

图4 超深地墙分幅示意图

3.2 槽壁加固设计

根据成槽工效分析，软土地区类似深度普通地墙一幅成槽时间约1.5 天[2]，超深地墙（抓铣结合）一般两幅地墙（1 幅一期槽段+1 幅二期槽段）成槽时间需要5天，因此超深地墙在成槽时间上耗时较长，对槽壁的稳定性要求较高。

槽壁加固是保证地墙槽壁稳定性最为直接的方式[3]，考虑到成槽时间较长，且铣槽机自身重量较大，为了保证槽段稳定性，拟采用槽壁加固保证成槽稳定性。地墙两侧采用φ850@600 三轴搅拌桩加固，形成“夹心饼干”，深度为地面至地面以下15m，并穿过②2T淤泥淤泥土层。

3.3 地墙接头选择

槽段接头形式是地下连续墙施工工艺的核心技术，也是后期施工安全的重要保障。在超深地下连续墙施工中，顶拔接头装置经常出现难以拔出或拔断等情况，设计时需针对接头形式进行详细比选。考虑到墙深度大，采用锁口管接头或十字钢板接头施工困难，最终确定采用套铣接头的形式。

接头套铣即二期槽施工时将一期槽墙体切削掉30㎝混凝土（根成槽深度及精度确定）（见图5），露出粗糙的新鲜砼面，这相当于在原有的混凝土表面打毛的作用，使得一期槽段和二期槽段能够紧密接触[4]。双轮铣在将一期槽一部分混凝土削除的同时，将附在一期槽接头上的泥浆和粘土清除，能有效地减少连续墙接缝夹泥与因夹泥而导致的渗水。在铣槽机成槽以后，履带吊只需满足纯钢筋笼吊装，下导管并完成混凝土浇筑，不需要接头管保养、进场及吊装等其他额外工序。因为没有接头装置，施工工艺简单，出现事故的几率很低，接头施工不受连续墙深度的影响。

图5 套铣接头的选择

3.4 支护体系设计

3.4.1 支护方案

3 号线儿童公园站标准段底板埋深约为26.41m，围护结构采用1000mm 厚地下连续墙+混凝土（第一、三、五道支撑）和钢管内支撑体系（见图6），连续墙插入比约为0.91；结构侧墙厚900mm（站厅层厚700mm），顶板厚800mm，底板厚1200mm。南（北）盾构端头井基坑深28.47m（27.71m），采用1200mm 厚地下连续墙+混凝土（第一、三、五道支撑）和钢管内支撑体系，连续墙插入比约为0.91；结构侧墙厚1000mm，顶板厚800mm，底板厚1300mm。

图6 标准段围护结构横剖面图

为提高基坑支撑系统的安全性，在软土地区常规地下三层车站基坑第一、五道支撑采用混凝土支撑的基础上，第三道支撑调整为混凝土支撑。

由于超深地墙采用套铣接头，地墙分幅不同于常规的分幅，较难实现“一墙两撑”。为满足支撑布置的要求，并增强围墙的整体性，钢支撑与地下连续墙之间增加设置钢围檩。

3.4.2 围护结构计算

基坑安全等级为一级，变形保护等级为二级。经计算，标准段围护结构最大水平位移44mm（见图7），满足规范要求。

图7 标准段围护结构内力变形包络图

3.5 地墙检测、检验相关要求

地墙成槽质量检测：由于超深地下连续墙深度大，上部地墙设有钢筋笼，下部约22～27m 范围内为素砼，该部分的质量也需要检测，需设置相关的检测设施。为保证超深地墙声测管及测斜管全长埋设，下部素混凝土段需适当增加部分构造钢筋，设置数量按超深地墙总数的40%控制。为避免声测管在混凝土浇筑过程中变形过大或堵管，影响地墙完整性检测，需增大声测管管径及壁厚，声测管管径由DN50 调整为DN80、壁厚为4mm 的镀锌钢管。

地墙截水质量效果检验：为检验超深地墙隔水的可靠性，基坑施工时，土方正式开挖前，需进行生产性降水试验，确保坑内水位满足开挖要求。通过坑外水位平面上的变化判断围护结构的完好性；根据坑内地下水回升速度，确定现场备用电源的配置情况及水泵再次出水的间断时间。

4 实施效果分析

4.1 超深地墙对承压水控制效果分析

根据基坑开挖过程中水位监测资料反馈，坑内⑧1层粉细砂承压水降水过程中，坑外相应观测井水位基本无变化，表明超深地墙有效地隔断了坑内外承压水联系。

根据沉降监测数据反馈，建筑物最大沉降量仅13.5mm，表明基坑开挖过程中沉降控制非常有效，对周边老旧房屋（丹凤社区、宁东家园等）起到了很好的保护，达到了预期的设计要求。

4.2 超深地墙围护变形分析

11～19 轴基坑西侧为超深地墙（套铣接头），东侧为普通地墙（锁口管接头），围护变形监测数据显示采用“套铣接头”超深地墙的围护结构水平变形较采用锁口管接头的普通地墙的围护结构偏大。同一围护横断面上CX22（普通地墙侧）测点最大水平位移49.8mm 与计算值44mm 接近，但CX6（超深地墙侧）测点最大水平位移124.2mm（见图8）。经分析，主要有以下两个原因：

图8 地墙水平变形曲线

⑴基坑从上到下围护设置了三道混凝土支撑，且钢支撑位置设有钢围檩，导致支撑架设较慢，无支撑暴露时间较长；

⑵地墙采用套铣接头，幅与幅之间仅靠素混凝土咬合，接头刚度较小，围护整体性较弱。

4.3 支撑体系设计优化建议

考虑到设置围檩后，无支撑暴露时间较长，建议后续类似工程，标准对撑段支撑体系可以适当优化。见图9。

图9 支撑体系设计优化

建议优化方案一：支撑考虑疏密布置，一期槽段采用“一墙两撑”，二期槽段采用双拼钢支撑，支撑对称布置于槽段中部。

建议优化方案二：一期槽段支撑布置同方案一，二期槽段增加双拼型钢围檩，采用单根钢支撑对撑，支撑端部增加八字型钢斜撑。

随着城市的发展，地铁线路、地下空间开发、城市深隧排水等工程向着更深的深度发展，因此不可避免地会出现类似的工程，本案例的设计方案及施工方法可为类似工程建设提供参考和帮助。本案例的主要结论及建议如下：

⑴超深地墙方案成熟可靠，在隔断深层承压水的应用中是成功的，安全性较高，但也存在施工难度大、工期长、费用高等缺点，在方案确定阶段需充分论证，慎重选择。

⑵软土地区超深地墙基坑方案设计上不同于常规地下连续墙基坑，主要表现在成槽工艺、接头形式、内支撑布置等方面的差异，基坑设计时应充分考虑其特点。

⑶超深地墙采用套铣接头施工工艺简单，止水效果可靠性高，但围护结构的整体性较采用锁口管接头或型钢接头的围护结构稍弱。监测数据显示同等条件下，其变形较采用锁口管的普通地墙围护结构偏大，围护结构设计时建议在围护及内支撑刚度上适当加强。

⑷考虑到钢围檩架设耗费时间较长，为减少无支撑暴露时间，建议后期类似工程进一步研究对撑段取消围檩的可行性。支撑可考虑疏密布置，一期槽段“一幅两撑”，二期可以采用双拼钢支撑或采用单根支撑并改进支撑端部形式，并确保二期槽段对称受力。