软弱地层中某地铁车站明盖挖结合施工沉降研究

□文/高利立 袁 伟

软弱地层中某地铁车站明盖挖结合施工沉降研究

□文/高利立 袁 伟

地铁车站施工中根据地层、功能要求等选择合适的施工方法对施工质量和安全有重要作用。而因周边环境、交通导行等条件限制时，须选择明盖挖结合等特殊工法，当前对明盖挖结合施工的研究大都是在较好地质条件下，而在软弱地层条件下较少。文章依托天津地铁某车站实际工程，通过变形计算、施工监测，综合分析研究得出在软弱地层条件下明盖挖结合车站施工中会导致明盖挖段之间产生较大的不均匀沉降，对不均匀沉降规律进行总结并结合车站施工工艺提出控制建议。

软弱地层；明盖挖结合；沉降；地铁；车站

车站是地铁系统非常重要的组成部分，车站位置、环境条件、设计合理性、施工质量对地铁安全运行有关键作用。施工时，根据车站特征、地质情况、功能要求选择合适的施工方法是重中之重。常见的施工方法有明挖法、盖挖法、新奥法、盾构法等，有时因环境条件、交通导行等因素影响，选择明盖挖结合方法。

国内外对上述每种工法都做过非常深入的研究并取得了大量而丰富的科研成果和工程实践经验。对明盖挖结合的施工方案研究也有一定的成果，但大都是在地质条件良好的情况下，而对软弱地层条件下两种工法结合施工的研究则少见，也没有成熟的理论和经验指导类似工程的设计和施工。

1 工程概况

1.1 基本概况

天津地铁某车站位于新开路与华昌道交叉路口，在道路交口四角设4个出入口，在东南、西南两侧设两组风亭，站区范围地面建筑物较密集。该车站为地下2层岛式站台车站，采用一柱两跨框架式结构。车站总长度182.2 m，其中西侧盖挖段长124.8 m，东侧明挖段长57.4 m，标准段宽度为20.5 m，两端盾构井宽度为25.3 m，基坑开挖深度17.5 m。车站在西侧新开路道路红线内的结构采用盖挖逆作法施工，其余采用明挖顺作法施工。先期施工的西侧盖挖段结构顶板中柱采用钢管柱，盾构井段为φ800 mm，标准段为φ1000 mm；钢管柱两侧各设有一排φ1000 mm临时立柱，支撑盖挖段结构顶板，盖挖段结构完成后拆除。车站主体侧墙采用结合墙形式，设计为800 mm厚地下连续墙和600 mm厚钢筋混凝土内衬。

1.2 地质概况

车站拟建场区地层为第四系全新统人工填土层、第Ⅰ陆相层、第Ⅰ海相层、第Ⅱ陆相层、第Ⅲ陆相层、第Ⅱ海相层、第Ⅳ陆相层、第Ⅲ海相层、第Ⅴ陆相层、第Ⅳ海相层。以粉土和粉质粘土为主，地基承载能力较差。

表层地下水类型主要为第四系孔隙潜水，表层地下水类型为第四系孔隙潜水，埋藏较浅，勘测地下水埋深0.9～2.6 m，主要赋存于第Ⅰ海相层的粉土、粘性土与粉土互层的地层中，含水层水平、垂向渗透性差异性较大，局部夹有粉砂薄层地带。主要含水层颗粒较细，水力坡度较小，径流缓慢；第Ⅱ、Ⅲ陆相层及以下的粉土、粉细砂层地下水具微承压性。微承压水以第Ⅱ陆相层的湖沼相沉积⑤1、⑥1层粉质粘土为相对隔水顶板，地铁工程影响范围内微承压水主要赋存于⑥2层粉土、⑥3层粉砂、⑦2层粉土、⑦3层粉砂、⑦4层细砂中，以⑥1、⑦1层为相对隔水层。主要接受上层潜水的渗透补给，与上层潜水水力联系相对紧密，排泄以相对含水层中的径流形式为主，同时以渗透的方式补给深层地下水。

2 明盖挖结合施工不均匀沉降研究

2.1 不均匀沉降计算分析

结构、土层发生位移和变形能集中体现施工过程中车站结构及周边土层变化情况，针对明盖挖结合车站的特点及施工过程，运用荷载-结构模型对车站明盖挖结合施工过程进行计算，选取车站中的钢管柱和地连墙作为差异计算分析对象。通过对明挖段、盖挖段在施工阶段和使用阶段的相关点位理论沉降计算值进行综合分析，初步明确软弱地层明盖挖结合施工所引发的主要工程问题。

1）计算模型及条件。主体结构主要尺寸按实际设计确定，柱截面直径φ1000 mm，顶板、站厅层板、底板厚度分别为 950、450、1000 mm，侧墙厚为 600 mm（标准段）和800 mm（盾构井段），顶板纵梁、中纵梁、底板纵梁尺寸分别为 1200 mm×2000 mm、1200 mm×850 mm、1200 mm×1200 mm。

车站结构计算模型为支承在弹性地基上的对称平面框架结构，底板用土弹簧模拟土体抗力。按实际施工方法考虑基本水平及竖向荷载，模拟开挖、回筑和使用阶段受力状况，按最不利内力进行计算。中柱根据等效EA原则换算成厚为0.09 m的墙。假定围护结构与主体结构之间只传递法向压力。

计算中，各类荷载及参数取值按照勘察资料及地铁设计规范取值，土体重度γ取20 kN/m3，设备荷载取8 kN/m2，地面超载取20 kN/m2。侧压力计算中，粘性土水土合算，砂性土水土分算。地下水位取-1.5 m。荷载组合与分项系数根据相关规范规定，按结构在施工阶段和使用阶段可能出现的最不利情况进行荷载组合。计算基本模型见图1。

2）计算结果。利用SAP2000软件进行盖挖逆作施工模拟，考虑各阶段荷载作用的特点，分析施工阶段和使用阶段的变形特征。施工阶段对盖挖段和明挖段地下连续墙的累积沉降值进行计算分析，使用阶段对明挖段和盖挖段的顶板、底板沉降进行计算分析。

212例胸部CT均为GE HD680上按胸部CT常规平扫，参数选用120KV，100～500mA，螺距1.375：1，球管转速0.35S/圈，螺旋扫描，视野为large。纵膈窗（窗宽350，窗位40）采用soft重建，5mm层厚，5mm层间距，迭代90%。肺窗（窗宽1500，窗位-700）采用lungs重建，0.625mm层厚，0.625mm层间距，迭代90%。再选择3名有经验的医生根据胸部 CT 平扫左心室区密度与室间隔区密度对比减低来推测患者是否贫血并记录下来。

（1）施工阶段。盖挖段地连墙最大沉降30.2 mm，明挖段地连墙最大沉降199 mm。说明在软弱地层采用明盖挖结合施工所导致的周边地层差异沉降为168.8 mm。

（2）使用阶段。盖挖段顶板最大沉降5 mm，底板最大沉降2 mm；明挖段不考虑地基加固时，顶板最大沉降7.7 mm，底板最大沉降6.5 mm。考虑地基加固时，顶板最大沉降4 mm，底板最大沉降3.2 mm。

计算结果说明，在软弱地层中，同一车站采用明盖挖结合方法施工时，明挖段与盖挖段不仅在施工阶段存在差异沉降，在后期使用阶段仍然存在差异沉降。同时在车站盖挖段顶板与底板产生的较大差异沉降，导致盖挖部分车站结构内部产生变形，影响结构安全。而考虑了盖挖部分车站的变形协调，在坑底进行旋喷加固，计算结果显示减少了差异沉降，保持了变形协调一致。

2.2 监测数据研究

为更明确分析以上问题，在车站施工时，分别对车站明挖段和盖挖段布设监测点，进行施工沉降监测。

1）明挖段沉降监测点。根据监测点数据大小的范围分布，排除奇异数据点，选取N-FC1和S-FC5两点位的监测数据进行分析，见图2。

2）盖挖段沉降监测点。根据各监测点数据大小的范围分布，排除奇异数据点，选取1-2、1-5和1-6三个点位的监测数据进行分析，见图3。

3）综合分析。监测数据显示，靠近明盖挖结合处的N-FC1点沉降值较大，而距离结合处较远的S-FC5沉降则较小，施工过程中最大差异沉降约为160 mm。明挖法施工时周边土体最大沉降量达到271 mm，盖挖法最大沉降为33 mm。说明盖挖法施工产生的周边土体沉降远远小于明挖法产生的沉降且在明盖挖结合处会产生极大的不均匀沉降。故在明盖挖施工过程中，应通过各种技术措施控制施工沉降，尽量减小明挖法的施工沉降值，从而降低明盖挖施工产生的不均匀沉降问题。

3 明盖挖结合施工工艺

考虑在软弱地层中采用明盖挖相结合施工的不均匀沉降控制，基坑开挖顺序可拟定为盖挖段站厅层土方开挖→明挖段土方开挖→盖挖段站台层土方开挖，见图4。

1）盖挖段站厅层土方开挖顺序。首先开挖明盖挖分界处明挖段土方，纵向长度21 m，深度7.1 m，明挖侧按1∶2坡度放坡，此步开挖主要是为进入盖挖段站厅层施工提供作业面。盖挖段站厅层土体分两层开挖，上层土体高度为3.5 m，由东向西水平开挖。到达车站西端头后，反方向由西向东水平开挖盖挖段站厅层下层高度为2.1 m的土体，人工配合清底找平，及时施工地模混凝土封闭基坑，分段施工中板及侧墙。

2）明挖段土方开挖顺序。明挖段土方开挖采取水平分层的顺序，配合钢支撑的安装，总体分三步施工。第一步：盖挖段站厅层土方开挖完成后，破除明挖段路面后安装第一道钢支撑，开挖至第二道支撑以下0.5 m，安装第二道钢支撑。第二步：继续开挖至第三道支撑以下0.5 m，安装第三道钢支撑。第三步：继续开挖至基坑底，人工配合清底找平，及时安装第四道钢支撑，施工垫层混凝土封闭基坑，分段施工底板和侧墙结构。

3）盖挖段站台层土方开挖顺序。当盖挖段站厅层结构混凝土强度满足设计要求后，开挖盖挖段站台层土方。盖挖段站台层设计有一道水平钢支撑，土方需分四层开挖。第一层开挖3.0 m，由东向西水平开挖；第二层反方向由西向东开挖1.5 m，随开挖由西向东及时安装钢支撑；第三层开挖3.0 m，由东向西水平开挖；第四层由西向东开挖剩余约1 m土方，人工配合清底找平，及时施工垫层混凝土封闭基坑，分段施工底板及侧墙。

4 结论

1）明盖挖结合施工不均匀沉降计算结果与现场监测数据均显示，软弱地层中明盖挖结合施工中会导致较大不均匀沉降的发生，明挖段施工的沉降均大于盖挖段施工且在明盖挖结合处会产生极大的不均匀沉降。

2）对车站盖挖段施工，车站基坑底板的沉降比顶板沉降大，导致盖挖部分车站结构内部产生变形，影响结构安全。施工中采取在坑底进行旋喷加固的方法控制基坑底板沉降，有效地控制了盖挖法施工底板的沉降。

3）在软弱地层中采用明盖挖结合施工车站，施工时综合研究施工方法并应严格控制明盖挖法施工的各项施工工序要采取注浆、旋喷等土体加固手段控制沉降，以协调明、盖挖段之间的差异沉降以及盖挖段顶板与底板的差异沉降，同时应在车站结构防水方面需研究采取针对性措施。

［1］徐安军，周生华，罗发扬.超深基坑施工变形的预测与控制[J].建筑施工，2004，26（3）：200-202.

［2］高 江.城市地铁车站施工方法选择研究[J].工程施工技术，2009，（9）：134-137.

［3］宋顺龙，章晓鹏，李文波.新型盖挖法在上海地铁车站的应用[J].都市快轨交通，2009，（6）：79-83.

［4］臧小龙.盖挖法在地铁车站施工中的应用前景分析[J].山西建筑，2008，34（28）：269-270.

［5］JGJ 94—2008，建筑桩基技术规范[S].

□袁 伟/天津市地下铁道集团有限公司。

U231+.4

C

1008-3197（2012）06-25-03

□课题项目：天津市建交委科学技术计划项目（2008-26-2）

2012-11-09

高利立/男，1987年出生，助理工程师，硕士，天津市地下铁道集团有限公司，从事地铁工程技术管理工作。