[中图分类号]        [文献标识码]           [文章编号]

Research on the Key Technology of Deep Foundation Construction for Metro Stations with Water-rich Pebble Strata

^Chen Wei

(Power China Railway Construction Co., Ltd., Beijing 100044, China)

Abstract: During the development of the underground space of the Youth Palace metro station, there are technical difficulties such as the construction site area is extremely rich in water content and strong recharge ability, the difficulty of water level reduction, the protection of the surrounding buildings and structures, and the deep foundation excavation of the metro station. The groundwater level was well controlled through pumping tests and reasonable precipitation design, and the deformation of existing buildings and settlement of surrounding strata were controlled through distributed excavation, concrete reinforcement and steel support. The site monitoring results show that the cumulative drop of the groundwater level is -5690mm and the water level line at the bottom of the foundation pit is always below the safety line; the settlement change of the surrounding buildings ranges from -5.8mm to 2.5mm, and the change of the surface settlement measurement term ranges from -16.8mm to 7.5mm, all of which meet the relevant control standards. The smooth implementation of the deep foundation pit of the Youth Palace metro station can provide reference for similar projects.

Key words: Luoyang metro; metro station; water-rich pebble stratum; deep foundation; key construction technology

0 引言

随着城市地下空间建设的飞速发展，地铁建设已成为城市发展不可或缺的一个部分。为改善城市交通拥堵情况，地铁车站不可避免的建设在城市繁华区域，然而繁华区域建筑物十分密集，这给地铁车站基坑施工带来了众多难题，尤其对于富水高渗透性地层，车站基坑降水都会引起周边建筑物的不均匀沉降^[1-3]。基于此，复杂条件下车站基坑施工关键技术已成为国内外众多学者的重点关注课题。

郑刚等^[4,5]对通过有限元数值模拟的方式对复杂地层中基坑降水引起地连墙侧移展开分析，并提出设置第一道水平支撑后再分区分层降水能够控制降水引起的地层沉降。杨清源等^[6]选取深圳典型潜水地层，对基坑内潜水层降水引起的地层沉降进行分析。张学文^[7]结合长沙地铁1号线黄兴广场车站深基坑的修建，提出了地下连续墙结合旋挖钻引孔成槽技术，并通过地表监测数据验证了建筑密集区该地铁车站深基坑施工技术的可行性。陈祉阳等^[8]对下穿立交桥墩基础的深基坑地下工程施工关键技术进行了深入研究。赵勇等^[9]对复杂地层条件下佛山市地铁车站深基坑施工关键技术进行了深入分析和探讨。孔超等^[10]对流变的软土地层条件下地铁车站盖挖法施工过程中结构的受力及变形进行深入分析。陈鹤等^[11]通过有限元软件ANSYS对盖挖法地铁车站施工全过程进行了数值模拟，深入探明了盖挖法施工结构的受力特性，结果表明结构是安全可靠的。

综上所述，目前在富水卵石地层进行城市地铁车站建设的施工案例尚属少数。因此，本文以洛阳城市地铁1号线青年宫地铁站为工程背景，分别从深基坑降水施工、土方开挖、车站支护结构以及相关监测数据四个方面探讨青年宫地铁车站深基坑在富水卵石地层施工关键技术。

1 工程概况

洛阳地铁1号线青年宫站位于中州东路与左安街交口处地下，沿中州东路东西向敷设，处于较为繁华的商业区域，车站周边建筑较多，西南侧为伊斯兰饭庄、交通银行、洛阳老城区邮政局，东南侧为神州眼科医院、基督教样天风堂、东兴楼1号楼（市印章技术总公司），东北侧为文汇中心（市中州渠管理处）、三层建筑（底层为公共厕所）、左安斋（天府火锅），如图1所示。

车站为地下三层岛式车站，其主体结构采用双柱三跨钢筋混凝土箱型框架结构。车站总长216m，结构标准段宽度为21.40m，纵向坡度为2‰下坡，标准段底板埋深约为24.22m，站台中心里程处车站覆土厚度约为3.50m，车站共设5个出入口、2组风亭。

图1青年宫站总平面布置图

2 工程水文地质情况

青年宫站位于工程地质II区，属于洛河II级阶地，车站地层由上至下分别为①₁杂填土、②₂黄土状粉质黏土、③₂黄土状粉质黏土、③₄细砂、③₉卵石土，各地层分布特征如表1所示。

青年宫站地表河流主要为瀍河，地下水类型主要为卵石孔隙潜水，主要赋存于粉质黏土底部及以下砂、卵石层中，地下水埋藏深度一般 17.40m～19.80m，水位121.69m～123.42m，如图2所示，整体呈西高东低，工程区内地下水位年变幅一般为1～3m。地下水主要接受大气降水入渗、瀍河河流侧渗等补给。

表1 青年宫站水文地质分布特征

图2 青年宫站地质纵剖面图

3 工程重难点

根据青年宫站勘查报告和实际施工情况可见，地铁车站深基坑施工重难点如下：

1、勘察钻孔未揭露含水层底板，含水层厚度较大，止水帷幕无法隔断基坑内外的水力联系，施工场区含水量极为丰富且含水层补给能力较强，疏干难度较大。

2、场地范围内主要为潜水，含水层为卵石，级配不良，含水层侧向补给能力较强，水位降低困难。

3、青年宫地铁车站施工环境复杂、道路繁忙，周边建筑较多，施工前需提前做好建筑物的保护措施以及交通疏导方案，保证施工过程中不影响既有建筑及交通的正常运营。

4、车站基坑长度达216m，宽度为21.40m，深度约为24.22m，基坑规模大，施工难度大。

4 地铁车站深基坑施工关键技术

0 

1 

2 

3 

4 

4.1 深基坑降水施工控制

4.1.1抽水试验

由于青年宫站基坑开挖深度较深，地下水丰富，地下水渗透系数较大，基坑开挖时需要降低地下水位的幅度较大。为了确保施工降水顺利、尽量减小降水对周边环境的不利影响以及深化降水设计方案，需准确分析本工程场地的水文地质特征、掌握水文地质参数、观察和掌握抽水引起的水位变化特征，由此进行必要的现场抽水试验，并通过抽水试验为青年宫站后续基坑开挖时的降水提供参考，包括降压井数量、深度、滤管长度等重要参数的设定。

4.1.2降水设计

根据《城市轨道交通岩土工程勘测规范》（GB50307-2012）、《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012）、《建筑与市政工程地下水控制技术规范》（JGJ111-2016），《深基坑工程手册》以及实际工程水文地质情况，青年宫站基坑开挖降水选用管井降水。另外，经由计算及现场评估得到坑内降水梳干井36口，其中深度为34m的标准段降水井有26口，深度为39m的端头降水井有10口。

图3青年宫站降水井布置平面图

图4 土方分层接力开挖施工立体示意图

图5 钢支撑平面布置图

4.2 地铁车站土方开挖控制

4.2.1土方开挖原则

（1）基坑土方开挖遵循时空效应原理分层、分段、分块开挖，快挖快撑，先撑后挖，及时加设预应力，减小对周边环境的影响。

（2）车站土方开挖分段和主体结构分段相匹配，缩短围护结构无支护暴露时间，在土方开挖满足每段车站主体结构的长度时，即展开该段混凝土结构的施工。底板砼施工尽量避免同基坑开挖的干扰，在开挖坡脚，底板施工段预留3m的安全距离，并设置防护栏杆及挡板。

（3）土方开挖过程中，密切注意对周边环境的监控量测，根据监控量测信息回馈分析结果，不断优化调整施工参数。

（4）加强对开挖标高的控制，开挖接近设计标高时，预留20cm厚度土层人工清底，严禁超挖，超挖部位采用拌料回填夯实。

（5）土方外运时在大门口设立洗车槽，专人负责对出去车辆进行清洗，防止污染路面。弃土地点要符合业主和洛阳城管等相关部门的规定。

4.2.2基坑开挖过程

青年宫站土方开挖按照结构分段开挖，车站总长216m共分为10段，每段长约21m，竖向共分为4层（第一层高为6.5m，第二层高为5.5m，第三层高为5.3m，第四层高为4.8m），如图4所示，先从西端头盾构扩大端开始开挖，开挖方法采用“分层台阶接力法”施工，即把基坑开挖分为四层，每个作业面配备2台PC220挖掘机和2台PC120小型挖掘机，每层站2台挖机，两台小挖掘机站用来开挖基底，整个开挖采用接力后退式开挖，开挖至最后剩余土方时，采用长臂挖机清除最后土方。

4.3 地铁车站支护结构施工控制

4.3.1桩间混凝土加固

基坑开挖过程中为确保桩间土体稳定性，在开挖时进行网喷支护，桩间网喷采用C25喷射混凝土，厚度为100mm。网片为φ8@150mm×150mm的钢筋网片。在土方开挖过程中，严格按由上往下、随挖随喷原则，以防止基坑开挖过程中的桩间土暴露时间过长而产生坍塌，影响基坑周边的稳定和施工安全。

为减少渗漏水对基坑的影响，在车站基坑内南侧设集水坑，收集基坑内的渗水和雨水。同时在基坑四周设排水沟，收集车站周边的施工用水、雨水等，地面水汇集至排水沟，经过三级沉淀池，进入市政管网。当桩间有出水点时，需设置泄水孔，将水流导入到集水坑内，在渗漏水周围喷射混凝土时调整配合比，增加水泥用量，喷射混凝土由远而近逐渐向出水点逼近，然后在出水点安设导管，将水引出，再向导管附近喷射混凝土，确保基坑安全和正常使用。

4.3.2钢围檩及钢支撑施工

青年宫站设置4道内支撑：第一道为混凝土支撑，第二、三、四道为钢支撑，支撑间距为3m，局部略有调整，如图5所示，其中钢支撑采用A800和A609钢管支撑，壁厚为16mm。

5 青年宫站监测数据分析

5 

5.1 

5.1.1地下水位监测数据分析

青年宫站基坑施工过程中，地下水位下降的最大累计值为-5690 mm，整体上基坑底水位线始终处于安全线以下。

5.1.2建筑物沉降监测数据分析

青年宫站基坑施工过程中，建筑物沉降测项变化范围为-5.8mm~2.5mm。建筑物隆起量相对较大，最大隆起量达2.5mm，最大沉降量为5.8mm，满足相关控制标准。

5.1.3地表沉降数据分析

青年宫站基坑施工过程中，地表沉降测项变化范围为-16.8mm~7.5mm，地表最大沉降量值为16.8mm，最大隆起量为7.5mm，均满足设计、环保等方面控制标准。

图6测点DSW01水位随时间变化曲线图

图7 测点GBC24-1~DBC27-1地表沉降-位移曲线图

图8 测点GBC6-0~DBC8-2地表沉降-位移曲线图

6 结语

洛阳地铁1号线青年宫地铁车站地下空间的开发中，采用适当的基坑降水方案、合理的地层分层分段分块开挖土方、桩间混凝土加固、钢围檩及钢支撑等一系列施工工艺，现场监测结果表明地下水位累计下降-5690mm，周边建筑物沉降变化范围为-5.8mm~2.5mm，地表沉降测项变化范围为-16.8mm~7.5mm，均满足相关控制标准。有效保证了既有建筑物和新建地铁车站深基坑的安全，为类似工程提供参考和借鉴。

参考文献：

[1]赵宗智.临江富水超深基坑施工关键技术[J].公路,2017,62(08):338-342.

[2]赵勇,高文旗,王敏,张勇.复杂地层中超大地铁车站深基坑施工关键技术[J].公路,2017,62(06):327-332.

[3]唐红影.富水砂卵石地层深基坑设计与施工关键技术研究[J].铁道建筑,2017(02):75-78.

[4]郑刚,赵悦镔,程雪松等.复杂地层中基坑降水引发的水位及沉降分析与控制对策[J].土木工程学报,2019,52(S1):135-142.

[5]李方明,陈国兴,刘雪珠.悬挂式帷幕地铁深基坑变形特性研究[J].岩土工程学报,2018,40(12):2182-2190.

[6]杨清源,赵伯明.潜水层基坑降水引起地表沉降试验与理论研究[J].岩石力学与工程学报,2018,37(06):1506-1519.

[7]张学文.建筑密集区地铁车站深基坑施工关键技术研究[J].中外公路,2018,38(02):40-44.

[8]陈祉阳,王文柱.地铁车站明挖基坑下穿互通立交桥基础的施工关键技术及变形影响分析[J].建筑结构,2021,51(S1):1952-1956.

[9]赵勇,高文旗,王敏等.复杂地层中超大地铁车站深基坑施工关键技术[J].公路,2017,62(06):327-332.

[10]孔超,陈书勇,张俊儒等.流变地层地铁换乘站复合盖挖法施工力学分析[J].地下空间与工程学报,2014,10(01):128-135.

[11]陈鹤,孙立柱,薛茹镜等.盖挖法在双岛四线平行换乘地铁车站中的应用[J].地下空间与工程学报,2013,9(06):1394-1400.