欢迎来到『东合南岩土』官方网站!

郑州地铁某车站基坑工程

342 2021-01-12 09:48:31

一、工程简介及特点


郑州市快速轨道交通地下市政工程地铁一号线七里河站,位于郑州市郑东新区七里河北路与祥盛路之间,东风东路西侧(见图1)。本车站外包总长 195.70m,车站标准段外包宽度为18.50m,总高13.96m,为地下两层岛式站台。车站考虑到与地下空间的开发共设3个宽度为5m 的出入口和一个预留通道。车站南北端头井均作为盾构法施工的起点,车站主体为两层框架箱型结构,基坑开挖采用明挖顺做法施工。

七里河地铁站平面示意图

图1 七里河地铁站平面示意图



二、工程地质条件和水文条件


1.工程地质条件根据现场钻探 静力触探并结合室内土工试验分析结果,按地层的成因类型 岩性及工程地质特性,可把工程场地内的地质单元从上到下分为如下几层,典型地质剖面如图2所示。


(1-1)素填土∶褐黄色,稍湿,松散,以粉土为主,偶见砖碴、混凝土块。平均厚度 1.5 m.


第1层粉土∶含少量植物根茎,下部为粉土,褐黄色,稍湿,稍密,含针状孔隙,干强度低,韧性低,局部夹薄层粉砂和粉质粘土。平均厚度 1.5m。


第2层粉质粘土∶褐黄色,可塑,偶见蜗牛壳碎片,含铁锈斑点,切面稍光滑,干强度低,韧性中等。平均厚度 4.5m。


第3层,层粉土∶褐灰色~灰黄色,湿,中密,含蜗牛壳碎片,偶见小萎石,局部夹粉质粘土湖层。平均厚度 2.0m。


第4层粉土∶灰褐~灰色,湿~很湿,中密。含铁锰质斑点,偶见小姜石,含蜗牛壳碎片,局部夹粉质粘土薄层。平均厚度 3.5m。


第6层粉质粘土∶黑灰~褐黄色,局部青灰色,软塑~可塑,切面稍光滑,干强度中等,韧性中等。含少量姜石,粒径 3~9mm。局部来粉砂薄层。含蜗牛壳碎片。平均厚度 4.0m。


第7层细砂∶褐灰色,饱和,中密~密实,主要成分为石英,长石,云母等矿物,含蜗牛壳碎片,局部含粉质粘土薄层,磨圆度中等,分选性一般,层面有起伏,厚3.0m。第⑧层中砂;褐灰色,饱和,密实,主要成分为石英,长石,云母等矿物,含蜗牛壳碎片,局部含粉质粘土薄层,磨圆度中等,分选性一般,层面有起伏,平均厚8.3m。


第9层粉土∶褐黄~褐灰色,稍湿~湿,密实,含蜗牛壳碎片和小块钙质结核,摇振反应中等,干强度低,韧性底,厚 5.0m。


根据室内土工试验和原位测试成果,各土层的主要物理力学参数如表1。


2.工程场地水文条件


勘探揭露,场地内浅层地下水可分为孔隙潜水和承压水两种类型。


孔隙潜水主要赋存于 15.2~19.2m以上的粉土地层中。工程场地孔隙潜水主要接受大气降水入渗、地下径流、河流下渗等方式补给,以蒸发、地下径流、人工开采(抽水灌溉)等方式排泄。其天然动态类型属渗人一蒸发、径流型。工程施工前地下水位埋深为 8.5m~9.0m。工程场地承压水主要赋存于15.2~38.9m范围内的细砂、中砂地层,承压水头高度为l2m,其对应高程为 80.48m。主要接受地下径流补给,以地下径流、人工开采为主要排泄方式。


三、基坑周边环境情况


车站周边环境复杂,西侧为农田,地势较低;东侧为新建东风东路,地下管线众多.车流量大,紧临东风东路东侧为新建住宅小区,似建结构为1层框架剪力墙结构;南侧为七里河北路,该道路紧临七里河,雨季河水流量较大,车站四周市政管线密集(见图 3),、给施工带来一定的难度。


四、基坑围护结构体系


从开挖深度和周边环境以及地质、水文条件综合考虑,本工程采用钻孔灌注桩加内支撑(钢)的支护方案,同时由于本车站基坑较深,主要含水层层底埋深也比较深,含水层厚度也较大,故在灌注桩外侧辅以三轴搅拌桩止水帷幕,并采用基坑内降水措施。基坑底部被动区采用粉喷桩“裙边加抽条”加固。


1.支护桩


地铁七里河站标准段基坑开挖深度 15.5m,端头井部位开挖深度 17.7m,整个车站基坑围护结构均采用弘1000mm@1250mm 的钻孔灌注桩,南、北端头井处灌注桩深度为 32m,标准段灌注桩深度为26m,灌注桩混凝土采用 C30。桩顶冠梁(兼做第一层围檩)从自然地面至一800mm,用以减小支护结构变形,灌注桩桩端落在承载力较好的砂土层中。


2.内支撑系统


为了防止灌注桩的侧向变性过大,整个车站的支撑体系采用 究609、壁厚16mm 的钢管内支撑。钢管支撑架设后根据设计要求施加一定预加轴力,一般为设计轴力的30%~ 70%。钢支撑水平间距为2.5~5.0m,上下相邻两道支撑的距离一般为5m和5.5m。在标准段共设置三道对撑,端头井处设置四道斜撑。

3.止水帷幕和降水

灌注桩外侧采用爽50mm三轴搅拌桩止水帷幕,搅拌桩相互咬合200mm,桩底透过渗透性较好的第③层中砂层。


因本工程降水范围较大,为将水位降至设计标高并控制降水对周围环境的影响,本场地在基坑内布设管井,采用多井浅降原则进行降水,管井施工孔径为600mm,管径为 300mm.井深地表下 29m。管井降水平面布置图如图4 所示。


4.被动区加固


为更好的控制基坑变形,避免基坑出现"踢脚"和隆起破坏,在基底标高沿基坑四周设置了水泥粉喷桩以加固被动区土体(图5),同时可以减少灌注桩的内力和配筋,加固深度为底板垫层底以下 3m.


本案例基坑围护结构及监测点位平面图见图 6。


五、基坑围护典型剖面图


七里河地铁站基坑围护结构标准段剖面如图 7 所示。


由于车站基坑工程深度、跨度较大、周边环境复杂,因此,对七里河车站基坑支护结构、基坑周围的土体和相邻建筑物进行了全面、系统的监测,为分析判别基坑施工过程中支护结构和周围建 构筑物及管网的安全性提供科学依据,并对设计参数进行反分析,以调整设计参数,指导下一步施工,确保工程顺利 安全进行。


1.监测项目及精度


根据《城市轨道交通工程测量规范》GB 50308—2008、《建筑基坑工程监测技术规范》GB50497—2009等现行规范规定,结合工程现场具体情况,确定七里河车站基坑各主要监测项目的监测位置或对象、监测手段和精度如表 2 所示。


2. 监测结果

(1)桩顶水平位移


基坑开挖产生的内外压力差会使围护结构发生水平位移,在郑州地铁七里河车站基坑四周布设了16 根桩体测斜管(CX-01~CX-16),测量其在基坑开挖及主体施工期间的桩体水平位移。基坑围护结构的最大水平位移为7.3~17.9mm,最大位移一般发生在基坑开挖完成至主体施工期间,最大位移位置集中在8~13m的基坑深度范围内。车站基坑采取分段分步开挖,整个基坑从北至南共分为13个施工段,在施工初期由于对钢支撑预加轴值没有经验借鉴,故在初期桩体水平位移偏大,后期通过对轴力值的监测 分析,魂症了合理的预加值,使后期的桩体水平位移得到有效的控制 各测孔最大水平位移及其发生位置如表3所示 图8〜10反映了个别测斜孔相应位置的围护结构从基坑开挖起至主体法筑完成为止水平位移变化,关键工况与日期对照表如表4


(2)钢支撑轴力在钢支撑的端部设置振弦式轴力计,并在基坑施工期间每天测试其变化值 在整个基坑中共布置26个轴力计(编号分别为ZL1-01〜ZL1-08、ZL2-01〜ZL2-08、ZL3-01〜ZL3-08. ZL4-01、ZL4-02)o从轴力的变化趋势可以看出,钢支撑轴力经历一个上升一减小一上升一趋于稳定的过程;并且下道支撑或邻近支撑预加轴力的施加会影响上道支撑的受力,一般会明显减小,对应位置的土体会有向坑内的位移,但是由于土的非弹性滞后效应,可能与轴力的变化不同步 钢管受热膨胀,钢支撑受天气和温度影响较大,通过现场试验,得出钢管支撑在同一施工工况下中午的轴力大于晚上和早上,对于本工程而言,温度升高一度,轴力会增加10〜15kN。随着基坑开挖,各道支撑就位后,经过一段时间的调整,支撑与土体的耦合状态逐步显示一致性,各道支撑的轴力值变化也趋于一致,基坑土体的变形也趋于稳定 图11 12显示了同一剖面处的不同位置轴力变化趋势。


图13第一施工段周边沉降点 降虽随时间变化图


七、点评

2009年国家为了进一步扩大内需,推动结构调整,有效扩大投资,计划到2010年底约投资4万亿元,以促进经济平稳较快增长,其中基础设施的建设将成为扩大内需的重点之一。我国从1965年北京的第一条地铁线路开工到现在经过40多年的建设,已经在北京、上海、天津、广州、香港、台北、长春、大连、重庆、南京、深圳、青岛、沈阳等城市开始了地铁交通的运营,同时成都、郑州、武汉、哈尔滨、鞍山、佛山、杭州、乌鲁木齐、苏州、西安、兰州、昆明等城市正在筹备和正在建设。可以预见,未来数十年将是中国地铁建设的高峰期。


郑州市快速轨道交通一号线七里河地铁站是郑州市最早开工的试验段站点,也是全市第一个顺利转入盾构隧道掘进(2009年 11月 16 日)的首发站,其设计、施工经验对本地区乃至中西部地区地铁工程都有一定的参考意义。


作者:

宋建学、翟永亮
(郑州大学土木工程学院)

朱翔、李尚林
(河南省第五建筑安装工程(集团)有限公司)