郑州地铁车站基坑施工的风险监控及变形规律

　　摘要：郑州市于2009年开始进行地铁施工，在地铁车站基坑施工方面没有经验积累，。目前主要借鉴本地工民建基坑施工经验及外地的地铁基坑经验来进行风险监控。风险监控中采用桩顶水平位移、桩顶沉降、桩体水平位移、支撑轴力、建（构）筑物、管线、地表沉降等监测手段，结合每天的现场安全巡视工作，在监测数据异常或现场巡视出现问题时，及时反馈业主、监理、设计、施工等相关单位，最终控制了风险，保证了地铁车站基坑的结构封顶。此外，在监测过程中还发现了郑州地铁车站基坑施工的变形规律，为今后郑州地铁基坑的施工提供了宝贵的经验。
　　关键字：地铁；基坑；风险监控；变形规律 　　1 概述
　　从2009年郑州市开始修建地铁到目前，在施的地铁线路为郑州地铁1号线一期工程和2号线一期工程。1号线一期工程为东西走向，西起凯旋路站，沿郑上路—建设西路—嵩山路——中原东路—火车站—正兴街—二七广场—人民路—紫荆山—金水路—会展中心—金水东路—东风东路—新郑州站—明理路，终点为体育中心站，线路全长26.2km，均为地下线，共设车站20座。2号线一期工程为南北走向，北起广播台站，向南途经新龙路站、国基路站、北环路站、东风路站、农业路站、黄河路站、东大街站、陇海东路站、帆布厂街站、航海东路站、长江路站、南环路站、向阳路站，止于南四环站，线路全长20.6km，均为地下线，共设车站16座。郑州地铁1号线一期工程和2号线一期工程线路分布示意图如图1.1和图1.2所示。
　　2 工程风险
　　2.1 水文地质风险
　　郑州地铁1号线一期工程整体成东西走向，地势为西高东低，西部地下水埋深较深，东部地下水埋深较浅。2号线一期工程成南北走向，地势为北高南低，因其北临黄河，因此北部水位埋设较浅，南部水位埋设较深。例如，2号线一期的起点站广播台站，地面标高约88m，水位标高约83m，南部的向阳路站，地面标高约117m，水位标高约97m。
　　郑州地铁1号线一期及2号线一期工程地层主要以粉土、砂层、粉质粘土为主，绝大多数车站底板主要位于粉土或砂层上。个别情况如2号线的北环路站，底板主要位于粉质粘土上，为高压缩性土层，为满足结构基坑开挖变形控制及基底承载力要求，基坑基底采用φ600双管高压旋喷桩裙边+抽条加固，控制深度为基底下2m，裙边采用4排φ600双管高压旋喷桩密排加固，抽条加固采用φ600@1100（梅花型布置）加固。
　　2.2 自身风险
　　1号线一期和2号线一期的车站主体基坑开挖深度一般在15m～18m之间，根据郑州市轨道交通风险源辨识专家评审会评审意见，列为二级风险工程；个别基坑如1号线市体育馆站、会展中心站。
　　2.3 环境风险
　　1号线一期和2号线一期车站主体基坑施工，对临近的建（构）筑物，大量的市政管线以及金水路、花园路、紫荆山路路面有一定影响。

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　　3 风险监控
　　3.1监测目的
　　（1）在地铁土建施工过程中对基坑周边环境和工程自身关键部位实施独立、公正的监测，基本掌握基坑周边环境、围护结构体系和周边土体的动态。
　　（2）通过现场安全监测、现场巡视和安全状态预警，较全面地掌握各工点的施工安全控制程度，对施工过程实施全面监控和有效控制管理。
　　（3）监测数据和相关分析资料可作为处理风险事务和工程安全事故的重要参考依据。
　　（4）积累资料和经验，为今后同类工程设计、施工提供类比依据。
　　3.2监测内容及手段
　　车站基坑现场监测项目包含围护结构桩（墙）体水平位移、桩（墙）顶水平位移、桩（墙）顶沉降、支撑轴力、水位、建（构）筑物沉降、管线沉降、地表沉降等。
　　监测频率为：基坑开挖期间，1次/2~3天；结构施工期间，1次/3天；经数据分析确认达到基本稳定后，1次/月。此外，每天都开展现场安全巡视工作。
　　3.3 预警及响应
　　3.3.1监测预警
　　监测预警分为三级预警，分别是黄色监测预警、橙色监测预警、红色监测预警。
　　当监测数据录入郑州市轨道交通工程安全风险管理系统后，平台会自动根据设计单位给定的控制指标来进行监测预警。
　　3.3.2巡视预警
　　巡视预警按严重程度由小到大分为三级：黄色巡视预警、橙色巡视预警和红色巡视预警。巡视预警分级的内容见郑州市轨道交通有限公司系统平台使用与管理办法的附件1（施工巡视预警参考表）。
　　巡视预警发生后，应及时进行分析、处理。相关各方须在预警事件产生后12小时内在系统平台发布预警分析结论、处置建议、相关会议记录、预警事件跟踪、风险控制效果评价等信息或文件。
　　3.3.3综合预警
　　施工单位、监理单位、第三方监测单位、风险管理咨询单位等在施工过程中根据现场参建单位的监测、巡视信息，并通过核查、综合分析、风险评估及必要时的专家论证等，及时综合判定出工点的安全风险状态时，并及时通过系统平台向质量安全监察部提出综合预警建议。
　　质量安全监察部收到综合预警建议，经核查后，负责发布综合预警事件。综合预警按严重程度由小到大分为三级：黄色综合预警、橙色综合预警和红色综合预警。
　　3.3.4综合预警响应
　　综合预警发生后，有关各方应及时进行分析、处理，质量安全监察部、总工程师办公室、总体室、施工单位（总承包单位指挥部及相应工区）、监理单位、风险管理咨询单位、第三方监测单位应在预警事件产生后及时在系统平台上发布处置建议、预警事件跟踪等信息。同时，总监代表（橙色以上综合预警时，需总监）应组织相关各方召开预警处置会议，将相关会议记录、纪要发布在系统平台上。施工单位技术负责人定期、不定期对综合预警的风险控制效果进行评价和风险分析，并发布在系统平台上。
　　3.3.5综合预警处理
　　1.黄色综合预警发布后的预警处理：
　　总监代表主持并组织相关各方实施风险处理会议，确定风险控制措施。施工单位相关负责人（尤其是工区技术负责人及工程部部长）、第三方监测单位加强监测和巡视，监理单位加强巡视、监管，风险管理咨询单位加强跟踪、建设分公司、质量安全监察部加强协调和督察。
　　2.橙色综合预警发布后的预警处理：
　　标段总监主持并组织相关各方实施风险处理会议，确定风险控制措施。施工单位、第三方监测单位加强监测和巡视，监理单位加强巡视、监管，风险管理咨询单位加强风险分析与巡视、安全生产委员会监督、检查综合预警事件的控制措施的落实与整改情况。
　　3.红色综合预警发布后的预警处理：
　　施工单位立即启动应急预案，2小时内组织专家论证。总承包单位主管领导主持并组织实施风险处理。施工单位、第三方监测单位加强监测和巡视，监理单位加强巡视、监管。安全工作委员会督促参建单位对安全隐患的整改落实情况，并实施总体管理。
　　4变形规律
　　4.1郑州西部地铁车站基坑变形规律
　　郑州地势为西高东低，北高南低，西部地下水埋深较深，东部地下水埋深较浅。
　　1号线一期中原东路站位于郑州西部。车站总长454.6m，宽18.9m，深约17m。主体基坑采用明挖法施工，围护结构采用钻孔灌注桩加内支撑支护体系（无地下水影响）。
　　主体基坑开挖地层主要为粉土层。潜水地下水位埋深约18m，在车站底板以下，无需降水。
　　中原东路站主体基坑开挖对周边地表的影响在-3mm～3.5mm之间（控制值30mm），围护桩桩体水平位移变形大多在9mm以内（控制值40mm），具体见图4.1.1和图4.1.2。
　　从曲线图可以看出，地处郑州西部的1号线一期中原东路站，开挖过程中无地下水影响，且无不良地质条件出现，基坑开挖对围护结构及周边环境的影响较小。

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　　4.2郑州中部地铁车站基坑变形规律
　　1号线一期紫荆山站位于郑州中部。车站总长151.6m，宽26.1m，深约26.2m。主体基坑采用明挖法施工，围护结构采用地下连续墙（受地下水影响较大）。
　　主体基坑开挖地层主要为粉土层、砂层。潜水地下水位埋深约10.1m，在底板以上，采用地下连续墙隔水，基坑外不降水。
　　紫荆山站主体基坑开挖对周边地表的影响在-12mm～4mm之间（控制值30mm），墙体水平位移变形大多在10mm以内（控制值40mm），具体见图4.2.1和图4.2.2。 　　从曲线图可以看出，地处郑州中部的1号线一期紫荆山站施作地下连续墙隔水，隔水效果较好，因此基坑开挖过程中，地下水对周边地表的影响较小，地表累计沉降值不超过12mm。但基坑开挖中，第三道钢支撑架设不及时，桩体水平位移变形量呈抛物线分布，且最大变形值在第三道钢支撑位置。
　　4.3郑州东部地铁车站基坑变形规律
　　1号线一期黄河东站位于郑州东部。车站总长268.4m，宽20.7m，深约16.4m。主体基坑采用明挖法施工，围护结构采用钻孔灌注桩加内支撑支护体系，外放300mm做Φ850@600mm的三轴搅拌桩止水帷幕（受地下水影响较大）。
主体基坑开挖地层主要为粉土层、砂层。潜水地下水位埋深9.5m～11.0m，在底板以上，采用三轴搅拌桩止水帷幕隔水。
黄河东路站主体基坑开挖对周边地表的影响在-17mm～7mm之间（控制值30mm），围护桩桩体水平位移变形大多在13mm以内（控制值40mm），具体见图4.3.1和图4.3.2。 　　从曲线图可以看出，地处郑州东部的1号线一期黄河东路站采用三轴搅拌桩止水帷幕，其隔水效果不如紫荆山站施作的地下连续墙。因此基坑开挖过程中，地下水对周边地表的影响明显大于紫荆山站。
　　4.4 郑州北部地铁车站基坑变形规律
　　2号线一期广播台站位于郑州北部。车站总长470.0m，宽19.1m，深约15.96m。主体基坑采用明挖法施工，围护结构采用钻孔灌注桩加内支撑支护体系，外放300mm做Φ850@600mm的三轴搅拌桩止水帷幕（受地下水影响较大）。
　　主体基坑开挖地层主要为粉土层、砂层。潜水地下水位埋深4.3m～5.8m，在底板以上，采用三轴搅拌桩止水帷幕隔水。
　　广播台站主体基坑开挖对周边地表的影响在-16mm～5mm之间（控制值30mm），有1个测点达到-29.6mm（基坑西南角止水帷幕出现渗漏点，涌水带砂导致阶段沉降较大），围护桩桩体水平位移变形大多测孔的变形在15mm以内（控制值30mm），有1个测孔的累计变形达到28.56mm（基坑西南角渗漏点最近的测孔）具体见图4.4.1、图4.4.2、图4.4.3。 　　郑州北部临黄河较近，2号线一期最北边的广播台站场区内地下水位较浅，基坑采用三轴搅拌桩做止水帷幕。主体基坑整体止水效果较好，基坑开挖对周边地表的影响在-16mm～5mm之间，但在西南角出现了渗漏点，涌水带砂导致地表沉降达到-29.6mm（控制值30mm）。出现涌水后，施工单位及时封闭了工作面，防止了沉降的进一步扩大。此后，施工单位先采用从地面高压旋喷堵漏的方式，但效果不佳，最终对漏点位置附近一定范围内继续施作一圈封闭的高压旋喷桩止水帷幕，保证了结构的封顶。
　　在施工单位及时架设钢支撑的情况下，基坑围护结构桩变形能控制在15mm以内，西南角的涌水带砂以及高压旋喷等多次扰动，对该位置的围护结构产生了一定影响，导致桩的变形达到了28.56mm（控制值30mm）。

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　　4.5郑州南部地铁车站基坑变形规律
　　2号线一期向阳路站位于郑州南部。车站总长197.4m，宽18.5m，深16.84m～17.35m。主体基坑采用明挖法施工，围护结构采用钻孔灌注桩加内支撑支护体系（无地下水影响）。
　　主体基坑开挖地层主要为砂层。潜水地下水位埋深为20.00m～21.10m，在车站底板以下，无需降水。
　　向阳路站主体基坑开挖对周边地表的影响在-14mm以内（控制值20mm），围护桩桩体水平位移变形大多在5mm以内（控制值19.5mm），具体见图4.5.1和图4.5.2。 　　5 结论
　　（1）郑州地势为西高东低，北高南低，西部地下水埋深较深，东部地下水埋深较浅。在西部和南部施作基坑受地下水的影响小，在中部、东部、北部施作基坑受地下水的影响大。
　　（2）采用地下连续墙隔水效果较好，但成本较高，采用三轴搅拌桩做止水帷幕成本比地下连续墙低，但效果不如地下连续墙，易出现渗漏点，涌水带砂容易使周围地表出现明显下沉。
　　（3）郑州基坑开挖对周边地表的影响不超过17mm（止水帷幕效果不佳的情况除外），围护结构桩（墙）的水平位移变形绝大部分不超过15mm。
　　（4）在地铁基坑施工中采用监测及巡视的手段，掌控基坑围护结构自身及周边环境风险的控制情况，为基坑顺利的结构封顶起到了很大的作用，是十分必要的，而且也为今后郑州地铁基坑的施工提供了宝贵的经验。

参考文献：
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