复杂地质条件下的围护结构设计特点

复杂地质条件下的车站围护结构设计特点主讲汤书明上海市隧道工程轨道交通设计研究院2015年11月一、概述•地下车站围护结构型式，主要有地下连续墙、钻孔灌注桩、钻孔咬合桩、劲性水泥土搅拌桩、土钉墙等。•支撑体系有内支撑（钢筋混凝土支撑、钢支撑或两者组合），外支撑（外拉锚杆、锚索等）。•车站围护结构设计，须综合考虑地质条件，周边环境、施工工艺、工期、造价等因素，经综合比选后确定。•本次以哈尔滨、成都、南京、合肥、深圳等地的工程实例为背景，重点介绍多种复杂地质条件下车站围护结构设计及其特点。•地下连续墙多使用于地下水位高的软土地区，施工时振动小、噪声低，能在建筑物、构筑物密集地区施工。地下墙具有的刚度大，能承受较大的水平侧向荷载，基坑开挖时变形较小，周围地面的沉降少，能够较好地控制和减少对邻近建（构）筑物和地下管线的影响的特点，在深基坑工程中应用较广泛。但其造价相对较高。•钻孔灌注桩适用于多种地质条件，分干作业（旋挖桩等）、湿作业（泥浆护壁置换）等。地下水位高时，辅以止水帷幕，地下水位很低或无地下水时，不设帷幕。其刚度较地下墙小。造价介于地下墙和钻孔咬合桩之间。在地下水位较低，土层条件较好的地区采用较多。在软土地区，基坑深度10～15ｍ左右可作为比选对象，综合条件较优时采用。•钻孔咬合桩整体刚度比地下墙低，比钻孔灌注桩高。施工工艺相对比较复杂，对施工设备及施工队伍要求较高，在实施时对初凝时间的控制不好可能引起墙体渗水，对桩体垂直度的控制要求也很高，在深厚砂层中可能出现颈缩现象。在地铁基坑工程采用较少。其造价介于地下连续墙和钻孔灌注桩之间。•劲性水泥土搅拌桩（SMW工法），多运用于软土地区周边环境条件相对较好、基坑深度较浅的情况。因其型钢可回收，造价较低，施工工艺相对比较简单、施工速度较快，在软土地区车站附属结构围护中采用较多。•车站围护结构设计，须综合考虑地质条件，周边环境、施工工艺、工期、造价等因素，经综合比选后确定。•下面以哈尔滨、成都、南京、合肥、深圳等地的工程实例为背景，重点介绍多种复杂地质条件下车站围护结构设计及其特点。二、复杂地质条件下的车站围护结构设计特点1软土地区,坑壁存在淤泥质粘土层和深厚砂土层•代表性车站：哈尔滨东站站哈东站总平面图哈东站车站主体（332.7m×17.8m）哈东站为哈尔滨市轨道交通1号线一期工程终点站，为地下二层单柱双跨岛站台车站，位于哈尔滨火车东站西侧，桦树街路中。车站的主体长度为332.7m，标准段宽17.8m。本站为我国高寒地区的第一条地铁线的重要交通枢纽车站，地质条件复杂，周边建筑密集，车站长度长，功能要求高，设计难度大。1号风亭2号风亭3号风亭哈尔滨火车东站市公路客运站1号出入口2号出入口3号出入口4号出入口5号出入口6号出入口4号风亭铁路局98号楼，距离基坑3.9m哈东站地质特点从工程地质和水文地质角度分析，哈东站站位于松花江漫滩区，地下水位高，存在高承压水层，车站基坑开挖深度内分布有深厚的粉砂层(约15.2m),极易发生涌水涌砂事故,给围护结构设计及施工带来较大难度。①1杂填土A1粉质粘土A2粉砂A3中砂⑨粉质粘土⑩1中砂⑩1T1粉质粘土⑩3中砂⑩3T粉质粘土⑾强风化粉砂质泥岩A2T淤泥质粉质粘土哈东站主体基坑支护结构平、剖面图针对前述地质特点，基坑围护选用地下墙，墙趾插入不透水层，隔断潜水、微承压水内外的联系为防止突涌，进行坑外减压降水。在粉细砂层中的微承压水头压力作用下，地下墙墙缝极易发生渗漏且堵漏困难，为此，在地下墙缝处增设了旋喷止水措施。铁路局98号楼，距离基坑3.9m车站周边建筑距基坑较近，尤其是车站主体西南侧５层住宅距主体围护仅仅3.9m，为确保地下墙成槽和住宅安全，设计采用了设置两道搅拌桩加固的措施，有效地解决了地下墙在深厚砂层中槽壁稳定问题，并保证了住宅安全。车站主体2土层厚度变化大基岩埋深浅、基岩面起伏较大•代表性车站：南京地铁1号线南延线工程岔路口站岔路口站位于南京市宏运大道与双龙大道（宁溧路）交叉路口南侧，沿双龙大道近南北走向。交叉路口东侧、东北侧为东侧为待开发空地；西侧为南京市税务干部培训学校，西北侧为六层的岔路口派出所，距车站围护结构净距约11m。车站为地下二层岛式站台车站，长186.2m，宽18.8m(标准段),底板埋深15.4~18.9.0m。顶板覆土厚度约3m。站址地形左低右高，基岩埋深较浅。车站主体围护结构采用φ1000@1200钻孔灌注桩＋止水帷幕，地下二层风道围护结构采用φ800@1000钻孔灌注桩；车站其余附属结构采用φ600@750钻孔灌注桩围护，明挖法施工。本站围护结构采用设计施工总承包。原设计采用钻孔咬合桩，第一道撑均采用钢筋砼撑，中标后进行了优化，围护桩采用钻孔灌注桩。1～9轴因含深厚的淤泥质粘土层（向右逐渐尖灭），并临近南京市税务干部培训学校，第一道撑采用钢筋砼支撑，右端头井基坑较深，且基岩埋深相对较深，第一道撑也采用钢筋砼支撑，其余部分第一道撑优化为钢支撑。优化后既增加了可实施性，节省了投资。3坑壁粘性土层为主、基岩埋深浅于坑底、站址有断层•代表性车站：合肥地铁2号线天柱路站天柱路站位于合肥市长江西路与天柱路交叉口处，跨天柱路路口设置，车站周边建筑物密集，主要有位于车站北侧的长江西路高架、位于车站西南侧的徽商购物广场、位于车站东南侧的金濠小区、位于车站4号出入口西北侧的新加坡花园城。该站为地下两层11m岛式站台车站，两层单柱双跨箱型框架结构，局部为双柱三跨，本站的结构外包全长217.6m，标准段外包宽度为19.7m。⑩2强风化泥质砂岩⑩3中风化泥质砂岩①1人工填土③2粘土③1粘土本站地势西低东高，道路坡度明显，车站标准段开挖深度约18.9~21.5m，14m；东端端头井开挖深度为21.050m，覆土厚度约3.6～4.6m。车站采用明挖顺筑法施工，车站东西两端区间隧道均采用盾构法施工，车站两端端头井均为盾构调头井。基坑开挖范围内土层分布主要为：①1人工填土、③1粘土、③2粘土、⑧1全风化泥质砂岩、⑧3中风化泥质砂岩、⑩1全风化泥质砂岩、⑩2强风化泥质砂岩、⑩3中风化泥质砂岩、11-2断层角砾层。站址基岩埋深浅，位于车站底板以上，车站基底位于⑧3中风化泥质砂岩、⑩3中风化泥质砂岩，围护灌注桩底落于⑧3中风化泥质砂岩、⑩3中风化泥质砂岩。地下水主要为第四系孔隙水（上层滞水）及基岩裂隙水，主要赋存于黏土层及强风化砂岩裂隙中，含水量较小，地下水总体不发育。站址有断层，断层角砾层内为破碎带，富水性极强。⑩1全风化泥质砂岩⑧3中风化泥质砂岩⑧2强风化泥质砂岩11-2断层角砾本车站基坑围护结构采用,800@1100钻孔灌注桩，因紧邻高架和周边建筑，基坑第一道支撑采用钢筋混凝土支撑，断面为700X900，其余为钢支撑，标准段为两道/三道609钢支撑，端头井为三道609钢支撑。由于本站地势西低东高，道路坡度明显，第一道支撑高程随地形变化。站址基岩埋深浅，考虑其为软岩，围护桩桩底插入中风化泥质砂岩层，桩底插入坑底下4m，局部断层处桩底插入坑底下6m。•坑底断层斜穿基坑，采用水泥-水玻璃双液注浆加固。基坑内加固深度范围为基坑底至坑底下5m，基坑外加固深度范围为断层顶至坑底下5m。坑底断层处理方案4地层以透水性大的卵石层为主、基岩为泥质砂岩,埋深浅•代表性车站：成都地铁2号线春熙路站春熙路站位于红星路三段步行街与东锦江街交叉口，是2、3号线的换乘站，车站2号线沿东锦江街呈东西走向，3号线沿红星路步行街东侧呈南北走向。车站附近有蓝光香槟广场、春喜大厦、正熙国际大厦等商业、住宅楼。站址东面是多层住宅，车站西端为红星路步行街及红星路下穿隧道。车站西面靠近成都市标志性的春熙路步行街片区。•地质概况：站址自上而下为（1-1）杂填土、（2-5-3）中砂、（2-6）卵石层、粒径30～80mm为主，最大粒径120mm，下伏强风化泥岩（W3）、中等风化泥岩（W2），天然抗压强度fc=2.7～5.1MPa。地下水为第四系孔隙潜水，主要埋藏于第四系全新统（Q4）与上更新统（Q3）砂、卵石土中。地下三层围护结构采用Φ1100@1700人工挖孔桩；地下二层围护结构采用Φ1000@1800人工挖孔桩；桩间挡土采用挂网喷射混凝土。采取坑外降水措施。覆土厚度约4.640m。车站采用明挖顺筑法施工，车站东西两端区间隧道均采用盾构法施工，车站两端端头井均为盾构调头井。5抛石填海地区（抛石层、深厚淤泥质土、地下水具有中等腐蚀性）•代表性车站：深圳地铁9号线侨城南站（１）为解决抛石区槽壁机成槽问题。以埋深5米为界，抛石层埋深≤5米范围，采取换填处理；抛石层埋深≥5米范围，开挖困难，换填代价大，采用冲孔机冲碎抛石，冲孔范围外扩0.5倍墙厚（1.6m宽），然后回填粘性土，再用槽壁机成槽；抛石填海区，车站基坑范围抛石埋深约3~10米，抛石层以下有较厚淤泥层。地质特点：围护结构选型：综合考虑地质条件，周边环境、施工工艺、工期、造价等因素，围护结构推荐采用地下连续墙。(也有部分车站采用冲孔桩＋止水帷幕的型式，如招商东路等。)抛石层的处理：•（２）基坑范围淤泥层较厚，槽壁稳定性差，成槽时容易塌孔，采取加大泥浆比重，同时减少连续墙槽幅宽度（采用4m一段），保证连续墙顺利施工。•（３）采用冲孔桩＋止水帷幕的型式时，如周边条件较好，浅层采用开挖挖除抛石层的方法，尽量挖除抛石形成一级放坡，或回填粘土以利成孔；深层则采用冲孔的办法。具体实施时，可利用空间效应，小段施工，维持临时边坡稳定，尽量采用挖除的方法，减少冲孔碎石工程量。因时间关系不再展开了•地下水腐蚀性问题的处理：•地下水情况：地下水中氯离子及硫酸根离子对钢筋混凝土结构中的钢筋具有中等腐蚀性，且在电解质环境下杂散电流对钢材亦具有腐蚀性，需采取一定措施保护钢筋混凝土结构中的钢筋，以满足结构100年耐久性要求。•常用处理办法：根据既有工程经验，中等腐蚀环境作用下钢筋混凝土结构防腐措施主要有：•１）钢筋镀锌；•２）混凝土中加阻锈剂；•３）增加保护层厚度。•实际采取措施：由于钢筋镀锌工艺复杂，现场操作困难，故不建议采用。最终采用混凝土中加阻锈剂和增加保护层厚度至６ｍｍ的措施。谢谢大家！•