地铁主变电站与车站基坑3种常见围护结构优缺点分析.pdf

第28卷 第3期 2012年3月 电网与清洁能源 Power System and Clean Energy Vol.28No.3 Mar. 2012 文章编号 1674-3814 （2012） 03-0040-04中图分类号 U231文献标志码A 地铁主变电站与车站基坑3种常见围护 结构优缺点分析 石立民 （中铁七局集团第三工程有限公司， 陕西 西安 710043） Analysis on Advantages and Disadvantages of Three Kind of Common Surrounding Protection Structure for Open Excavation Subway Station SHI Li-min （The Third Engineering Co., Ltd. of China Railway Seventh Group， Xi’ an 710043, Shaanxi, China） ABSTRACT During the construction of cut and cover subway station and the main substation, thegeneral of building envelope utilized in containment concludes Diaphragm walls、 bored piles waterproof curtain and piles. On the basis of particularintroductiontothreewaysforconstructionof structure,takethethreedifferentouterprotective structures for example, which applied in the first of subway of Suzhou , then make the comprehensive comparison and analysis of the three kinds of outer protective structures from the aspects such as quality control in construction、 engineering process、 degree of difficult、 project cost、 environment impact and so on, the above-mentioned has a sort of reference value to the similar project designing and construction. KEY WORDS subway station； the main substation open excavation； surrounding protection structure; construction 摘要在明挖地铁车站和主变电站施工中， 通常采用的围护 结构形式有地下连续墙、 钻孔桩止水帷幕、 工法桩等3种形 式， 在详细介绍3种结构形式施工方法的基础上， 以苏州地铁 一号线中3种围护结构的应用为例， 从施工质量、 进度、 难易 程度、 工程造价、 环境影响等多个方面对3种围护结构进行综 合比较分析， 对类似工程的设计和施工提供了一定的借鉴。 关键词 地铁车站； 主变电站； 明挖法； 围护结构； 施工 在城市建设日益发展的要求下， 地铁作为地下 一种交通运输方式， 以它快速、 便捷、 安全等优点， 为缓解城市交通压力发挥了巨大的作用[1-2]。地铁车 站和主变电站的施工方法， 一般情况下， 采用明挖、 暗挖、 盖挖3种方式， 而采用围护结构进行明挖法施 工是目前我国地铁车站采用最为广泛的一种施工 方法[3]。地铁的基坑工程有两大特点 一是周边环境 敏感； 二是必须确保安全。大部分地铁基坑工程周 边都分布有对沉降敏感的建构筑物、 管线等， 与此 同时， 它又常处于交通要道， 地面荷载的不确定性 较大。 一旦发生事故， 后果不可设想。 我国个别城市 在这方面已有深刻的教训。但是， 我们不得不考虑， 大多数地铁基坑的支护工程均为临时支护结构， 投 资太大又会造成浪费， 因此， 如何在确保安全的前 提下， 选择合理的支护结构形式， 显得尤为重要。本 文结合作者在苏州地铁参建的多个地铁基坑工程， 来重点认识3种常用围护结构的优缺点，及地下连 续墙、 钻孔桩止水帷幕、 工法桩。 13种围护结构主要施工方法分析 1.1地下连续墙围护结构 地下连续墙施工前， 首先浇筑导墙， 导墙的目 的是存贮泥浆， 并起到导向的作用， 因此， 导墙的垂 直度要求较高。连续墙开挖采用成槽机成槽， 泥浆 护壁施工， 在成槽过程中， 根据成槽进度及时进行 钢筋笼制作， 在刷壁、 清孔完成后， 及时吊放钢筋 笼， 下放导管， 浇筑混凝土。连续墙施工工艺流程见 图1。连续墙主要适合饱和水砂层、 淤泥质土等软弱 地质情况[4]， 苏州地铁主体围护结构采用地下连续 墙较多。 一般情况下， 连续墙的厚度在600耀1 000 mm 之间， 最厚的也可达到1 200 mm。地下连续墙在水 利工程中应用较为广泛， 由于其止水效果好， 强度 高， 是一种最强的支护形式， 对周边环境要求较高 智能电网 Smart Grid 图1连续墙施工工艺流程 Fig.1Continuous wall construction process 的、 深大、 地质条件差的基坑较为适用， 但其施工工 艺复杂， 设备需专门配套， 造价较高。 1.2SMW工法桩围护 SMW工法围护桩施工是用三轴搅拌桩机按设 计位置对土层实施搅拌后， 喷射出按一定配合比的 水泥浆液与地基土一起反复搅拌， 成柱桩样水泥土 混合体，并保证相临柱桩样混合体间重叠搭接施 工， 然后在水泥土混合体尚未硬化之前插入H型 （多 数为H型钢， 亦有插入拉森式钢板桩、 钢管等） 钢作 为其加劲材料，形成一道具有一定强度和刚度的、 连续完整的形似墙体的一种劲性复合围护结构， 将 防渗挡水与承受荷载结合起来[5]。这种支护形式对 粘土和粉细砂最为有效， 在一定条件下可替代地下 连续墙， 如果H型钢等受拉材料能够成功回收， 则费 用低于地下连续墙。 SMW围护结构施工主要包括导 墙施工、 桩机定位、 搅拌施工、 水泥浆制作、 型钢的 插入与拔除等工序。这种围护结构形式在10 m以内 的浅基坑中具有较强的技术优势， 因此在附属结构 等开挖深度较浅的结构中应用较多， 苏州地铁中部 分附属结构采用该种围护结构形式。 1.3钻孔桩止水帷幕结构 该种形式的围护结构原理是采用钻孔桩作为 主要的挡土结构，止水帷幕作为主要的挡水结构， 一般除了钻孔桩外， 还有人工挖孔桩、 或旋挖桩等 多种桩的形式， 而止水帷幕有旋喷桩、 搅拌桩等形 式。它的施工工序是先进行钻孔桩施工， 待钻孔桩 达到设计强度后进行止水帷幕施工， 施工方法较为 简单。钻孔灌注桩应用较为普遍， 也适用于大多数 地层， 在我国已得到广泛的应用。基坑工程的深度 在715 m最为合适，在我国北方土质较好地区， 已 有89 m的臂桩围护墙[6]。钻孔灌注桩的特点是 墙 身强度高， 刚度大， 支护稳定性好， 变形小， 无噪声 等环境公害， 施工时无振动， 对周围环境影响小； 它 也是一种较为灵活的支护结构形式， 大多数地层均 适用， 但在卵石和砂砾石中由于施工困难， 应在充 分论证的基础上采用。它的缺点是桩间缝隙易造成 水土流失， 还需要同时配备一定的挡水措施。苏州 地铁中部分主体结构和附属结构采用该种围护结 构形式。 23种围护结构优缺点分析 3种常见围护结构从工程质量、 施工进度、 施工 风险、 工程造价、 对环境的影响等多个方面， 各有千 秋， 逐一分析如下。 2.1施工质量 连续墙作为挡土兼挡水结构， 具有较大的强度 和刚度， 对于基坑的稳定比其他的围护结构而言较 好， 而且连续墙施工工艺成熟， 施工质量容易保证， 接头处一般采用锁口管或工字钢形式， 防水效果较 好。在质量控制较好的情况下， 基坑开挖后可达到 不渗漏水的程度，这是其他围护结构较难达到的， 图2为苏州地铁汾湖路站开挖后的连续墙照片， 基 本无渗漏水现象。 工法桩的止水效果主要取决于搅拌桩的水泥 用量、 搅拌效果等， 一旦接头处搅拌不均匀， 很容易 发生渗漏水， 给基坑开挖带来较大的风险。施工中 主要控制搅拌桩的喷浆压力、 提升速度、 水泥浆比 重、 接头搭接等， 避免出现施工冷缝。图3为苏州地 铁工法桩照片。 钻孔桩止水帷幕结构介于连续墙和工法桩之 间， 从止水效果好刚度方面， 虽然不能与形成整体 第28卷第3期电网与清洁能源 智能电网 Smart Grid 41 结构的连续墙相比，但是由于钻孔桩的刚度较大， 而且有专门的止水帷幕， 止水效果较好 （见图4） 。 2.2施工速度 由于连续墙采用成槽机成槽，水下混凝土灌 注， 一次性成墙约6 m， 比较钻孔桩搅拌桩止水帷 幕结构来说， 施工速度较快； 但是比较工法桩来说， 速度较慢， 连续墙平均每天成槽1幅 （6 m） ， 工法桩 每天成墙10组 （12 m） 。 2.3施工风险分析 连续墙施工最大的风险是钢筋笼吊装， 大型钢 筋笼重20 t左右， 笼长30 m左右， 需要至少一台100 t 履带吊和一台50 t履带吊起吊， 吊装安全风险较大， 需要做好安全管理工作。另外， 成槽过程中可能出 现塌孔、 缩孔， 给周边房屋和管线带来较大的影响。 比较而言，工法桩采用一台搅拌桩机进行钻孔搅 拌， 一台履带吊吊放H型钢， 风险较小； 而钻孔桩围 护采用正循环钻机或旋挖钻机即可施工， 工艺最为 简单， 风险较小， 止水帷幕采用旋喷桩或搅拌桩， 与 工法桩中的搅拌桩施工相似。 2.4工程造价 根据我部承担的苏州地铁施工单价，对3种围 护结构形式进行造价分析 （表1） ， 根据表1数据分析， 连续墙造价较高， 钻孔桩次之， 工法桩最低。 2.5施工环境影响 连续墙施工均为大型机械设备， 对场地的要求 工程项目 每延米工程造 价 （元/m） 备注 地下连续墙围护 钢筋653 按照横向 0.8 m计算 混凝土446 合计1 099 钻孔桩止水 帷幕围护 钢筋306 桩径0.8 m计算 混凝土290 旋喷桩止水160 合计756 工法桩围护 水泥土搅拌桩127 桩径0.85 m计算插拔H型钢175 合计302 表13种围护结构工程造价比较 Tab.1The cost comparison of three envelope project 石立民 地铁主变电站与车站基坑3种常见围护结构优缺点分析Vol.28No.3 图2 连续墙 Fig.2The continuous wall 图3 工法桩 Fig.3The engineering s piles 图4钻孔桩 Fig.4The bored piles 智能电网 Smart Grid 42 较高， 履带吊、 成槽机等均需要较为坚实的路面， 而 且要求较为空旷的施工场地， 防止在吊装中碰撞其 他物件， 发生危险， 另外， 施工产生的泥浆处理较为 棘手， 对环境的污染较大。工法桩施工产生的水泥 土可以集中外运处理， 对环境影响较小。钻孔桩既 产生泥浆， 同时止水帷幕施工也产生水泥浆， 对环 境的污染较大。 3结论和建议 地铁基坑工程中的支护结构是建设者们较为关 注的问题， 它是一项技术含量高、 施工风险大的建 设工程。对于每一种地层结构， 都要进行一一对应 的分析， 在通盘考虑安全、 经济的条件下， 才能得出 最有效的支护形式。本文通过3种常用围护结构的 对比分析， 得出以下几点体会， 供设计和施工参考。 1）连续墙围护结构施工成本较高， 但对于主体 结构施工， 由于基坑开挖相对较深， 连续墙围护较 为安全， 建议采用连续墙围护结构， 支撑体系首道 宜为混凝土支撑， 其余为钢支撑。 2）附属结构基坑相对较浅，对于富水砂层地 段， 建议采用钻孔桩搅拌桩止水帷幕结构， 但是搅 拌桩一定要穿透透水层， 防止基坑开挖过程中出现 管涌现象； 对于粘土地段， 为了节约工程造价， 建议 采用工法桩。 3）冷缝的处理在砂层建议采用搅拌桩或三重 管旋喷桩， 粘性土建议采用单重管旋喷桩或双轴搅 拌桩。 参考文献 [1]施仲衡.科学制定城市轨道交通建设规划[J].都市快轨 交通,2004,172 12-15. 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Shanxi Architecture, 2008, 3417 111-113in Chinese. 收稿日期 2012-01-06。 作者简介 石立民 （1977） ， 男， 中铁七局三公司工程师， 主要从事地铁 工程施工技术工作。 （编辑李沈） 第28卷第3期电网与清洁能源 智能电网 Smart Grid 43