一种城市复杂环境下地铁车站主体基坑及施工方法
技术领域
本发明涉及基建施工
技术领域
，特别是涉及一种城市复杂环境下地铁车站主体基坑及施工方法。背景技术
随着城市轨道交通工程的快速发展和运营线网的加密，地下空间的利用率越来越高，轨道交通地铁车站施工领域，绝大多数基坑采用明挖法施工。
而沿海城市的地质条件更为复杂，沿海地区软土地层具有天然含水量高、天然孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低、固结系数小、固结时间长、灵敏度高、扰动性大、透水性差、土层层状分布复杂、各层之间物理力学性质相差较大等特点。
往往地铁车站设置在人口密度大的城市地区，施工建设的范围内很可能存在高架桥梁、地下管线、高层建筑等城市设施。地铁车站基坑自身具有开挖深度深、基坑长度长等特点，再加上基坑周围往往密布着各种地下管线、各类建筑物、交通干道等，具有施工场地紧张、工期紧、施工条件复杂、周边设施环境保护要求高等特点。在城市复杂环境下进行车站主体基坑的施工时，必须要严格控制围护结构位移变量和周边地表沉降，避免出现土体滑移等问题，对城市周边建筑物、地下管道以及周边居民产生不必要的安全威胁。
若施工地区位于软土地区，广泛分布厚层状软土，其具“天然含水量高、压缩性高、灵敏度较高、触变性较高、流变性较高、强度低，透水性弱”等特点。拟建场地软土层由①3b层灰色淤泥质黏土；②2b层灰色淤泥质土；③2层灰色粉质黏土；④1层灰色淤泥质土和④2层灰色黏性土组成，累积厚度约35-40m。基坑开挖范围内土层主要有①a杂填土，①2黏土，①3b淤泥质粘土，②2b淤泥质粘土。坑底土层为②2b淤泥质粘土；墙底土层为④2黏土。整体土层缺少⑤1层粉质黏土，同时④1层淤泥质黏土较厚，土质较差，对基坑开挖过程中变形控制十分不利。同时需在城市交通主干桥梁下建设大型地铁车站，基坑及桥梁净空仅9.5m，基坑围护结构距离桥梁桩基最近约14m，其施工难度之大、对桥梁的保护要求之高对地铁站施工提出了新的要求和挑战。
因此，亟需开发一种城市复杂环境下地铁车站主体基坑及施工方法能够针对性地处理上述出现的情况。
发明内容
本发明的目的是提供一种城市复杂环境下地铁车站主体基坑及施工方法，以解决上述现有技术存在的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种城市复杂环境下地铁车站主体基坑，包括高架桥面，桥墩和设置于所述高架桥面下方的主体基坑，其特征在于：所述主体基坑包括弱敏感区基坑和强敏感区基坑；
所述强敏感区基坑设置于所述高架桥面朝向地面的投影范围内；所述弱敏感区基坑包括第一弱敏感区基坑和第二弱敏感区基坑；所述第一弱敏感区基坑和所述第二弱敏感区基坑设置于所述高架桥面两侧的地面上；所述第一弱敏感区基坑和所述第二弱敏感区基坑之间设置有强敏感区基坑；所述强敏感区基坑分别与所述第一弱敏感区基坑和所述第二弱敏感区基坑之间固接有中隔墙；所述强敏感区基坑靠近所述桥墩的两侧坑壁为地下连续墙；所述第一弱敏感区基坑，所述第二弱敏感区基坑，所述强敏感区基坑内设置有加固结构，且所述地下连续墙两侧的地面对称埋设有第一隔离墙和第二隔离墙；所述地下连续墙底端延伸入地底的稳定土层，所述第一隔离墙靠近所述地下连续墙；所述第一隔离墙顶面，所述第二隔离墙顶面和所述强敏感区基坑坑壁顶面分别固接有冠梁；所述冠梁顶面固接有若干钢筋砼板。
优选的，所述加固结构包括格构柱；所述格构柱底端延伸入地底的稳定土层，所述格构柱下部固接有若干旋喷桩；所述旋喷桩垂直并嵌设于所述强敏感区基坑坑底，所述格构柱上部固接有多层支撑单元；所述多层支撑单元两端分别与两所述地下连续墙固接。
优选的，所述多层支撑单元包括若干钢筋砼支撑层和若干钢支撑层；所述钢筋砼支撑层两端分别与两所述地下连续墙固接；所述钢支撑层两端分别与两所述地下连续墙固接，若干所述钢筋砼支撑层和若干所述钢支撑层由上至下分开设置。
优选的，同一水平面的若干所述钢筋砼支撑层等间距设置于所述强敏感区基坑内，且间距设置为6m-10m，同一水平面的若干所述钢支撑层等间距设置于所述强敏感区基坑内，且间距设置为2m-5m；所述钢筋砼支撑层与相邻的所述钢支撑层之间的间距为6m-9m，相邻的所述钢支撑层之间的间距为2.5m-4m；所述钢筋砼支撑层与所述钢支撑层相互平行设置。
优选的，所述旋喷桩桩径800mm；相邻所述旋喷桩间距600mm，且搭接200mm，所述旋喷桩嵌设入所述强敏感区基坑坑底4m。
优选的，所述第一隔离墙和第二隔离墙分别包括等间距设置的若干隔离桩，所述第一隔离墙包含的所述隔离桩的数量小于所述第二隔离墙包含的所述隔离桩的数量；所述第一隔离墙的所述隔离桩与所述地下连续墙最短距离为1.5m-2.5m，所述第二隔离墙的所述隔离桩与所述地下连续墙最短距离为6.5m-8.5m；所述第二隔离墙的所述隔离桩与所述桥墩的桥基的最短距离为6.5m-8.5m。
优选的，所述隔离桩底端延伸入地底的稳定土层，且所有所述隔离桩均相互平行设置；所述第一隔离墙的相邻所述隔离桩的间距为5m-6m；所述第二隔离墙的相邻所述隔离桩的间距为0.8m-1.5m。
优选的，所述地下连续墙壁厚为0.7m-0.9m，且其底端延伸入地底的稳定土层。
优选的，在所述强敏感区基坑坑口边缘的3倍所述强敏感区基坑深度的范围内布设有监测点。
一种根据权利要求1-9所述的一种城市复杂环境下地铁车站主体基坑的施工方法，包括三步：
分区：根据地铁车站主体基坑所处环境复杂程度进行分区分段划分，划分为强敏感区和弱敏感区；
施工：施工弱敏感区基坑和施工强敏感区基坑；
连通：车站主体基坑连通。
本发明公开了以下技术效果：
本技术方案可以有效减小地铁车站长条基坑的长边效应；可以有效减小主体基坑周边重载对主体基坑水平位移和敏感建筑物的影响；可以保证支撑轴力不损失，强化支撑体系；可以减小主体基坑收底阶段变形数据；可以有效减少主体基坑围护结构变形、周边地表沉降及周边建筑物的变形；从而实现主体基坑自身安全和对周边复杂环境的保护。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为强敏感区基坑主视结构示意图。
图2为多层支撑单元主视结构示意图。
图3为主体基坑俯视结构示意图。
图4为多层支撑单元俯视结构示意图。
其中，高架桥面-1，桥墩-2，弱敏感区基坑-3，第一弱敏感区基坑-31，第二弱敏感区基坑-32，强敏感区基坑-4，地下连续墙-5，稳定土层-6，冠梁-7，钢筋砼板-8，加固结构-9，格构柱-91，旋喷桩-92，多层支撑单元-93，钢筋砼支撑层931，钢支撑层-932，第一隔离墙-10，第二隔离墙-11，隔离桩-12，中隔板-13。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明提供一种城市复杂环境下地铁车站主体基坑，包括高架桥面1，桥墩2和设置于高架桥面1下方的主体基坑，主体基坑包括弱敏感区基坑3和强敏感区基坑4；
强敏感区基坑4设置于高架桥面1朝向地面的投影范围内；弱敏感区基坑3包括第一弱敏感区基坑31和第二弱敏感区基坑32；第一弱敏感区基坑31和第二弱敏感区基坑32设置于高架桥面1两侧的地面上；第一弱敏感区基坑31和第二弱敏感区基坑32之间设置有强敏感区基坑4；强敏感区基坑4分别与第一弱敏感区基坑31和第二弱敏感区基坑32之间固接有中隔墙13；强敏感区基坑4靠近桥墩2的两侧坑壁为地下连续墙5；第一弱敏感区基坑31，第二弱敏感区基坑32，强敏感区基坑4内设置有加固结构9，且地下连续墙5两侧的地面对称埋设有第一隔离墙10和第二隔离墙11；地下连续墙5底端延伸入地底的稳定土层6，第一隔离墙10靠近地下连续墙5；第一隔离墙10顶面，第二隔离墙11顶面和强敏感区基坑4坑壁顶面分别固接有冠梁7；冠梁7顶面固接有若干钢筋砼板8。
进一步的，地底的稳定土层6为能够为地下连续墙5提供大负荷支撑的稳固地层。
进一步的，地下连续墙5，第一隔离墙10和第二隔离墙11之间相互平行，实现了优化了第一隔离墙10和第二隔离墙11的设置面积，降低了建设成本。
进一步的，强敏感区基坑4分别与第一弱敏感区基坑31和第二弱敏感区基坑32之间设置有800mm厚的中隔墙13，实现了辅助强敏感区基坑4抵挡第一弱敏感区基坑31和第二弱敏感区基坑32的内应力。
进一步的，钢筋砼板8，第一隔离墙10，第二隔离墙11与冠梁7相互配合，形成了“桩-板-墙”门式结构，既为强敏感区基坑4的施工提供了稳固的地下环境，又为地面上的施工提供了稳定的支撑。
进一步的优化方案，加固结构9包括格构柱91；格构柱91底面与稳定土层6相抵触，格构柱91下部固接有若干旋喷桩92；旋喷桩92垂直并嵌设于强敏感区基坑4坑底，格构柱91上部固接有多层支撑单元93；多层支撑单元93两端分别与两地下连续墙5固接。
进一步的，强敏感区基坑4或部分或全部设置于高架桥面1朝向地面的投影范围内；在高架桥面1的投影范围内的强敏感区基坑4的坑底仅需用旋喷桩92进行加固，在高架桥面1的投影范围外的强敏感区基坑4的坑底，使用三轴搅拌桩进行加固，三轴搅拌桩桩径850mm，间距600mm，搭接250mm，加固深度为垫层底以下4m。三轴搅拌桩的使用，可以实现对强敏感区基坑外部含水层的强效隔离，避免强敏感区基坑坍塌；
进一步的，格构柱9通过钢筋混凝土板分别与若干旋喷桩92和多层支撑单元93进行固接，提高了加固结构9的抗挠性，避免了加固结构9因为强敏感区基坑坑壁因为地质应力的挤压而变形失效。
进一步的优化方案，多层支撑单元93包括若干钢筋砼支撑层931和若干钢支撑层932；钢筋砼支撑层931两端分别与两地下连续墙5固接；钢支撑层932两端分别与两地下连续墙5固接，若干钢筋砼支撑层931和若干钢支撑层932由上至下分开设置。
进一步的，高架桥投影范围内钢支撑层932两端增加采用伺服系统，能够避免钢支撑层932两端的强敏感区基坑4的侧壁的土地因为高负载的桥墩2和松软的地质环境而导致强敏感区基坑4侧壁向外侧垮塌导致钢支撑层932两端支撑力下降，从而导致整个加固结构9失效。
进一步的优化方案，同一水平面的若干钢筋砼支撑层931等间距设置于强敏感区基坑4内，且间距设置为6m-10m，同一水平面的若干钢支撑层932等间距设置于强敏感区基坑4内，且间距设置为2m-5m；钢筋砼支撑层931与相邻的钢支撑层932之间的间距为6m-9m，相邻的钢支撑层932之间的间距为2.5m-4m；钢筋砼支撑层931与钢支撑层932相互平行设置。
进一步的优化方案，旋喷桩92桩径800mm；相邻旋喷桩92间距600mm，且搭接200mm，旋喷桩92嵌设入强敏感区基坑4坑底4m。
进一步的优化方案，第一隔离墙10和第二隔离墙11分别包括等间距设置的若干隔离桩12，第一隔离墙10包含的隔离桩12的数量小于第二隔离墙11包含的隔离桩12的数量；第一隔离墙10的隔离桩12与地下连续墙5最短距离为1.5m-2.5m，第二隔离墙11的隔离桩12与地下连续墙5最短距离为6.5m-8.5m；第二隔离墙11的隔离桩12与桥墩2的桥基的最短距离为6.5m-8.5m。
进一步的，隔离桩12顶端超出桥墩2的承台2m，便于了对隔离桩12顶端进行后续施工操作。
进一步的优化方案，隔离桩12底端延伸入地底的稳定土层6，且所有隔离桩12均相互平行设置；第一隔离墙10的相邻隔离桩12的间距为5m-6m；第二隔离墙11的相邻隔离桩12的间距为0.8m-1.5m。
进一步的优化方案，地下连续墙5壁厚为0.7m-0.9m，且其底端延伸入地底的稳定土层6。
进一步的优化方案，在强敏感区基坑4坑口边缘的3倍强敏感区基坑4深度的范围内布设有监测点。
进一步的，强敏感区基坑4坑底正下方布设的监测点包含多种传感器，并与外部监视处理器电性连接；能够实现对强敏感区基坑、弱敏感区基坑周边地表及管线沉降监测，坑外地下水位监测，强敏感区基坑和弱敏感区基坑竖向水平位移监测，隔离桩12和旋喷桩92的桩顶水平位移及沉降监测，强敏感区基坑、弱敏感区基坑坑外土体竖向水平位移监测，支撑轴力监测，桥墩2立柱水平位移及沉降监测。
一种根据权利要求1-9的一种城市复杂环境下地铁车站主体基坑的施工方法，包括三步：
分区：根据地铁车站主体基坑所处环境复杂程度进行分区分段划分，划分为强敏感区和弱敏感区；
施工：施工弱敏感区基坑和施工强敏感区基坑；
连通：车站主体基坑连通。
在本发明的一个实施例中，本发明通过下述技术方案得以解决，一种城市复杂环境下地铁车站主体基坑施工方法，包括：根据地铁车站主体基坑所处环境复杂程度进行分区分段划分，划分为强敏感区和弱敏感区；对弱敏感区基坑(即弱敏感区基坑3)和强敏感区基坑(即强敏感区基坑4)分别进行施工；车站主体基坑之间的连通。
具体如下：
为减小地铁车站基坑施工期间对周边复杂环境的影响，将主体基坑分隔为若干小基坑，先行施工弱敏感区基坑3，后施工强敏感区基坑4，施工期间做好基坑施工过程中周边建构筑物变形的监控量测工作。
其中，弱敏感区基坑3施工依次包括：场地平整、重载便道设置→围护结构施工→坑内加固结构9施工→冠梁7及第一道钢筋砼支撑层931施工→土方分层、钢筋砼支撑层931与钢支撑层932的安装→垫层、防水施工→底板施工→侧墙、立柱、中板施工→侧墙、立柱、顶板施工→外包防水、保护层施工；
强敏感区基坑4施工工艺流程依次包括：场地平整、重载便道设置→地下连续墙施工→坑内加固结构9施工→敏感建筑物基础范围坑外隔离桩12施工→冠梁7及第一道钢筋砼支撑层931施工→坑外隔离桩12、冠梁7、及钢筋砼板8施工→土方分层、钢筋砼支撑层931与钢支撑层932的安装→垫层、防水施工→钢筋混凝土板施工→侧墙、立柱、中板施工→侧墙、立柱、顶板施工→外包防水、保护层施工。
其中，强敏感区基坑4需在敏感建筑物基础周边设置隔离桩12，隔离桩12、主体基坑和加固结构9采用冠梁+钢筋混凝土板结构进行连接，形成“桩-板-墙”的门式结构。
具体的施工方式为，强敏感区基坑4位于高架桥面1下方，净空约9.5m，现将强敏感区的土地进行平整，修整重载车辆的通行便道，便于施工设备以及物料的运输；弱敏感区基坑3分别为第一弱敏感区基坑31和第二弱敏感区基坑32，第一弱敏感区基坑31长度121m，开挖深度16.8m，第一弱敏感区基坑31坑壁距离高架桥墩最近约47.5m；第二弱敏感区基坑32长度140m，开挖深度16.2m，第二弱敏感区基坑32坑壁距离高架桥墩最近约31.9m；强敏感区基坑4长度88m，开挖深度16.5m，强敏感区基坑4坑壁距离高架桥墩最近约14.0m。
然后利用设备将强敏感区基坑4内部土石方运走，再在强敏感区基坑4靠近桥墩2的两相对的坑壁做地下连续墙5施工，地下连续墙由强敏感区基坑4坑壁顶端一直延伸到地下的稳定土层6；然后在两堵地下连续墙5之间做强敏感区基坑4内的加固结构9的施工，具体为在高架桥投影范围内采用高压的旋喷桩92进行坑底加固，高压的旋喷桩92桩径800mm，间距600mm，搭接200mm，加固深度为强敏感区基坑4坑底以下4m；在高架桥投影范围外采用三轴搅拌桩进行坑底加固，三轴搅拌桩桩径850mm，间距600mm，搭接250mm，加固深度为强敏感区基坑4坑底以下4m。三轴搅拌桩的使用，可以实现对强敏感区基坑4外部含水层的有效隔离，避免强敏感区基坑4坍塌；
强敏感区基坑4的支撑体系为竖向五道支撑，第一道为截面为800mm×1000mm钢筋砼支撑层931，第二道为截面为Φ800mm的钢支撑层932(高架桥投影范围内采用伺服系统)，第三道为800mm×1000mm钢筋砼支撑层931，第四道为Φ800钢支撑层932(高架桥投影范围内采用伺服系统)，第五道为Φ800钢支撑层932(高架桥投影范围内采用伺服系统)。
上述技术方案中，强敏感区基坑4坑壁与桥墩之间设置有第一隔离墙10和第二隔离墙11，隔离桩12桩径Φ800mm，第一隔离墙10与强敏感区基坑4坑壁的间距为1100mm，第一隔离墙10和第二隔离墙11之间的间距为4950mm，第二隔离墙11与桥墩2的桥基的间距为7700mm，隔离桩12长33m。隔离桩12桩顶设置有截面为800mm×800mm冠梁7，同时采用钢筋砼板8与主体基坑的冠梁7连接，形成“桩-板-墙”的门式结构。
在强敏感区基坑4坑口边缘的3倍强敏感区基坑4深度的范围内布设有监测点，在施工过程中进行监测，监测项目包括：对强敏感区基坑、弱敏感区基坑周边地表及管线沉降监测，坑外地下水位监测，强敏感区基坑和弱敏感区基坑竖向水平位移监测，隔离桩12和旋喷桩92的桩顶水平位移及沉降监测，强敏感区基坑、弱敏感区基坑坑外土体竖向水平位移监测，支撑轴力监测，桥墩2立柱水平位移及沉降监测。通过对强敏感区基坑4周边的地质环境各项参数的监测，实现了对施工环境的实施掌握，避免了因为地质环境的突变导致施工进度的停滞，甚至坍塌返工。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
