半逆作法条件下地铁基坑变形控制和环境效应探究

1、半逆作法条件下地铁基坑变形控制和环境效应探究摘要地铁因其高效、快捷、污染小、低耗能等 特点已成为了当前缓解城市交通压力，提高人们生活品质的 有效的途径之一。然而随着我国地铁基坑开挖深度的逐渐增 加，以及基坑变形控制要求的日趋严格，传统的顺作法施工 技术也无法满足当前滋工中的需要，在使用上也出现了越来 越多的局限性。而半逆作法因其节省工时、受力良好、对周 边建筑影响较小等特点，在地铁基坑工程中得到了越来越广 泛的应用。文章结合杭州某地铁基坑工程实例，从半逆作法 在国内外研究和实际应用情况出发，并着重就其对地铁基坑 工程的变形控制及环境效应的影响进行了分析与探讨。关键词半逆作法；地铁基坑；变形控制

2、；环境效应 中图分类号:u231文献标识码：a文章编号:1671-7597 (2013) 22-0094-03地铁工程由于其特殊性，其基坑规模和普通民建基坑相 比较小，形状也多为狭长状，在基坑开挖较浅、地质较稳定 的工程中可采取明挖顺作法施工。然而对于基坑地质条件 差、变形控制要求严格的工程中，必须考虑改变施工方法和 施工工艺。由于半逆作法结合了逆作法和顺作法的优点，不 仅能大幅度减少施工工期和施工中的加固土方量，而且基坑 的变形更容易控制，对周边环境的保护也较好，因此在本文 的地铁基坑工程实例中，选用了半逆作法。在表1中，即为 顺作法与半逆作法施工方案的对比。1半逆作法在国内外的研究随着我国

3、地铁工程建设项目的日益增多，车站基坑的挖 深程度和要求也日益加深，并普遍超过20m,地铁基坑工程 的施工风险也随之增加。目前，地铁深基坑工程的支护方法 较多，但每一种支护方法都有着一定的局限性与适宜条件， 因此应选择科学、合理、有效的支护方案与支护形式，确保 地铁基坑工程的安全。半逆作法作为近年来发展迅速，并在 地铁基坑施工中得到广泛应用的一种基坑支护技术，由于其 能够最大限度的利用地下空间，受力良好、节省工时、对周 边建筑影响较小等特点，因此在国内外地铁基坑施工中得到 了广泛应用，并取得了良好的效果。1.1半逆作法对周围土体变形影响的研究近年来，国内外专家学者对顺作法施工和逆作法施工条 件下

4、，周围土体的变形控制情况进行了详细的探讨和研究。 peck (1969)依据美国芝加哥、挪威等地的实际地表观测资 料，在顺作法施工技术的基础上，提出了基于地表沉降和沉 降范围的经验关系趋于图，并给出了具体的估算方法；侯学 渊教授于1989年结合实际工程观测资料，将有限元与无限 元耦合计算方法代入了工程计算当中，从而使逆作法条件下的墙体变形被具体划分为了三角形和抛物线形这两种模式， 且提出了地表沉降的经验公式。hsieh于1998年根据九个不同支护形式的工程进行具体 分析，得出在逆作法和顺作法施工条件下，土体的变形规律 趋于一致的观点。以粘土层的地表沉降作为范例，若假设最 终开挖形成的墙体变形增

5、量区为as,而无支撑开挖形成的墙 体变形增量区为ac。当as>l. 6ac时，则最终地表沉降形状 为下凹形；当as综合而言，为有效避免和减少围护桩、基桩在施工中所造成的不良环境影响，应根据工程实际情况 选择合理的施工工艺与桩型，并通过科学、精心的施工管理 来尽量降低不良的环境影响。3. 1. 3 土方开挖因素土方开挖也是影响地铁基坑工程周土体变形的一个重要因素。然而在基坑施工规程中，对土方开挖对环境效应 的影响仍难以作出定量分析，目前主要是进行定性分析，并 通过在开挖施工中分层、分块和分部的开挖，以尽量降低基 坑暴露的时间。同时，还应当加强在土方开挖过程中，基坑 沉降、位移等方面的实时观

6、测，以尽量降低因土方开挖对环 境效应的不良影响。3. 1. 4止水帷幕渗漏水因素在地铁深基坑工程中，除渗透性较小的地基以外，都需要设置闭合的止水帷幕作为挡土作用和止水作用。然而因抽 水引起土砂损失而造成的土层沉降，其中土砂损失的一个重 要原因就是因止水帷幕出现渗漏水。例如，止水帷幕本身存 在缺陷、场地水文地质条件不佳、基坑开挖深度过大、挡土 结构出现较大位移等等，都容易导致止水帷幕出现渗漏水问 题。3.2工程实例分析3.2. 1有限元模型的建立结合杭州地铁1号线西湖文化广场站的实例，采用有限 元分析和计算了在全逆作法、半逆作法以及顺作法这三种不 同施工工艺条件下，因基坑开挖对周围环境因素的不同

7、影 响。3. 2.2有限元计算结果分析在下图1、图2中即是通过有限元模拟得出的轨道交通 上、下行隧道分别在基坑开挖过程中的水平位移曲线图以及 竖向位移曲线图。图1基坑隧道开挖过程中的水平变形曲线图图2基坑隧道开挖过程中的竖向变形曲线图从图1中可以看出，在三种不同施工工艺条件下，顺作 法施工过程中，隧道的最终位移量以及水平位移速率最大， 其次分别为半逆作法和全逆作法，但是两者之间的差别较 小。从图2中可以看出，虽然在三种不同施工工艺条件下均 出现了沉降和抬升情况，但是仍然以顺作法的变形情况最严 重，其次分别为半逆作法和全逆作法，而且两者之间的差别 较小。总体而言，全逆作法和半逆作法对基坑变形控制

8、的效 果均较好，且差别不大，而顺作法对基坑变形控制的能力则 相对较差。4半逆作条件下立柱、地下墙分析4. 1半逆作条件下立柱分析4. 1. 1立柱的承载方式选择在进行半逆作法施工时，为便于节点处理和施工方便， 立柱多使用格构式或钢管式立柱。另外，在设计时应尽量做 到永久结构柱与立柱的中心重合，以使得支撑立柱与永久结 构柱之间的轴线是相一致的，但在施工过程中的轴线定位和 单桩承载力的要求较高。4. 1. 2立柱的施工方式选择目前，国内外在采用半逆作法施工工艺时，立柱的施工 方式多选用套管式灌注桩或钻孔式灌注桩。其中，套管式灌 注桩是指利用锤击打桩法或振动沉桩法，将带有钢筋混凝土 的钢套管沉入土层

9、中，然后边拔管边灌注混凝土而形成的桩 基础，其特点是承载力较大、质量可靠、施工速度快；而钻 孔式灌注桩则是利用不同的钻孔方法，在地基土层中形成一 定直径的孔径，当满足设计标准以后，再将钢筋笼或者钢筋 骨架掉入井孔当中，并灌注混凝土生成的桩基础，其特点是 施工噪声和震动相对较小，能够制造比预制桩直径大很多的 桩。4.2半逆作条件下地下墙分析4. 2. 1半逆作条件下地下连续墙的侧向土压力计算当前，国内在地下连续墙侧向土压力的计算过程中，多 采用以极限理论为基础的朗肯土压力或库仑图压力理论。然 而在工程实践中发现，因基坑工程的空间性、地质条件、摩 擦力因素等不同，导致两者理论计算公式与实际情况有着

10、较 大的差异。为保证侧向土压力计算的科学、准确，在实际应用中还 应综合考虑到基坑工程地质条件、摩擦力、空间性、土质的 粘聚力、降水情况等多种因素进行计算。4. 2.2半逆作条件下地下连续墙的防渗措施在采用半逆作法施工时，地下连续墙工程往往出现接头 缝渗漏问题，这主要是由于施工定位精度不够或者成槽过程 中新老混凝土接缝区没有清理干净而引起的。为有效解决地 下连续墙的渗漏问题，首先，应加强连续墙结构的防渗标准, 要求墙身混凝土的抗渗应满足地基基础设计规范(ggj08-11-1999)的规定要求，对于软土地质的抗渗标号 不宜低于s6；其次，则应当做好对地下连续墙接头的优化与 改进工作，例如可将原有的

11、圆形接头管接头改用双管接头， 刚性隔板形接头的钢筋笼可采用钢板代替等等；最后，要求 地下连续墙的墙面倾斜度或者平整度等均应满足相应的设 计规范要求，通常而言，要求墙面的倾斜度应控制在1/300 以内。5总结通过工程实例分析可知，半逆作法可看作是结合了全逆 作法与顺作法优点的一种综合施工工艺。从工程成本和工期 而言，半逆作法比全逆作法更节约成本和节省工期；而从变 形控制与环境效应的角度而言，半逆作法具有不低于全逆作 法的变形控制能力，与顺作法相比也有着较大的优势。随着 我国大规模地铁建设的逐步开展，且在周边环境越来越复 杂，基坑变形控制和环境效应的要求不断提高的情况下，半 逆作法施工技术不仅经济适用、节约成本，而且有着较强的 变形控制能力，值得在地铁基坑工程中大力推广和应用。参考文献1施仲衡地下铁道设计与施工m.陕西：陕西科学技 术出版社，2006.张庆贺地下工程m.上海：同济大学出版社，2005.3汪中卫，刘国彬，等复杂环境下地铁深基坑变形行 为的实测研究j岩土工程学报，2006 (10).4吴健