大型地鐵車站超深基坑開挖施工技術(shù)

【摘要】朝陽(yáng)廣場(chǎng)站位于南寧市興寧區(qū)城市商業(yè)中心，周邊高層建筑林立，施工圍擋內(nèi)場(chǎng)地狹窄，是南寧市軌道交通1、2號(hào)線同期實(shí)施的換乘車站，并預(yù)留7號(hào)線的換乘通道，是南寧市軌道交通線網(wǎng)唯一的3線換乘車站。本站為地下四層雙島疊式車站，基坑平均開挖深度32.8m。基坑內(nèi)土方26.5萬m3；且基坑底部平均厚度10m均為泥巖，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用1.2m厚地下連續(xù)墻和四道鋼筋混凝土+兩道鋼管撐的內(nèi)支撐體系；基坑內(nèi)土方的開挖效率將是制約車站的工期和成本的關(guān)鍵因素，因此選擇合理的開挖方法是本站確保工期的關(guān)鍵。

【關(guān)鍵詞】朝陽(yáng)廣場(chǎng)站；深基坑；開挖效率

隨著城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的進(jìn)程，城市軌道交通建設(shè)是城市地下空間的開發(fā)利用，是一座城市綜合實(shí)力的象征，因此國(guó)內(nèi)很多大中城市都掀起了軌道交通建設(shè)的熱潮。隨著地鐵網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展，地下車站需開挖的基坑是越來越深，在設(shè)法解決了地下水和邊坡穩(wěn)定問題之后，還要解決選用什么方法，什么機(jī)械，如何組織土方開挖的問題，目前國(guó)內(nèi)軌道交通車站設(shè)計(jì)大部分都采用明挖順作法，在明挖順作法中土方開挖較普遍的是采用后退式臺(tái)階法，本站因?yàn)樯疃壬?，且設(shè)置有四道鋼筋混凝土支撐梁，后退式臺(tái)階法開挖臺(tái)階過多，且不能有效解決混凝土支撐梁的等強(qiáng)問題，設(shè)備閑置率大，將對(duì)工期和成本帶來不可估量的損失，因此選擇合理的開挖方法是本站確保工期的關(guān)鍵。

1、工程概況

1.1基坑設(shè)計(jì)概況

朝陽(yáng)廣場(chǎng)站總長(zhǎng)321.7m，標(biāo)準(zhǔn)段寬24.9m，北端盾構(gòu)井長(zhǎng)15.5m、寬29.8m；南端盾構(gòu)井長(zhǎng)15.5m、寬30.4m，基坑平均開挖深度32.8m，基坑土方約26.5萬m3，設(shè)六道內(nèi)支撐。其中第一、二道為鋼筋混凝土米字撐；第三道撐車站北端為鋼筋混凝土米字撐、南端為鋼筋混凝土對(duì)撐；第四道撐為鋼筋混凝土對(duì)撐；第五道及第六道撐為雙拼φ600鋼管撐；盾構(gòu)端部采用鋼筋混凝土斜撐加角撐的方式。基坑內(nèi)沿車站縱向設(shè)置兩排抗拔樁、一排臨時(shí)中立柱。各道支撐、圍檁、連系梁及臨時(shí)立柱的截面參數(shù)詳見表1-1所示。

1.2工程地質(zhì)情況

本站點(diǎn)地處邕江低階地亞區(qū)，上覆第四系土層自上而下分別為：第一層：填土層，主要以城市雜填土和素填土為主，層厚1.3～7.0m；第二層，粘土層，主要以粘土和粉質(zhì)粘土為主，層厚1.1～13.4m；第三層：粉土層，黃褐色，灰色，稍密，層厚0～7.6m；第四層：砂層，含粉細(xì)砂和粗砂，層厚0～7m；第五層：圓礫層，局部密實(shí)，飽和，以礫石為主，少部分為卵石，最大粒徑一般在50～70mm；層厚0～13.8m；第六層：泥巖層，主要成分為泥巖，粉砂質(zhì)泥巖，為極軟巖，巖體基本質(zhì)量等級(jí)V級(jí)，基坑內(nèi)層厚2.7～14.8m。

1.3水文地質(zhì)情況

站址范圍內(nèi)有兩層地下水：根據(jù)場(chǎng)區(qū)地下水賦存條件、含水介質(zhì)及水力特征分析，本站區(qū)內(nèi)地下水主要分為兩種類型：一類為上層滯水，第二類為松散巖類孔隙水。

⑴第一層地下水主要賦存于素填土①2中，屬上層滯水，該層地下水水量貧乏，主要由大氣降雨及生活廢水補(bǔ)給，水位埋深與填土層的厚度有關(guān)，無統(tǒng)一水位。

⑵第二層地下水主要賦存于圓礫層中，屬孔隙水，水量豐富，具承壓性，承壓水頭在5.00～10.00m，與邕江河水有水力聯(lián)系，與沿線的朝陽(yáng)溪無直接的水力聯(lián)系。初見水位標(biāo)高在59.66～70.48m之間，多出現(xiàn)在粉土的底部或砂土層的頂部；穩(wěn)定水位標(biāo)高在60.16～68.32m。

1.4氣象條件

南寧市陽(yáng)光充足，雨量充沛，霜少無雪，氣候溫和，夏長(zhǎng)冬短，主要?dú)夂蛱攸c(diǎn)是炎熱潮濕。年均降雨量達(dá)1304.2mm，極端降雨量1640.5mm（1964年），平均相對(duì)濕度為79%，相對(duì)而言，一般是夏季潮濕，而冬季稍顯干燥，干濕季節(jié)分明，夏天比冬天長(zhǎng)得多，炎熱時(shí)間較長(zhǎng)。春秋兩季氣候溫和，集中的雨季是在夏天，每年降雨汛期為4～10月，占全年降雨量的85%，11月至下年3月為枯水季節(jié)，占全年降雨量的15%。

2、基坑開挖前技術(shù)措施

2.1基坑降水和排水

⑴基坑范圍內(nèi)存在較厚的圓礫層，圓礫層富含孔隙水，且具有承壓性，與邕江河水有水力聯(lián)系，根據(jù)地勘報(bào)告參數(shù)，圓礫層的滲透系數(shù)達(dá)到85m/d?；邮┕げ扇∫钥觾?nèi)管井疏干降水為主，排水溝集水明排為輔的降、排水體系。

⑵降水方案：根據(jù)工程、水文地質(zhì)以及圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的具體情況，采取坑內(nèi)管井疏干降水的方案。管井沿車站基坑縱向兩排錯(cuò)開布置，間距約15m。降水井的布置可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況適當(dāng)調(diào)整。

⑶排水方案：根據(jù)南寧市區(qū)的氣象條件可知，全年降雨汛期較長(zhǎng)，基坑施工期間應(yīng)注意地面和基坑內(nèi)的引排水，避免沖刷基坑內(nèi)臨時(shí)邊坡、浸泡基坑、軟化基底?；娱_挖過程中，基坑四周地面設(shè)截水溝，基坑邊設(shè)擋水坎，截排地表水，防止地表水進(jìn)入明挖基坑；截水溝外不小于2m寬地面采用100mm厚C15混凝土鋪砌，防止地表水滲入基坑；特別是不得在基坑周邊設(shè)置如廁所、沖涼房等易漏水設(shè)施；基坑開挖過程中，基坑內(nèi)設(shè)排水明溝及集水井，基坑明溝設(shè)于基坑四周坡腳處，排水溝溝底應(yīng)比基坑底低約0.5m，排水溝每隔10m左右設(shè)一集水井，集水井井底應(yīng)比排水溝底低約1.0m，集水井井壁用濾水管等透水材料，井內(nèi)集水用水泵排至地面市政雨、污水系統(tǒng)中；雨季施工必須加強(qiáng)排水措施，及時(shí)排水，確保工程安全和設(shè)備的正常運(yùn)用，做到大雨后能立即復(fù)工。

2.2施工監(jiān)測(cè)要求

本站基坑安全等級(jí)為一級(jí)?；庸こ虘?yīng)以環(huán)境保護(hù)和動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)與信息化施工為目的，開展相應(yīng)的基坑支護(hù)監(jiān)測(cè)工作。深基坑施工監(jiān)測(cè)的目的主要是保證基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和安全、保護(hù)周圍環(huán)境。由于本站地理位置復(fù)雜，地質(zhì)條件差，施工過程中，應(yīng)建立嚴(yán)格的監(jiān)測(cè)網(wǎng)，對(duì)施工全過程進(jìn)行監(jiān)測(cè)。關(guān)鍵位置、工況應(yīng)加密測(cè)點(diǎn)布置，加大監(jiān)測(cè)頻率，及時(shí)做好監(jiān)測(cè)結(jié)果的綜合分析和風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)，并將結(jié)果提供給業(yè)主、施工單位、監(jiān)理單位、設(shè)計(jì)單位，根據(jù)監(jiān)測(cè)反饋信息、地層巖性的變化及施工條件，及時(shí)調(diào)整設(shè)計(jì)和施工，以確?；?、周圍建筑和管線的安全。

基坑監(jiān)測(cè)以獲得定量數(shù)據(jù)的專門儀器測(cè)量或?qū)Ｓ脺y(cè)試元件監(jiān)測(cè)為主，以現(xiàn)場(chǎng)目測(cè)檢查為輔。觀測(cè)點(diǎn)的布置應(yīng)能滿足監(jiān)測(cè)要求，基坑開挖影響的范圍隨開挖深度的增加而增大，一般從基坑邊緣向外2～4倍開挖深度范圍內(nèi)的建（構(gòu)）筑物均為監(jiān)測(cè)對(duì)象，鄰近重要建（構(gòu)）筑物應(yīng)列入監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)。各監(jiān)測(cè)項(xiàng)目在基坑施工影響前應(yīng)測(cè)得穩(wěn)定的初始值，且不應(yīng)少于兩次。

2.3圍護(hù)結(jié)構(gòu)止水效果評(píng)價(jià)

冠梁以下土方開挖前，需根據(jù)連續(xù)墻的檢測(cè)結(jié)果、降水效果及檢查井的水位下降情況驗(yàn)證地下連續(xù)墻的止水效果，驗(yàn)證方法采用檢測(cè)、監(jiān)測(cè)、觀察綜合分析，以聲波透射法檢測(cè)連續(xù)墻的墻體質(zhì)量，監(jiān)測(cè)坑內(nèi)外水位觀測(cè)井的水位情況，下挖過程中先周邊拉槽觀察連續(xù)墻表面的干燥程度。如果水位抽降不下，應(yīng)找出區(qū)域進(jìn)行墻背止水注漿后重新抽降水，坑內(nèi)水位明顯下降后才能進(jìn)行土方開挖?；酉峦谶^程中，隨時(shí)觀察連續(xù)墻墻面干燥情況，發(fā)現(xiàn)滲水需及時(shí)處理后方可下挖。

3、總體施工方案

本工程基坑土方開挖過程中充分利用時(shí)空效應(yīng)原理掌握好開挖與支撐的關(guān)系，掌握好“分層、分步、對(duì)稱、平衡、限時(shí)”五個(gè)要點(diǎn)，遵循“豎向分層、縱向分段、橫向分塊，先撐后挖、快速封底施做底板”的原則進(jìn)行基坑土方開挖。

朝陽(yáng)廣場(chǎng)站長(zhǎng)321.7m，標(biāo)準(zhǔn)段寬度24.9m，基坑開挖深度平均32.8米，兩端盾構(gòu)接收井均為盾構(gòu)吊出。因北寧街路口設(shè)置的朝陽(yáng)廣場(chǎng)東西兩側(cè)商業(yè)圈的地面人行通道將車站分成了南北兩個(gè)施工區(qū)域，本站設(shè)計(jì)為4道鋼筋混凝土撐和2道鋼管支撐，因鋼筋混凝土撐等強(qiáng)時(shí)間過長(zhǎng)，按常規(guī)的后退式臺(tái)階法開挖工效較低，所以本站擬采用豎向分層，縱向長(zhǎng)臺(tái)階分段，坑內(nèi)挖掘機(jī)水平挖、轉(zhuǎn)土，側(cè)面輪式抓斗垂直提升出土的水平分層前進(jìn)式臺(tái)階法進(jìn)行土方開挖和混凝土支撐梁的施工。分層高度以混凝土撐底部地模為參考標(biāo)準(zhǔn)，分段長(zhǎng)度以混凝土撐滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度為依據(jù)。本站開挖深度大，為確保盾構(gòu)吊出的節(jié)點(diǎn)時(shí)間，擬計(jì)劃從兩端頭向中間分兩個(gè)工作面同時(shí)進(jìn)行開挖，為確保盾構(gòu)吊出的節(jié)點(diǎn)工期，前期開挖以南北兩個(gè)盾構(gòu)井挖土為主，標(biāo)準(zhǔn)段開挖為輔的施工組織順序，以確保盾構(gòu)接收井快速到底。每個(gè)工作面用3臺(tái)普通小型挖機(jī)坑內(nèi)挖、轉(zhuǎn)土，每工作面在基坑一側(cè)用一臺(tái)輪式抓斗提升出土，地面運(yùn)輸采用自卸車運(yùn)至指定渣場(chǎng)。

3.1冠梁以上土方開挖方案

冠梁及第一道混凝土支撐以上土方開挖（開挖深度2m～3.4m）從兩端往中間采用PC320以上反鏟挖掘機(jī)直接后退式開挖，自卸汽車裝土外運(yùn)。土方放坡坡比為1：0.5，土方開挖后立即平整開挖表面，及時(shí)施做冠梁及第一道混凝土支撐。冠梁及第一道撐以上土方開挖示意圖見圖3.1-1所示。

3.2基坑內(nèi)土方開挖方案

本站冠梁以下第一層土方優(yōu)先采用長(zhǎng)臂挖掘機(jī)挖運(yùn)大量土方，局部少量土方采用人工配合挖機(jī)找平，施作支撐梁地模。第二層及以下土方均采用輪式抓斗垂直提升，坑內(nèi)每個(gè)工作面采用2～3臺(tái)挖機(jī)挖、轉(zhuǎn)土。為確保盾構(gòu)井快速到底，先將輪式抓斗置于端頭，優(yōu)先施作盾構(gòu)井斜撐，然后再將輪式抓斗置于車站東側(cè)便道，坑內(nèi)挖機(jī)從端頭水平分層前進(jìn)式開挖。放坡根據(jù)不同土層采用不同的坡度比，其中素填土層、粘土層、泥巖層采用坡比為1：0.5，粉土層、砂層、圓礫層采用坡比為1：1。不同的坡比之間設(shè)置4m寬度的平臺(tái)。為防止基坑超挖，機(jī)械開挖至接近設(shè)計(jì)坑底標(biāo)高時(shí)應(yīng)預(yù)留20cm厚土層，采用人工進(jìn)行開挖和修整?；觾?nèi)土方開挖縱剖面示意圖見3.2-1所示。

4、泥巖層開挖方法

本站基坑內(nèi)泥巖約8.3萬m3，青灰色，呈半成巖狀，層厚2.7～14.8m，天然狀態(tài)下單軸抗壓強(qiáng)度為0.61～4.36MPa。常規(guī)挖機(jī)挖斗挖不動(dòng)，需先采用單鉤挖機(jī)松土后再用常規(guī)挖機(jī)進(jìn)行開挖。

5、開挖效率分析

本站配備的輪式抓斗斗容量1.2m3，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，35m基坑深度1斗平均需要3分鐘，每小時(shí)可完成20斗，1個(gè)臺(tái)班按10小時(shí)計(jì)算，考慮85%的有效施工時(shí)間，1臺(tái)抓斗每臺(tái)班可完成1.2*20*10*0.85=204m3，每臺(tái)抓斗每天按兩個(gè)臺(tái)班施工，每天可完成272*2=408m3。

朝陽(yáng)廣場(chǎng)站基坑開挖時(shí)間為2013年12月6日～2014年12月21日，合計(jì)381天，平均每天開挖量為265000÷381=696m3；滿足業(yè)主合同工期要求。

6、施工體會(huì)

（1）抓斗是一種能與各種起重機(jī)配套，通過外接電源及自帶的電機(jī)、減速機(jī)、制動(dòng)器等組成的卷?yè)P(yáng)裝置來實(shí)現(xiàn)裝卸各種貨物的動(dòng)力抓斗。使用高度低；挖掘力好；抓斗可以根據(jù)需要在任何位置開閉。

（2）電動(dòng)輪式抓斗采用的是輪胎走行式，現(xiàn)場(chǎng)移動(dòng)靈活，能快速就位，且采用的是電能帶動(dòng)，噪音小，成本比燃油低，環(huán)保可靠，適合城市施工需求。

結(jié)語：

近年來，隨著我國(guó)地鐵建設(shè)的發(fā)展，越來越多的城市修建地鐵，而地鐵深基坑工程具有開挖難度大，工期長(zhǎng)，費(fèi)用高及對(duì)周圍環(huán)境影響大等問題，它已經(jīng)成為城市建設(shè)中一個(gè)亟待攻克的難題，而城市為了節(jié)約土地，地鐵車站的基坑是越來越深，選擇合理的基坑土方開挖方法已經(jīng)成了制約工期和成本的關(guān)鍵因素。

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