地鐵車站工程中的深基坑開挖及支護(hù)技術(shù)

□文 /王秀波

1 工程概況

某地鐵站為地下兩層島式站臺車站（雙島四線），標(biāo)準(zhǔn)段為兩層三柱四跨矩形框架結(jié)構(gòu)，車站深基坑采用明挖法施工，南北兩側(cè)區(qū)間為盾構(gòu)區(qū)間。車站長294 m，兩端有兩個遠(yuǎn)期預(yù)留線路的明挖區(qū)間，標(biāo)準(zhǔn)段寬42.7m，端頭井段寬度46.8m，見圖1。

圖1 車站結(jié)構(gòu)

基坑采用明挖法施工，其圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式為鋼筋混凝土鉆孔灌注樁+鋼筋混凝土內(nèi)支撐和鋼管撐相結(jié)合+三軸水泥攪拌樁的止水支護(hù)形式，樁間掛網(wǎng)噴射混凝土擋土。車站標(biāo)準(zhǔn)段及端頭井段分別采用φ1000mm@1300mm和φ1000mm@1200mm鋼筋混凝土鉆孔樁；內(nèi)支撐體系第一道為鋼筋混凝土撐，第二、三道內(nèi)支撐體系為16mm厚的φ609mm鋼管撐。明挖區(qū)間段采用φ1000mm@1300mm鉆孔樁+三道16mm厚φ609mm鋼管撐；鋼圍檁采用45C工字鋼雙拼鋼腰梁。

工程土質(zhì)主要為粘質(zhì)粉土、粉質(zhì)粘土、細(xì)砂。根據(jù)地質(zhì)勘察資料，穩(wěn)定水位在地面以下7.7～8.2m，標(biāo)高99.38～99.88m。地下水為側(cè)向徑流及越流補給，徑流補給方向為自西南向東北。

車站周邊主要管線有DN100mm國防光纜、通訊光纜、DN800mm給水管道、DN500mm污水管線、DN325mm天然氣管道、DN800mm雨水管道等。

2 基坑開挖

2.1 施工要點

車站超寬基坑，基坑范圍及周邊分布著眾多的地下管線，開挖必須有合理的施工工藝，否則有可能因施工工藝問題導(dǎo)致深基坑變形過大甚至坍塌。基坑土方開挖原則：開槽支撐、先撐后挖、分層開挖、嚴(yán)禁超挖。開挖過程中及時將坑內(nèi)的水排出，基坑開挖到底及時施作底板，盡可能減少基坑坑底的暴露時間。開挖時合理劃分施工段以便能及時安裝鋼管支撐和準(zhǔn)確施加預(yù)應(yīng)力。

2.2 主要施工工藝

管線遷改、圍護(hù)樁及冠梁施工、臨時立柱樁施工→開挖至第一道支撐中心底下50cm處，施工冠梁、第一道混凝土支撐→開挖至第二道支撐底面下0.5m處，掛網(wǎng)噴錨、架設(shè)第一道鋼支撐→開挖至第三道支撐底面下0.5m處，掛網(wǎng)噴錨、架設(shè)第二道鋼支撐→開挖至基坑底→底板防水施工，澆筑底板混凝土。

3 降水井施工工藝

車站地下水位高且地下水較為豐富，為確?；拥陌踩?，開挖前必須進(jìn)行降水。降水井施工前，人工開挖探溝，探明井點周圍管線，確保管線安全。降水井的濾水管采用φ273mm鋼花管，下管前務(wù)必測量孔深以保證降水井的實際效果。下管前在濾水管的兩端分別設(shè)符合要求的扶正器，以保證濾水管的坐標(biāo)與垂直度，采取足夠的措施確保井管連接的牢固程度，濾水管放置到對應(yīng)的標(biāo)高后，對井口進(jìn)行居中固定。濾水管的下放過程不得中途停止，確保連續(xù)性。濾水管外包一層80目尼龍網(wǎng)，井深范圍內(nèi)回填3～7mm濾料。濾料填筑前要測量井管內(nèi)外的深度，其差值不大于沉淀管的長度。填筑濾料應(yīng)動態(tài)的監(jiān)控濾料的高度并且確保濾料填筑的連續(xù)性，濾料填筑到設(shè)計的位置后停止填筑，填筑濾料的數(shù)量應(yīng)進(jìn)行精確的控制，總量不少于設(shè)計總量的95%。最后做好洗井工作后安裝水泵，進(jìn)行試抽工作并做好抽降及維護(hù)保養(yǎng)抽水井。

4 基坑支護(hù)

4.1 鋼筋混凝土支撐

第一道內(nèi)支撐設(shè)計為鋼筋混凝土支撐，可增強結(jié)構(gòu)的整體剛性，通過冠梁與圍護(hù)結(jié)構(gòu)緊密連接為一體，有利于保證整個深基坑的整體穩(wěn)定性。

混凝土支撐施工前，測量放樣出支撐中心位置調(diào)整基底標(biāo)高預(yù)留墊層施工厚度，施作約5cm砂漿墊層并設(shè)置支撐預(yù)拱度，確保混凝土支撐底部標(biāo)高滿足設(shè)計要求，隨后在墊層上綁扎混凝土支撐鋼筋并安裝預(yù)埋件，采用混凝土連系梁連接。支撐側(cè)模采用鋼模板拼接，采用φ48mm×3.6mm雙拼鋼管對拉固定。拉桿間距600mm×1000mm。模板外側(cè)斜撐使用帶頂托的φ48mm鋼管固定，模板安裝線型要順直、固定牢固，防止脹模。安裝前模板內(nèi)側(cè)要涂刷脫模劑。模板需要在混凝土終凝以后方能拆除。在混凝土初凝以后需要對其表面做二次收面，收面后立即覆蓋保溫?；炷林卧诳缰邪丛O(shè)計要求預(yù)留2‰預(yù)拱度?；炷林螐姸冗_(dá)到設(shè)計強度的80%以前不得進(jìn)行下一步開挖施工。

4.2 鋼支撐體系

基坑開挖后，圍護(hù)結(jié)構(gòu)受到側(cè)向土壓力作用，極容易變形。為增加混凝土支撐、鋼支撐的整體性，減小撓曲變形，車站基坑中央設(shè)置兩排臨時立柱樁并與連系梁固定用來承受支撐豎向自重力，保證支撐穩(wěn)定。

4.2.1 鋼支撐拼裝

當(dāng)土方挖至第一道鋼支撐以下50cm后，安裝鋼圍檁托架、鋼圍檁。鋼支撐兩端頭須設(shè)置上掛下托措施，上掛采用膨脹螺栓嵌入圍護(hù)樁配合花籃螺絲掛住鋼圍檁，下設(shè)鋼牛腿托住鋼支撐端部。鋼牛腿采用三節(jié)L75mm×8mm的角鋼拼焊而成，為增加支架的穩(wěn)定性支架縱向采用厚度10mm的幫焊鋼板焊接。角鋼支架通過M20膨脹螺栓錨固在既有圍護(hù)樁上，支架每隔一樁設(shè)置，每個支架設(shè)2個膨脹螺栓，焊好后的鋼牛腿保證直角垂直并有足夠的穩(wěn)定性，不得出現(xiàn)歪扭、虛焊現(xiàn)象。鋼圍檁安裝隨支撐架設(shè)順序逐段吊裝，鋼圍檁在場外焊接成型后運至現(xiàn)場鋼圍檁安裝前進(jìn)行準(zhǔn)確定位，找平圍檁與圍護(hù)樁接觸面，對凹面進(jìn)行處理。鋼圍檁與圍護(hù)樁之間的孔隙，用強度不低于C30的細(xì)石混凝土填嵌并搗鼓密實。斜撐支撐軸力根據(jù)支撐角度進(jìn)行設(shè)計檢算，確保預(yù)應(yīng)力值滿足此墻穩(wěn)定性要求。斜支撐和圍護(hù)樁的連接構(gòu)造必須滿足抗剪要求并要在斜支撐端頭設(shè)可靠防滑。

鋼支撐預(yù)應(yīng)力施加必須進(jìn)行嚴(yán)格的計算，所用的千斤頂、油壓表要進(jìn)行配套標(biāo)定，施加預(yù)應(yīng)力時要確保千斤頂伸力一致，利用千斤頂上的油壓表控制預(yù)加軸力。因基坑為超寬基坑，鋼支撐在受壓狀態(tài)下?lián)隙茸冃螘艽?，因此必須在基坑?nèi)設(shè)置格構(gòu)柱，格構(gòu)柱用連系梁進(jìn)行固定。為減少鋼支撐的起拱度，鋼支撐與連系梁須采用箍圈進(jìn)行固定，鋼支撐與連系梁之間的空隙須用鋼板填充。為確?；拥姆€(wěn)定，須對鋼支撐的軸力進(jìn)行監(jiān)測，因基坑的微小變形及氣溫變化等原因，鋼支撐的軸力出現(xiàn)減小時，要及時復(fù)加軸力；當(dāng)樁體水平位移速率超過警戒值時，經(jīng)設(shè)計確認(rèn)后可適當(dāng)增加支撐軸力，以控制基坑變形，當(dāng)支撐軸力達(dá)到報警值時，應(yīng)根據(jù)實際情況，加設(shè)鋼支撐。

施工過程中，為防止鋼支撐出現(xiàn)脫落，應(yīng)加強管理，土方開挖時安排專職指揮人員，不得碰撞已安裝好的鋼支撐、工字鋼聯(lián)系梁等；施工過程中隨時監(jiān)控鋼支撐的支撐軸力，當(dāng)軸力超過警戒值時，立即停止開挖并分析原因，采取技術(shù)處理措施并消除警戒后方可進(jìn)一步實施。鋼支撐拼接用扭力扳手進(jìn)行連接，扭矩要達(dá)到相關(guān)的要求；鋼支撐與工字鋼聯(lián)梁的跨度較大，為降低活荷載的影響必須采取嚴(yán)格的管理，杜絕工人在其上站立、行走以及堆放建筑材料等，以保證建筑施工的安全。鋼支撐脫落會給下面的施工人員的安全帶來極大危害，嚴(yán)重時影響基坑的整體安全，為防止鋼支撐脫落，應(yīng)在鉆孔樁上打入膨脹螺栓，將鋼絲繩與支撐連接，見圖2和圖3。

圖2 鋼支撐端頭固定布置

圖3 鋼支撐拼裝

4.2.2 鋼支撐的拆除

鋼支撐拆除為工程的重點風(fēng)險，拆除時鋼管撐所承受的壓力進(jìn)行釋放，其壓力必然傳遞到其他的支護(hù)結(jié)構(gòu)。拆除前應(yīng)確保其他的支護(hù)結(jié)構(gòu)強度滿足設(shè)計要求并預(yù)先對上一道鋼支撐復(fù)加軸力，要逐級釋放鋼支撐的軸力，避免瞬間釋放過大的軸力而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)局部應(yīng)力突變過大帶來結(jié)構(gòu)變形或開裂等不利影響。

5 噴射混凝土

噴射混凝土要做到及時、分段噴射，控制好噴射的厚度。噴射混凝土配比應(yīng)通過試驗確定并通過試噴確定噴射的工藝。施工前要對基面進(jìn)行清理，將滲漏點進(jìn)行封堵。噴射后將混凝土面進(jìn)行抹面收平，務(wù)必將棱角處進(jìn)行處理，為后續(xù)防水卷材的鋪設(shè)打好基礎(chǔ)。

6 施工監(jiān)測

為確保深基坑施工安全，施工過程中采取加強施工監(jiān)測措施，利用信息化手段，隨時預(yù)報，及時處理，防患于未然。通過監(jiān)測了解基坑周圍土體在施工過程中的動態(tài)變化、車站支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力和變位狀態(tài)，了解工程施工對地下管線、建筑物等周圍環(huán)境條件的影響程度，明確工程施工對原始地層的影響程度及可能產(chǎn)生失穩(wěn)的薄弱環(huán)節(jié)；當(dāng)監(jiān)測數(shù)據(jù)出現(xiàn)預(yù)警時，要及時采取措施進(jìn)行處理。

地鐵車站施工中，深基坑開挖安全風(fēng)險因素較多，不但要有專業(yè)的技術(shù)，還要有強有力的組織措施和應(yīng)急機制，一旦出現(xiàn)安全風(fēng)險，能及時采取措施，減少損失。

7 結(jié)語

地鐵車站多數(shù)處于市中心地帶，各種地下管線縱橫交錯，也往往緊鄰地上建筑物的各種類型基礎(chǔ)，對環(huán)境保護(hù)要求很高，同時，車站深基坑工程內(nèi)容復(fù)雜，受工程地質(zhì)及自然環(huán)境的影響，使深基坑開挖過程具有較高的風(fēng)險性，因此在地鐵車站深基坑開挖和支護(hù)中，必須采用合理的施工工藝，嚴(yán)格的管理手段，精密的測量儀器并定時進(jìn)行監(jiān)測，才能有效的降低潛在的風(fēng)險?！酢?/p>

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