地鐵深基坑開(kāi)挖施工技術(shù)應(yīng)用研究

李敬浩LI Jing-hao

（中交第一航務(wù)工程局有限公司路橋分公司，天津300450）

1 地鐵深基坑技術(shù)難點(diǎn)

1.1 深度大存在較為復(fù)雜地質(zhì)

我國(guó)城市地下工程建設(shè)項(xiàng)目越來(lái)越多，導(dǎo)致地下空間利用過(guò)程中容易受到其他項(xiàng)目影響，加上地鐵深基坑深度不斷延伸導(dǎo)致面臨更加復(fù)雜多變地下地質(zhì)情況，在實(shí)際施工中地質(zhì)情況可能與勘察資料存在一定不同之處，導(dǎo)致無(wú)法準(zhǔn)確地判斷施工情況，一旦遇到軟弱土層那么后期施工很容易出現(xiàn)難以控制的沉降、基坑側(cè)壁穩(wěn)定性不夠等情況，這也導(dǎo)致不斷增加基坑支護(hù)難度和安全風(fēng)險(xiǎn)。為確保工程施工安全性就要嚴(yán)格控制坑外水位降深。施工中應(yīng)當(dāng)對(duì)巖土體內(nèi)部應(yīng)力分布提高重視，在開(kāi)展基坑開(kāi)挖前需要確定應(yīng)力狀態(tài)處于平衡不會(huì)發(fā)生坍塌。原有應(yīng)力平衡狀態(tài)會(huì)隨著基坑開(kāi)挖深度增加而逐漸被打破，如果設(shè)計(jì)階段沒(méi)有對(duì)這一問(wèn)題給予全面細(xì)致地考慮沒(méi)有采取有效加固措施那么后期施工中很容易出現(xiàn)坍塌、變形等情況，對(duì)整個(gè)地鐵工程施工活動(dòng)順利開(kāi)展產(chǎn)生嚴(yán)重不良影響。

1.2 周邊環(huán)境影響

1.2.1 地下管線

現(xiàn)如今城市地下分布著較多管線，在開(kāi)挖地鐵深基坑之前首先需要勘察地下管線分布情況。大部分地鐵工程建設(shè)于電纜、通信等工程之后，地下管線基本和城市建設(shè)進(jìn)度同步，而地鐵是在城市發(fā)展成熟后方開(kāi)展施工，在前期沒(méi)有將地鐵位置預(yù)留出來(lái)，加上部分地下工程建設(shè)資料沒(méi)有合理管理出現(xiàn)缺失，導(dǎo)致地鐵工程深基坑施工難度增加，容易和地下管線發(fā)生施工沖突，對(duì)工程進(jìn)度甚至是質(zhì)量安全產(chǎn)生影響。

1.2.2 臨近建筑物

地鐵工程位于城市當(dāng)中穿梭于各個(gè)繁華區(qū)域，可以方便居民出行，這也說(shuō)明地鐵深基坑開(kāi)挖會(huì)處于較多建筑物之間，一旦發(fā)生開(kāi)挖，必然會(huì)對(duì)周?chē)ㄖ锂a(chǎn)生影響，加上深度不斷延伸導(dǎo)致基坑施工中會(huì)受到周?chē)鷺?gòu)筑物帶來(lái)的側(cè)壓力，影響地鐵基坑穩(wěn)定性。

1.3 加強(qiáng)支護(hù)確保安全

地鐵深基坑開(kāi)挖中重點(diǎn)工作內(nèi)容之一就是基坑支護(hù)?；臃€(wěn)定性主要取決于是否采取有效穩(wěn)定的支撐體系。在具體施工中需要保證支護(hù)工作緊跟基坑開(kāi)挖，兩者密切配合嚴(yán)格遵守標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和設(shè)計(jì)圖紙要求。比如在應(yīng)用鋼支撐過(guò)程中需要提前設(shè)計(jì)好標(biāo)高將無(wú)支撐暴露時(shí)間盡量縮短。在施工中嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)位置定位好各個(gè)支撐點(diǎn)并且測(cè)量工作，全過(guò)程監(jiān)督支護(hù)過(guò)程，將深基坑開(kāi)挖安全性提高。

2 地鐵深基坑開(kāi)挖技術(shù)

2.1 施工準(zhǔn)備

很多因素都可能影響到深基坑施工技術(shù)應(yīng)用效果，加上基坑深度增加導(dǎo)致施工質(zhì)量安全備受關(guān)注。為了確保順利完成基坑施工作業(yè)應(yīng)當(dāng)提前做好充足準(zhǔn)備工作。首先，工作人員需要深入勘察基坑周邊環(huán)境、地質(zhì)條件，對(duì)地下巖土特性有明確了解，合理確定支護(hù)方法。當(dāng)前地下連續(xù)墻、排樁支護(hù)等都是常用支護(hù)方式。在實(shí)際施工中需要根據(jù)具體情況進(jìn)行客觀考慮，合理設(shè)置支護(hù)方案，確保支護(hù)穩(wěn)定性和安全性。如果深基坑處于既有道路上那么需要采取有效措施保證正常交通，同時(shí)做好圍擋和安全警示確保安全施工。其次，對(duì)支護(hù)材料盡心合理選用，當(dāng)前鋼結(jié)構(gòu)和混凝土是常用支護(hù)材料。鋼筋混凝土材料安全性高、不容易變形，但是需要較長(zhǎng)施工周期而且后期如果需要拆除難度會(huì)較大。鋼結(jié)構(gòu)支護(hù)綠色環(huán)?？梢灾貜?fù)利用，但是需要較高施工工藝要求。

2.2 土方開(kāi)挖

嚴(yán)格堅(jiān)持“均衡、對(duì)稱(chēng)、先撐后挖、先探后挖、先中間后周邊再退臺(tái)”的原則開(kāi)展基坑開(kāi)挖作業(yè)。在開(kāi)挖前，可以利用挖掘機(jī)探挖深層土壤，如果不存在滲漏水那么可以進(jìn)一步加大開(kāi)挖深度。首先，應(yīng)當(dāng)將表層土去除，開(kāi)展冠梁鋼筋混凝土施工，然后按照從中間到兩端方式縱向完成基坑分層取土，采用階梯狀開(kāi)挖，用小挖掘機(jī)收平鋼支撐下土方。在基坑兩側(cè)用挖掘機(jī)裝土，具體土方開(kāi)挖過(guò)程如下：

第一，開(kāi)挖表層土土方。按照地面到冠梁底標(biāo)高深度開(kāi)展第一層土方開(kāi)挖工作，冠梁施工及時(shí)完成。當(dāng)完成冠梁后監(jiān)測(cè)冠梁設(shè)計(jì)強(qiáng)度并且做好降水試驗(yàn)工作。通過(guò)降水試驗(yàn)?zāi)軌驅(qū)⒔邓|(zhì)量情況進(jìn)行明確檢驗(yàn)，明確單井出水量情況。通過(guò)群井試驗(yàn)?zāi)軌驅(qū)⑹韪尚Ч_定，對(duì)基坑內(nèi)降水井布置情況進(jìn)行檢查，確定是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。對(duì)坑外井水變化進(jìn)行細(xì)致地觀察，明確止水帷幕封閉情況。第二，開(kāi)挖主體結(jié)構(gòu)土方。當(dāng)基坑降水試驗(yàn)達(dá)到驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)且冠梁混凝土滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)后可以開(kāi)挖主體結(jié)構(gòu)土方。用挖掘機(jī)開(kāi)挖鋼支撐下的土方，用長(zhǎng)臂挖掘機(jī)按照從下到上順序依次垂直倒土，隨著開(kāi)挖深度增加需要適當(dāng)將預(yù)加軸力增加，在施加完預(yù)加軸力后可以開(kāi)挖下方土體。挖掘機(jī)配合地面長(zhǎng)臂挖掘機(jī)和自卸車(chē)將開(kāi)挖土壤運(yùn)輸?shù)街付ǖ攸c(diǎn)。第三，開(kāi)挖局部。局部開(kāi)挖量不大容易受到支撐布置影響，可以在基坑混凝土墊層上布置小型挖掘機(jī)，用長(zhǎng)臂挖掘機(jī)配合自卸車(chē)運(yùn)走所挖出來(lái)的土壤。第四，開(kāi)挖零星土壤并且修整基底。用小型挖掘機(jī)或者人工將零星土壤挖掘出來(lái)運(yùn)輸?shù)蕉淹翀?chǎng)。人工挖除部分主要為基底以上30cm 厚土方，從而避免嚴(yán)重?cái)_動(dòng)基底土體。在達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高后可以檢查開(kāi)挖質(zhì)量，質(zhì)量達(dá)標(biāo)后可以澆筑基底。

2.3 鋼支撐軸力

鋼支撐軸力是深基坑開(kāi)挖控制關(guān)鍵點(diǎn)，重點(diǎn)從如下方面加強(qiáng)控制：

第一，嚴(yán)格按照分級(jí)加載方式預(yù)加鋼支撐軸力，按照至少五分鐘持荷時(shí)間控制，同時(shí)對(duì)材料是否發(fā)生變形進(jìn)行密切觀察。加壓工作嚴(yán)格按照每級(jí)持荷五分鐘、設(shè)計(jì)軸力按照60%、80%、100%完成。第二，將鋼楔子改良，并且按照自鎖角3-8°標(biāo)準(zhǔn)控制，可以加大鋼楔子平塊厚度將鋼楔子使用數(shù)量適當(dāng)減少，同時(shí)要確保打緊楔子，將鋼楔子外露體積、間隙盡量減少，確保密實(shí)地加固。用記號(hào)筆標(biāo)記好具體位置，對(duì)鋼楔子在千斤頂退壓后位移情況進(jìn)行準(zhǔn)確判斷，從而保證下一根鋼支撐施工質(zhì)量控制合格。第三，清理干凈預(yù)埋鋼板表面，為保證平整度可以用3cm 厚鋼板填充不平整鋼板面之處。第四，嚴(yán)格檢查鋼支撐結(jié)構(gòu)垂直度、鋼管直徑、壁厚、活動(dòng)端、固定端等外觀質(zhì)量，嚴(yán)禁不合格品投入使用。第五，嚴(yán)格控制鋼支撐拼裝長(zhǎng)度，避免用鋼板墊塊改善定身長(zhǎng)度不夠的問(wèn)題。第六，將正常預(yù)應(yīng)力損失考慮進(jìn)去，將預(yù)加軸力值適當(dāng)提高，同時(shí)如果損失較大軸力可以在十二小時(shí)內(nèi)及時(shí)復(fù)加。

2.4 基坑降水

基坑降水系統(tǒng)包括疏干降水井、降壓備用井、觀測(cè)井等。在基坑降水過(guò)程中對(duì)降水速率進(jìn)行嚴(yán)格控制，避免發(fā)生超降、降水不足等問(wèn)題。整個(gè)工程安全都會(huì)受到降水效果影響，為此，可以重點(diǎn)做好如下方面管控：

第一，正式抽水前需要在疏干井坑外潛水位設(shè)置觀測(cè)孔。完成觀測(cè)孔施工后即可以開(kāi)展降水施工。通常連續(xù)24h 抽水同時(shí)觀測(cè)降水井情況，根據(jù)降水實(shí)際情況合理調(diào)整降水方案。第二，提前20 天開(kāi)展降水井降水作業(yè)，降水后應(yīng)滿足基坑分層開(kāi)挖需求。只有降水達(dá)到超過(guò)1m 設(shè)計(jì)標(biāo)高以下方可開(kāi)挖土方。第三，用觀測(cè)井對(duì)承壓水水位進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控，如果自由水頭高度不符合理論值那么需要立刻分析原因并且計(jì)算修整抗突涌結(jié)果。第四，每日監(jiān)測(cè)承壓水觀測(cè)井水位，嚴(yán)格監(jiān)測(cè)第一承壓水觀測(cè)井水位情況，在開(kāi)挖期間每日都要進(jìn)行至少兩次觀測(cè)，在澆筑底板后可以每日減少為監(jiān)測(cè)一次，如果發(fā)現(xiàn)異常情況可以將監(jiān)測(cè)頻率適當(dāng)增加。第五，加強(qiáng)巡視坑內(nèi)維護(hù)結(jié)構(gòu)，對(duì)維護(hù)結(jié)構(gòu)是否出現(xiàn)滲漏水進(jìn)行仔細(xì)查看，如果發(fā)現(xiàn)滲水及時(shí)采取有效措施進(jìn)行補(bǔ)救，避免釀成嚴(yán)重安全事故。后期需要對(duì)觀測(cè)井水位開(kāi)展動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，確保整個(gè)支護(hù)結(jié)構(gòu)安全。第六，周?chē)ㄖ锟赡軙?huì)因?yàn)榛咏邓l(fā)生不均勻沉降，為了保證周?chē)ㄖ锓€(wěn)定性，需要設(shè)置回灌溝或者回灌井來(lái)將建筑物周?chē)恋爻两盗繙p少，將降水速度放慢。

2.5 基坑監(jiān)測(cè)

基坑監(jiān)測(cè)主要是檢查和監(jiān)控建筑基坑和周邊的環(huán)境，從土方開(kāi)挖開(kāi)始到工程主體結(jié)構(gòu)施工結(jié)束需要進(jìn)行全過(guò)程監(jiān)測(cè)。在開(kāi)展基坑施工前需要利用基坑監(jiān)測(cè)技術(shù)和勘察技術(shù)了解基坑周?chē)h(huán)境和地質(zhì)情況，做好基坑監(jiān)測(cè)方案的詳細(xì)編制，指導(dǎo)基坑施工工作的有效開(kāi)展，同時(shí)利用數(shù)據(jù)為基坑的設(shè)計(jì)規(guī)劃提供參考。之所以要采用基坑監(jiān)測(cè)，主要是因?yàn)榛拥刭|(zhì)土體、負(fù)荷等是十分不確定的。

在監(jiān)測(cè)基坑水平位移過(guò)程中可以采用多種方法，比如當(dāng)前常用的小角度法和投點(diǎn)法等。在監(jiān)測(cè)任意方向上監(jiān)測(cè)點(diǎn)時(shí)通常采用的是極坐標(biāo)法或者前方交會(huì)法。如果預(yù)先埋設(shè)的基準(zhǔn)點(diǎn)距離基坑較遠(yuǎn)那么可以采用GPS 測(cè)量法等現(xiàn)代信息測(cè)量技術(shù)。如果距離較遠(yuǎn)，那么應(yīng)當(dāng)在基坑相應(yīng)距離之外進(jìn)行水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)的基準(zhǔn)點(diǎn)埋設(shè)，并且在選擇埋設(shè)位置時(shí)要注意對(duì)周?chē)h(huán)境進(jìn)行考察，避免選擇低洼容易積水的位置，應(yīng)當(dāng)科學(xué)地監(jiān)測(cè)基坑情況。工作人員可以通過(guò)增加監(jiān)測(cè)次數(shù)來(lái)達(dá)到提高監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確度的效果，從而科學(xué)地得到監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，為安全施工奠定基礎(chǔ)。

豎向位移監(jiān)測(cè)常用的方法包括幾何水準(zhǔn)或者液體靜力水準(zhǔn)等方法。工作人員要注意修整一些傳遞高程的工具，從而確保豎向位移監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性。監(jiān)測(cè)點(diǎn)需要根據(jù)工程實(shí)際情況合理布置，在坑底回彈區(qū)要布置回彈監(jiān)測(cè)點(diǎn)，工作人員還要秉持客觀、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度開(kāi)展基坑監(jiān)測(cè)工作，確保得到真實(shí)可靠的數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)結(jié)果能夠切實(shí)為基坑安全提供參考。

3 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)代地鐵工程施工中往往會(huì)應(yīng)用到深基坑支護(hù)技術(shù)，支護(hù)安全性直接決定著地鐵工程整體質(zhì)量安全。想要保證高層地鐵使用安全性和長(zhǎng)久性就要要求施工過(guò)程做好深基坑支護(hù)，根據(jù)實(shí)際情況合理選取支護(hù)技術(shù)，并且詳細(xì)制定施工方案，做好施工方案審查，對(duì)施工人員素質(zhì)、技術(shù)等加強(qiáng)考核和培訓(xùn)，從而全面提升深基坑施工效果。