地鐵明挖車站基坑土方開挖施工技術(shù)

孫英奎

（中鐵十九局集團(tuán)第五工程有限公司，遼寧大連 116100）

1 工程概況

項(xiàng)目為青島地鐵1 號(hào)線土建2 標(biāo)05 工區(qū)北嶺站基坑開挖工程，車站位于人民路與瑞昌路交叉口北側(cè)，沿人民路南北向布置，車站主體沿人民路暗挖施工。為地鐵1 號(hào)線與5 號(hào)線（遠(yuǎn)期）的換乘站，雙層島式站臺(tái)，北嶺站車站主體采用大拱腳拱蓋法施工。

本站為外掛設(shè)備用房明挖四層，主體暗挖兩層，起訖里程K41+801.624～K41+964.375，總長162.75 m，共設(shè)4 個(gè)出入口，1部無障礙電梯，3 組風(fēng)亭（其中1 組為預(yù)留5 號(hào)線車站風(fēng)亭），2個(gè)安全出口（兼做消防專用出入口）。車站標(biāo)準(zhǔn)段寬23.58 m。

車站范圍內(nèi)沿人民路方向現(xiàn)狀存在貫通的人防硐室，人防硐室沿車站行車段主體南北向分布，防空洞凈空2.3 m，寬約2.0 m，于車站北側(cè)拐向西，再拐向北，對(duì)車站外掛段基坑、B 號(hào)出入口影響較大。

車站行車段主體結(jié)構(gòu)采用圓拱曲墻復(fù)合式襯砌斷面，開挖高度18.8 m，開挖寬度26.4 m，拱部覆土17.2～24.5 m。設(shè)備外掛段主體結(jié)構(gòu)為地下四層（局部五層）明挖結(jié)構(gòu)，采用明挖順作法施工，基坑開挖深度29 m（局部35 m），基坑形狀為梯形，采用吊腳樁支護(hù)結(jié)構(gòu)，上層巖坡采用樁錨支護(hù)，下層巖坡采用直立開挖巖石錨噴支護(hù)。

2 明挖法基坑土方施工方案

2.1 明挖法施工技術(shù)

地鐵車站工程建設(shè)中，明挖法是極為典型的方法，需要得到寬闊施工場地的支持，具有效率高、成本低等特點(diǎn)，在場地足夠?qū)掗煏r(shí)能夠安排大型機(jī)械作業(yè)[1]。開挖時(shí)主要采用挖掘機(jī)進(jìn)行，人工予以配合。需在作業(yè)區(qū)內(nèi)配備1.6 m3的挖掘機(jī)3 臺(tái)，1.2 m3的挖掘機(jī)1 臺(tái)，10T+5T 龍門吊2 臺(tái)。采用分臺(tái)階方式進(jìn)行基坑開挖作業(yè)，并為各個(gè)臺(tái)階適配一臺(tái)挖掘機(jī)負(fù)責(zé)向上倒運(yùn)土方，最上方臺(tái)階可采用大型反鏟挖掘機(jī)，連同挖土帶一起裝運(yùn)。此外，為了保證降水井的運(yùn)行效果，首先從材料方面把關(guān)，施工期間應(yīng)對(duì)管材進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)，保證其強(qiáng)度、滲透性符合規(guī)范要求。本項(xiàng)目采用60 目優(yōu)質(zhì)濾網(wǎng)，濾網(wǎng)需經(jīng)過相關(guān)部門檢測(cè)合格后方可進(jìn)場。濾料需經(jīng)過篩分實(shí)驗(yàn)，確保其級(jí)配、含泥量符合項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)后方可投入使用。

明挖法施工中的基礎(chǔ)工作為設(shè)置基坑圍護(hù)樁，再完成基坑開挖作業(yè)，特殊情況下可增設(shè)加固措施以免出現(xiàn)基坑變形現(xiàn)象，再由底部開始逐步向上設(shè)置框架結(jié)構(gòu)。

（1）放坡開挖技術(shù)。在施工現(xiàn)場較為開闊的環(huán)境中具有適用性。

（2）連續(xù)墻支護(hù)技術(shù)。施工中以液壓抓斗成槽最為關(guān)鍵，部分情況下也可選擇切削輪式設(shè)備，在其支持下完成槽作業(yè)。所設(shè)置的連續(xù)墻總體質(zhì)量較好，在有效承受荷載的同時(shí)還具備隔水效果，此技術(shù)在松散地層中可行性較高[2]。

（3）混凝土灌注樁支護(hù)技術(shù)。挖孔作為此步驟關(guān)鍵環(huán)節(jié)，可采用人工挖孔方式或著機(jī)械鉆孔；關(guān)于支護(hù)作業(yè)，較為典型的是雙排樁與混凝土連梁相結(jié)合的方式。

（4）土釘墻支護(hù)技術(shù)，基于機(jī)械鉆孔的方式在施工現(xiàn)場鉆適量孔，隨后向其中置入鋼筋并注漿，從而形成完整的支護(hù)體系。

（5）錨桿支護(hù)技術(shù)，鉆進(jìn)成孔后向其中置入鋼筋（部分情況下也可放入鋼索）后再對(duì)該處注漿，檢驗(yàn)該處強(qiáng)度情況，滿足要求后與樁墻進(jìn)行拉錨，此方法在高邊坡施工環(huán)境中應(yīng)用效果較好。

2.2 土方開挖方法

按分層的方式完成開挖作業(yè)，為給下層開挖創(chuàng)造便捷條件，于中間拉槽，并優(yōu)先完成小里程處的開挖，逐步向大里程推進(jìn)，根據(jù)基坑的布置情況，采取四層開挖方式，各層開挖方式大體相同，分別到達(dá)下道支撐中心線以下1 m 處。施工設(shè)備方面，以挖掘機(jī)為主，安排適量員工輔助施工。開挖作業(yè)時(shí)加強(qiáng)處理措施，每開挖2 m 后，均要暫停施工并于該處的樁間掛網(wǎng)噴砼，以達(dá)到封閉的效果，達(dá)到設(shè)計(jì)位置后，在該處完成鋼管支撐的安裝作業(yè)?；油练截Q向開挖過程分為四步，各自都遵循分臺(tái)階開挖的原則，現(xiàn)場選擇機(jī)械作業(yè)的方式，形成的臺(tái)階寬度為6～7 m，坡度1∶1，具體情況見圖1。

圖1 土方開挖示意

2.3 地鐵車站基坑結(jié)構(gòu)

（1）車站基于明挖法展開施工作業(yè)時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)現(xiàn)場管線的處理，可行方式為改移或設(shè)置為懸吊狀態(tài)。若基坑周邊分布有建筑物，則以安全規(guī)范為準(zhǔn)則，采取合適的防護(hù)措施，以免因基坑開挖而對(duì)周邊造成擾動(dòng)性影響。

（2）圍護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)置是實(shí)現(xiàn)安全施工的重要前提，根據(jù)本車站的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及所在區(qū)域的地質(zhì)情況確定，如地下連續(xù)墻是較為典型的形式，或選擇土釘墻等。

（3）若選擇連續(xù)墻，支錨結(jié)構(gòu)設(shè)置時(shí)選擇內(nèi)支撐方式，可選擇鋼管輔助操作，錨索材料最為典型的是鋼絞線。

（4）做好圍護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算工作。當(dāng)工程中使用連續(xù)墻或灌注樁，進(jìn)行計(jì)算分析時(shí)將此類結(jié)構(gòu)模擬為豎向彈性地基梁。為確保分析結(jié)果的準(zhǔn)確性，可選擇有限元分析法，計(jì)算中應(yīng)兼顧各種工況，分別求出在基坑開挖、加撐等施工環(huán)節(jié)所對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)內(nèi)力、地面沉降等方面的實(shí)際情況，并做好基坑抗滑移、抗傾覆等方面的檢驗(yàn)工作。

3 明挖車站基坑土方開挖施工技術(shù)

3.1 基坑土方開挖

（1）開挖期間應(yīng)嚴(yán)格遵循“隨挖隨撐”的施工原則，土方開挖縱向長度每段應(yīng)≤6 m，挖出工作面后立即安裝鋼支撐，并施加軸力。

（2）在開挖每層每小段的過程中，當(dāng)開挖出一道支撐位置時(shí)，即按設(shè)計(jì)要求在地下墻兩側(cè)墻面上放出該道支撐兩端與地下墻的接觸點(diǎn)，確保支撐與墻面處于垂直狀態(tài)且位置準(zhǔn)確。接觸點(diǎn)應(yīng)先進(jìn)行表面整平處理，隨后進(jìn)行標(biāo)記，并測(cè)量兩個(gè)相對(duì)應(yīng)接觸點(diǎn)的職稱長度，為后續(xù)施工提供依據(jù)。

（3）復(fù)加支撐預(yù)應(yīng)力：鋼支撐必須有復(fù)加預(yù)應(yīng)力裝置，當(dāng)?shù)?、4、5 道支撐加設(shè)后均應(yīng)對(duì)以上各道支撐按設(shè)計(jì)復(fù)加預(yù)應(yīng)力。

（4）當(dāng)開挖至坑底設(shè)計(jì)標(biāo)高后，根據(jù)誘導(dǎo)縫或施工縫的設(shè)置位置，對(duì)混凝土墊層的跟進(jìn)施工，遵循“分段分塊”的施工原則。為了避免基底土體結(jié)構(gòu)破壞，應(yīng)事先預(yù)留300 mm 厚土層，由人工清除，若存在超挖現(xiàn)象，采用礫石砂回填，禁止直接填土。

3.2 基坑支撐施工

（1）直撐安裝。在地面進(jìn)行預(yù)拼接并檢查其平直度，出現(xiàn)損壞或變形的直撐不得投入工程應(yīng)用。其兩端中心連線的偏差度控制在20 mm 以內(nèi)，經(jīng)檢查合格的直撐按部位進(jìn)行編號(hào)以免錯(cuò)用，支撐采用整體一次性吊裝到位。

（2）斜撐安裝。端頭井、臨時(shí)封堵墻等拐角處設(shè)計(jì)采用斜撐。因斜撐與圍護(hù)結(jié)構(gòu)有一定的夾角，不易直接安裝支撐并施加預(yù)應(yīng)力，斜撐安裝前先將斜撐支座與預(yù)埋在地下連續(xù)墻的鋼板進(jìn)行焊接，將斜撐支座連成整體，然后進(jìn)行支撐安裝作業(yè)。斜撐牛腿應(yīng)與支撐相密貼、垂直，其安裝方法與直撐相同。

（3）預(yù)應(yīng)力施加。預(yù)應(yīng)力施加前，必須對(duì)油泵及千斤頂進(jìn)行標(biāo)定，使用中要經(jīng)常校驗(yàn)使之運(yùn)行正常，確保預(yù)應(yīng)力值準(zhǔn)確，每根支撐施加的預(yù)應(yīng)力要記錄備查。對(duì)施加預(yù)應(yīng)力的油泵裝置要經(jīng)常檢查，保證其運(yùn)行正常、所量預(yù)應(yīng)力值準(zhǔn)確。

3.3 降水效果控制措施

（1）材料質(zhì)量控制。降水井的穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)基坑內(nèi)降水效果有重要影響，此方面的工作應(yīng)從材料質(zhì)量入手，根據(jù)施工要求選擇合適的材料，應(yīng)兼具強(qiáng)度和滲透性兩方面要求[3]，如管材等均要出具此方面的實(shí)驗(yàn)報(bào)告。關(guān)于濾網(wǎng)的選擇，較適宜的是60 目優(yōu)質(zhì)濾網(wǎng)，經(jīng)全面檢驗(yàn)質(zhì)量合格即可進(jìn)入現(xiàn)場；所有濾料都要得到有效的篩分處理，以免出現(xiàn)含泥量不達(dá)標(biāo)的情況。施工全程都要加強(qiáng)對(duì)出水含砂量的觀測(cè)，以免出現(xiàn)涌砂等不良現(xiàn)象。

（2）加強(qiáng)降水效果監(jiān)測(cè)。為給正式降水施工創(chuàng)造良好條件，需在前期測(cè)量井內(nèi)的水位，正式進(jìn)入降水環(huán)節(jié)時(shí)，應(yīng)以10 min為間隔依次測(cè)量現(xiàn)場情況，明確水位與水量，二者趨于穩(wěn)定時(shí)可將觀測(cè)時(shí)間延長至2～3 h，后續(xù)若與設(shè)計(jì)水位大體持平，則采取每天測(cè)量一次的方式。部分情況下水位雖然處于相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)但并未滿足水位下降值要求，此時(shí)需在原基礎(chǔ)上加大水泵出水量。若基坑開挖時(shí)發(fā)生坑底滲水現(xiàn)象，需暫停施工，查明原因后采取處理措施，將該問題徹底解決。

4 結(jié)束語

地鐵車站施工中主要采取的是明挖法，其特點(diǎn)是施工效率高、可實(shí)現(xiàn)機(jī)械化作業(yè)。結(jié)合工程實(shí)例展開分析，以現(xiàn)場實(shí)際情況為基本依據(jù)，提出相適應(yīng)的開挖支護(hù)方案，并采取相關(guān)輔助措施，所得施工結(jié)果與預(yù)期相符，且施工全程均未發(fā)生安全事故，該技術(shù)具有較好的應(yīng)用效果。