天津地鐵富水軟土地層深基坑開挖施工技術(shù)

張桂林

中交三航局廈門分公司

1 引言

在富水軟土地區(qū)，基坑開挖范圍內(nèi)土體的含水量較大，飽和粉土和粉砂易形成流土和流沙，增加施工難度，基坑開挖時臨時邊坡易失穩(wěn)，增加施工過程的不安全因素，進(jìn)而導(dǎo)致安全事故的發(fā)生。如果在基坑開挖的施工方法中，選擇針對性強(qiáng)的基坑開挖方法，即能夠提高施工工效、縮短開挖的工期，也能合理的控制基坑開挖過程中的基坑變形，保證基坑本身及其周邊環(huán)境的安全。本文依托天津地鐵11號線外環(huán)輔道站，對富水軟土地層深基坑開挖施工技術(shù)進(jìn)行研究。

2 工程概況

天津地區(qū)屬于九河下梢黃河古道沖積平原，退海之地海相陸相沉積互層交疊，巖性主要為填土、淤泥質(zhì)土、黏性土、粉土及砂土。地下水豐富水位高、地基承載力低、具有多層微承壓水層、淤泥質(zhì)土含水率高滲透性小等特點(diǎn)。外環(huán)輔道站呈東西走向，車站北側(cè)為空地及簡易用房，南側(cè)為安置房小區(qū)，車站主體距離住宅樓最近距離約60m。外環(huán)輔道站全長共222m，為地下雙層車站，標(biāo)準(zhǔn)段基坑的深度約為16.9m。盾構(gòu)井段基坑深度為18.8m。采用明挖順作法進(jìn)行施工。車站基坑范圍內(nèi)由上至下的土層依次為：雜填土、粉質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土以及粉砂層。淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層在降水過程中疏干效果較差，會導(dǎo)致降水的周期變長，增加施工難度以及基坑開挖的風(fēng)險。

3 深基坑土體開挖方法研究

深基坑開挖施工順序首先要考慮基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)、了解設(shè)計(jì)意圖。車站基坑開挖順序要保證基坑的受力對稱、平衡?？紤]外環(huán)輔道站基坑范圍富水量較大且含有粉砂層，采用分段分層、平層、對稱的開挖方式進(jìn)行深基坑土方開挖，確保施工安全。外環(huán)輔道站的平層開挖即在完成每一豎向分層的土方開挖，架設(shè)安裝完成混凝土（鋼）支撐后，方可進(jìn)行下一層土方的開挖作業(yè)。

3.1 基坑開挖施工方法

在基坑開挖時，利用時空效應(yīng)，盡可能減小基坑無支撐暴露時間和空間，混凝土支撐在達(dá)到設(shè)計(jì)要求的強(qiáng)度后立即進(jìn)行下層土方的開挖施工，鋼支撐在質(zhì)量驗(yàn)收并施加預(yù)應(yīng)力后進(jìn)行下層的土方開挖施工，（在外環(huán)輔道站基坑每層的土方開挖施工前，一定先進(jìn)行探挖，觀察圍護(hù)結(jié)構(gòu)滲漏水情況，對關(guān)鍵工序的工作時間進(jìn)行嚴(yán)格的控制，以保證土體卸載后無支護(hù)暴露時間不大于24小時）。

3.1.1 基坑開挖順序

（1）基坑開挖平面順序。在外環(huán)輔道站基坑開挖前準(zhǔn)備工作完成后，分層分段的進(jìn)行土方開挖，并堅(jiān)持按照“先撐后挖，先探后挖、限時支撐，分層開挖，按需降水、嚴(yán)禁超挖”的原則進(jìn)行外環(huán)輔道站基坑的土方開挖。外環(huán)輔道站基坑長度222m，開挖時平面劃分為10段，每段長度22m，基坑開挖平面分區(qū)如圖1。

圖1 基坑開挖施工平面分區(qū)

（2）基坑開挖縱斷面順序。外環(huán)輔道站基坑剖面采用全斷面分層開挖的方法，以混凝土支撐與鋼支撐、鋼支撐與鋼支撐的豎向間距作為土方平層開挖的分層厚度。分5大平層進(jìn)行基坑的土方開挖施工,分層的原則是按照每道鋼支撐下50cm 進(jìn)行控制如圖2。

圖2 基坑開挖縱斷面分層

3.1.2 基坑開挖方法

外環(huán)輔道站基坑開挖方法是采用小型挖機(jī)配合長臂挖機(jī)進(jìn)行出土作業(yè)，小型挖機(jī)在基坑范圍內(nèi)進(jìn)行集土，長臂挖掘機(jī)坐落在外環(huán)輔道站車站基坑兩側(cè)地面上，開挖過程實(shí)施動態(tài)管理，滿足開挖機(jī)械作業(yè)空間后，及時安裝鋼支撐并施加相應(yīng)軸力，以減小基坑無支護(hù)面積。外環(huán)輔道站的基坑開挖主要采用小型挖機(jī)進(jìn)行倒土作業(yè)，長臂挖機(jī)以及25t汽車吊配合出土作業(yè)的方法進(jìn)行土方開挖作業(yè)。按照本文3.1.1所訴的土方開挖分層原則，每層開挖深度控制在每道鋼支撐下50cm，在豎向最后一道鋼支撐安裝完后，開挖至基底標(biāo)高上30cm 后，采用人工清底的方法開挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高。外環(huán)輔道站基坑開挖共分為五大層，其中第二、三、四大層各分兩小層進(jìn)行施工。

圖3 基坑開挖縱斷面分層

（1）第一層（表層土）土方開挖。外環(huán)輔道站基坑的第一層土方（表層土）土方開挖厚度為1.5m，第一層土方的開挖深度為地面至第一道混凝土支撐梁底下方15cm，及時進(jìn)行15cm墊層的澆筑和混凝土支撐、冠梁的施作。當(dāng)冠梁及第一道混凝土支撐施工完成并達(dá)到設(shè)計(jì)要求的強(qiáng)度后，進(jìn)行外環(huán)輔道站的基坑降水施工作業(yè)，在降水作業(yè)達(dá)到開挖要求并通過土方開挖前條件驗(yàn)收后在繼續(xù)進(jìn)行下一層的土方開挖施工。

（2）第二、三、四層土方開挖。第二、三、四層土方開挖的開挖深度為相鄰兩道鋼支撐的豎向距離，采用小型挖機(jī)接力倒土的方法進(jìn)行土方開挖，在具備鋼支撐的安裝條件后及時安裝鋼支撐并對其施加相應(yīng)的軸力。土方開挖的方式為從外環(huán)輔道站基坑兩側(cè)端頭井向車站中間進(jìn)行土方開挖，在開挖時，采用小型挖機(jī)配合長臂挖機(jī)進(jìn)行出土，小型挖機(jī)在坑內(nèi)進(jìn)行集土作業(yè)，長臂挖掘機(jī)坐落在外環(huán)輔道站基坑兩側(cè)地面上，將挖出的土方倒運(yùn)至地面的土方車內(nèi)，由土方車按相關(guān)要求進(jìn)行土方的外運(yùn)。

（3）最后一層土方開挖。最后一層的土方由于深度較深，長臂挖機(jī)的作業(yè)半徑不能夠滿足要求，所以在開挖過程中，在大、小里程端頭井的土方即采用小型挖掘機(jī)配合25t吊車垂直出土，小型挖掘機(jī)在基坑內(nèi)將土方裝入土斗，利用25t汽車吊吊出至地面。土方開挖挖至基底以上30cm后，采用人工清底的方式挖除剩余的土方，并盡可能減少對坑底土方擾動，以滿足基底的控制要求，在通過基底驗(yàn)槽后進(jìn)入下一道工序。

3.1.3 基坑開挖的監(jiān)測

截至外環(huán)輔道站基坑開挖施工完成，共發(fā)布監(jiān)測預(yù)警累計(jì)0個，其中監(jiān)測紅色預(yù)警0個，監(jiān)測橙色預(yù)警0個，監(jiān)測黃色預(yù)警0個。地表沉降、墻頂沉降、墻頂水平位移、支撐軸力以及不同深度的墻體水平位移等5個監(jiān)測項(xiàng)目累計(jì)值見表1。

表1 監(jiān)測數(shù)據(jù)匯總表

由上表可知，自土方開挖起至土方開挖完成，各監(jiān)測點(diǎn)累計(jì)值及變化速率均在允許范圍，說明在天津地鐵11號線外環(huán)輔道站采用平層開挖的施工方法能夠保證基坑開挖過程中的安全，此開挖方法能夠適應(yīng)天津地區(qū)富水軟土地區(qū)的土方開挖施工作業(yè)。

3.2 基坑開挖施工質(zhì)量控制措施

在基坑開挖施工前，核查基坑范圍內(nèi)的降水情況，保證在無水條件下進(jìn)行土方開挖作業(yè)。同時在開挖前對車站地下連續(xù)墻施工的質(zhì)量進(jìn)行評估，主要通過降水試驗(yàn)觀測基坑范圍內(nèi)外的水位變化，評估其止水效果即施工質(zhì)量。基坑開挖過程中及時進(jìn)行鋼支撐安裝，減少基坑暴露時間，并防止基坑開挖過程中施工機(jī)械碰撞鋼支撐及降水井，造成損壞。同時要時刻關(guān)注降水水位變化及地下連續(xù)墻的隔水效果，始終堅(jiān)持“先撐后挖，先探后挖、限時支撐，分層開挖，按需降水、嚴(yán)禁超挖”的原則。在外環(huán)輔道站基坑開挖的施工過程中，安排專業(yè)的技術(shù)人員對基坑開挖施工過程的情況進(jìn)行日常的監(jiān)測以及相關(guān)管理，對外環(huán)輔道站基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形受力以及周圍建（構(gòu)）筑物、各種管線和道路的沉降等進(jìn)行監(jiān)控監(jiān)測，并根據(jù)監(jiān)測的結(jié)果及時調(diào)整，并采取相應(yīng)的加固措施。在基坑基底土層與設(shè)計(jì)相關(guān)要求不相符的情況下，及時告知相關(guān)部門及單位，并反饋基底土層信息用于指導(dǎo)施工。

4 結(jié)語

本文以天津地鐵11號線外環(huán)輔道站基坑開挖為例，介紹了富水軟土地層下基坑平層開挖的施工順序及施工方法，并通過監(jiān)測外環(huán)輔道站地下連續(xù)墻水平位移、鋼支撐軸力變化等數(shù)據(jù)進(jìn)行分析基坑平層開挖的質(zhì)量及安全性。說明天津地鐵11號線外環(huán)輔道站富水軟土地層下基坑開挖采用平層開挖的方法能夠保證施工質(zhì)量，并規(guī)避了基坑常規(guī)分層開挖邊坡失穩(wěn)、涌水涌砂等險情的出現(xiàn)。天津地鐵11號線外環(huán)輔道站基坑平層開挖的應(yīng)用，為今后類似地質(zhì)地鐵車站工程的基坑開挖施工提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。