地鐵車站超深基坑開挖施工技術

付天善

（中鐵十一局集團第四工程有限公司，湖北武漢 430000）

地鐵車站基坑開挖容易受到現(xiàn)場地質及水文、周邊現(xiàn)狀建（構）筑物等多重因素的影響，且此問題在超深基坑中體現(xiàn)得更為明顯，缺乏合理的施工技術以及控制措施時易誘發(fā)質量乃至安全層面的問題[1]。對此，必須合理應用施工技術，以安全為前提，高效完成超深基坑的開挖作業(yè)。

1 工程概況

某建筑工程占地面積6.4 萬m2，其中基坑施工量較大，面積超5 萬m2，屬超深基坑。根據(jù)施工進度安排將基坑劃分為3 個區(qū)，先在1、3 兩區(qū)交界部位修筑地墻，通過該結構將基坑分為兩塊。基坑呈多邊形布置，地下共5 層，其中地下5 層為地鐵車站，該建筑的建成將使基坑被分為南北兩塊。地鐵車站的基坑開挖深度較大，達到28.38m。

2 基坑圍護方案

圍護結構由7 道支撐共同組成，其中低座酒店外側基坑采用的是鋼筋混凝土支撐（此處共布設4 道），-19.60m 以下的部分設置鋼筋混凝土（此處共布設2 道，即第5、6 道），剩余一道布設在端頭井處，采用的是φ609 鋼管支撐結構。通過各道支撐的聯(lián)合應用構筑完整、穩(wěn)定的圍護結構體系。

地墻施工期間，通過二軸攪拌樁的設置起到加固槽壁的效果。根據(jù)加固要求確定合適的加固深度，即地連墻導墻底至地面下深度10m。待地墻成型后，通過SMW 工法的應用實現(xiàn)對土體的加固處理，樁徑按850mm 控制。對于相連地墻間所形成的間隙，該部分利用φ1200mm 旋噴樁加固并形成500mm 的搭接量，以全面保證樁體間的穩(wěn)定性。

3 地質及水文條件概述

勘察資料表明，基坑施工現(xiàn)場第⑦1層砂質粉土較為特殊，該處的埋深較大，同時標高具有較明顯的波動，屬第一承壓含水層。第⑦與第⑨層存在較為密切的水力聯(lián)系，該部分可以歸為第1-2 含水層直通區(qū)，水力干擾因素較多，破壞性作用較強。

4 超深基坑開挖施工的主要難點

（1）作業(yè)空間有限，施工可控性差。施工現(xiàn)場較為狹窄，受2區(qū)南塔樓開挖的影響，水廠沉淀池已經(jīng)出現(xiàn)較為明顯的沉降現(xiàn)象（達到15mm 以上），此時以何種方式減小對水廠的影響是關鍵的施工難點。

（2）取土難度較大。根據(jù)前述的圍護結構設置方案可知，超深基坑施工中共設置7 道支撐，其中以第五道較為特殊，需在該處的端頭井處利用蓋挖法施工，不利于取土工作的順利開展。

（3）降水難度較大。在該超深基坑施工中，最深挖土量達到-29.27m，該深度范圍內(nèi)存在第一承壓含水層，即開挖時將穿過該含水層，則必然容易引發(fā)水力條件受破壞的情況，此時如何降水為關鍵的施工難點。

5 超深基坑開挖施工技術

5.1 基坑開挖與支撐措施

（1）-19．90m～自然地面。對應施工范圍為第一道支撐～墊層部分。盆式挖土，將基坑劃分為8 個作業(yè)區(qū)塊，分別組織開挖和支撐作業(yè)。在現(xiàn)場配備3 臺加長臂取土裝車，具體如圖1 所示，此外中挖機3 臺0.8m3斗挖土、3 臺0.4m3小挖機掏土。隨開挖進程的推進，待進入第三次挖土環(huán)節(jié)時，沿地鐵E 型地墻兩側2m的土方采取的是分批次開挖的方法，共2 批，各自分別有2m 的開挖深度。其他區(qū)域繼續(xù)分為8 個區(qū)塊，有序施工。

車站外南側有電梯井深坑，該部分比底板墊層低5.45m，考慮到周邊環(huán)境的穩(wěn)定性要求，在南側底板墊層成型后再安排電梯井深坑的開挖作業(yè)，同時施作墊層。在該施工流程下，可以安排更多的人員高效綁扎電梯井深坑鋼筋，以便給后續(xù)施工爭取更充足的時間[2]，先行澆搗電梯井的混凝土，此時自開挖到澆筑結束所持續(xù)的時間僅為4d，一方面可以有效減小地墻的變形量以及周邊環(huán)境的受擾程度，另一方面則發(fā)揮出勞動力優(yōu)勢以達到縮短施工時間的效果。

圖1 長臂取土裝車

（2）-29．27～-19．90m 的開挖。對應施工范圍為第五、六道支撐和車站底板墊層。端頭井范圍內(nèi)的挖土深度較大，該部分先施工局部永久樓板并利用蓋挖法組織開挖作業(yè)。永久樓板的厚度達到900mm，經(jīng)計算后每1m2所對應的重量達到2t 多，鑒于蓋挖施工跨度大、立柱樁數(shù)量較少的特點，分兩次完成該樓板的施工。先施工底部400mm 厚樓板，期間于該處預埋14@500mm×500mm 拉鉤，此舉目的在于利用該拉鉤實現(xiàn)與上層樓板的穩(wěn)定連接。在該400mm 厚的施工中先開挖至-21.55m，澆筑C20 混凝土墊層（厚度按150mm 控制），搭設排架，鋪設平臺板并于該處預留灌漿孔（供后續(xù)灌漿施工使用），此后綁扎鋼筋/澆筑混凝土。

圍護結構挖土施工采取的是先中間后兩邊的順序。根據(jù)現(xiàn)場空間分布關系可知，車站的東西兩側均在棧橋下，難以用履帶式抓斗完成取土作業(yè)，考慮到此方面的局限性，在中間開挖工作落實到位并且設置支撐后，于西南側設2 根斜撐，并從兩側開始挖土逐步向中間推進。

六道支撐的布置方向并未完全平行，且僅配置較少數(shù)量的取土口，此時對第1～4 支撐的原設計方案（井格式布置）做出優(yōu)化，將布設在車站中間區(qū)域的支撐改變棱形布置的方式，并在不影響施工質量的前提下縮小蓋挖樓板的施工面積，留設2 個取土口；除此之外，針對局部水平支撐尺寸間距做適當?shù)膬?yōu)化。

第6、第7 次挖土深度分別為-26m、-29m，在該大深度開挖的背景下，常規(guī)的加長臂挖土方式已經(jīng)缺乏可行性，難以滿足高效取土的要求。對此，在現(xiàn)場配備2 臺1m3的履帶式抓斗，在基坑內(nèi)配備2 臺0.8m3的中挖機和4 臺0.4m3的小挖機，兩類挖機協(xié)同作業(yè)，共同參與到土方駁運過程中，形成有條不紊的施工環(huán)境。根據(jù)支撐的尺寸設計要求，第6 道支撐凈高僅為2m，顯然難以滿足挖機順暢通行的要求，因此采取人工挖土的方法，但開挖工作量較大，為提高施工效率，對第6 道支撐的高度做出調(diào)整，降低500mm，并且不再設置第7 道支撐。對于端頭井的土方，將該部分劃分為5 塊，分別組織開挖作業(yè)，每完成一次挖土施工后，隨即設置30cm 厚的墊層支撐，通過此方式盡可能縮短地墻的暴露時間，避免地墻大范圍變形的情況[3]。

待車站外南北底板均成型后，進入B3 層結構樓板施工環(huán)節(jié)。第四道支撐后拆，但該結構中有部分與豎向結構形成重疊的關系，由此加大施工難度。對此，支撐先分塊鑿斷，隨后再將其與豎向結構的柱、墻兩部分同步澆筑混凝土，通過此途徑恢復第四道支撐，保證該結構的完整性。開挖施工如圖2 所示。

圖2 開挖施工

5.2 降水施工方案

疏干井（38 口）與降壓井（17 口）聯(lián)合降水，切實解決水體干擾問題。疏干井實行的是深井井點降水的方案，降壓井按照φ600的孔徑標準建設成型，并配套過濾器。開挖至第三道支撐時組織抽水試驗，用于驗證降水方案的可行性。結果表明，降壓井降水停止5min 后水位恢復17%，30min 時則達到46%。

5.3 監(jiān)測結果分析

低座酒店外側基坑墻體的變形表現(xiàn)為拋物線的型式。在各道鋼筋混凝土支撐結構中，第3 道支撐的軸力處于最大狀態(tài)，即6773kN，相比于設計軸力（5800kN）偏大；并且從實際監(jiān)測結果來看，各支撐的實測值通常高于設計值，幅度達到10%～20%。立柱樁的隆起量最大達到16mm，而在底板混凝土施工以及上部結構施工兩個階段，雖然仍有隆起現(xiàn)象但具有隆起量減小的變化特點，土體卸載時基坑內(nèi)土體反彈，后續(xù)經(jīng)過加載后再次出現(xiàn)下沉的情況，此方面的表現(xiàn)與圍護結構的設計要求一致。

6 結語

綜上所述，在大中型城市人口逐步增加的城市發(fā)展浪潮下，地鐵工程的建設進程也應當持續(xù)推進，為市民提供更加便捷的出行服務。在地鐵交通大體系中，地鐵車站深基坑屬于重難點施工內(nèi)容，施工期間的干擾因素以及不可預見因素均較多，文章結合工程實例對具體的開挖技術展開探討，提出一些關鍵的技術要點，希望可以為同仁提供技術參考。