臨近既有線地鐵車站深基坑施工技術(shù)

王 穎

中鐵十六局集團(tuán)北京軌道交通工程建設(shè)有限公司 北京 101100

1 工程概況

本工程位于天津市河?xùn)|區(qū)，為地鐵4 號線正線車站并與5 號線成林道站換乘，地鐵5 號線已開通運(yùn)營。4 號線成林道站位地下二層，開挖深度約11m，其中基坑地下一層基坑采用灌注樁+ 止水帷幕樁支護(hù)結(jié)構(gòu)，地下二層基坑采用地下連續(xù)墻支護(hù)結(jié)構(gòu)，其中出入口通道基坑采用SMW 工法樁支護(hù)結(jié)構(gòu)。基坑風(fēng)險(xiǎn)為Ⅲ級。

2 土方開挖方法

2.1 首層土方開挖

首層基坑采用分區(qū)蓋挖法，基礎(chǔ)采取明挖順做法。作業(yè)區(qū)分為1～3 三個(gè)單元，土方自第1 單元向第2、3 單元挖土，由第2 單元延基坑垂直方向平槽退挖，運(yùn)土路線借用出入口通道放坡，配合自卸汽車出土。蓋挖頂板、環(huán)梁達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度（鋼支撐預(yù)加軸力）后立即進(jìn)行下部挖土。

第一層土方開挖在基坑預(yù)降水10d、鋼筋混凝土支撐達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度（鋼支撐預(yù)加軸力）后進(jìn)行。

首先，1、2 單元挖土采用中型挖掘機(jī)及小型挖掘機(jī)配合自卸汽車出土，沿F 出入口臨時(shí)坡道拉土至臨時(shí)堆土場；在蓋挖頂板下方布置小型挖掘機(jī)配合人工進(jìn)行混凝土支撐下部的土方開挖和坑內(nèi)渣土倒運(yùn)工作，嚴(yán)格遵循先撐、先探再挖、分層、對稱、均衡的開挖原則。

在前述基礎(chǔ)上，組織3 單元土方開挖作業(yè)，此環(huán)節(jié)采取的是大型長臂挖掘機(jī)和小型挖掘機(jī)聯(lián)合施工的方案，配套適量的自卸車，以便高效出土。在蓋挖頂板下方布置小型挖掘機(jī)配合人工進(jìn)行混凝土支撐下部的土方開挖和坑內(nèi)渣土倒運(yùn)工作，嚴(yán)格遵循先撐、先探再挖、分層、對稱、均衡的開挖原則[1]。

2.2 第二層土方開挖

由于基坑較為狹小，不具備大型機(jī)械設(shè)備施工的條件，因此采取以小型挖掘機(jī)為主、人工為輔的方法，協(xié)同開挖。將土方倒運(yùn)至已施工完成的負(fù)一層底板三單元處，然后長臂配合裝車，自卸汽車倒運(yùn)至臨時(shí)堆土場；在條件滿足的情況下，由環(huán)撐北側(cè)（現(xiàn)成林道人行道處）利用長臂進(jìn)行開挖，小型挖掘機(jī)布置在蓋板頂板下方，輔以人工作業(yè)的方式，精準(zhǔn)完成支撐下部的土方開挖作業(yè)，及時(shí)清理開挖期間產(chǎn)生的渣土，自卸汽車倒運(yùn)至臨時(shí)堆土場。嚴(yán)格遵循先撐、先探再挖、分層、對稱、均衡的開挖原則。

基坑第二、三層土方水平方向自西向東平槽退挖。對鋼支撐預(yù)加軸力后，開始組織下部的開挖。土方開挖在地下二層基坑預(yù)降水10d、負(fù)一層底板混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度時(shí)進(jìn)行，實(shí)施的是小型挖掘機(jī)和人工相綜合的方案，嚴(yán)格遵循先撐、先探再挖、分層、對稱、均衡的開挖原則。

2.3 出入口土方開挖方法

按照自上而下的順序依次完成土方開挖作業(yè)。分層推進(jìn)，第一層底標(biāo)高為冠梁底標(biāo)高，第二到三層土，層底標(biāo)高為鋼支撐底標(biāo)高以下50cm。以挖掘機(jī)為主，組織表層土方的開挖作業(yè)，期間合理協(xié)調(diào)自卸車，高效出土。基坑土方開挖分三步完成，密切關(guān)注實(shí)際進(jìn)度，擇機(jī)安排刷坡，并及時(shí)將開挖產(chǎn)生的土方倒運(yùn)至指定區(qū)域，避免大量堆放在現(xiàn)場。B 出入口基坑采用3 道鋼支撐，基坑跨度35.5m。每層土方開挖前，首先沿SMW 工法樁縱向拉槽，確認(rèn)無滲漏后進(jìn)行對稱開挖。

第三層土方開挖示意圖見圖1。

圖1 第三層土方開挖示意圖

2.4 施工基礎(chǔ)安全的保證

2.4.1 基坑內(nèi)部支護(hù)結(jié)構(gòu)的保護(hù)

作為基坑作業(yè)中不可缺少的一個(gè)環(huán)節(jié)，支護(hù)結(jié)構(gòu)的形式和維持極其關(guān)鍵，尤其是在基坑深度作業(yè)可達(dá)幾十米的施工中，技術(shù)人員所采用的支護(hù)結(jié)構(gòu)是否一直處于穩(wěn)固狀態(tài)將直接關(guān)系到整個(gè)基坑作業(yè)是否能夠安全進(jìn)行。就鋼支撐支護(hù)結(jié)構(gòu)來說，為避免土體沉降和周邊環(huán)境被破壞，操作人員必須堅(jiān)持“邊挖邊支撐”的原則，循序漸進(jìn)地開展施工作業(yè)，由此保證內(nèi)部支護(hù)結(jié)構(gòu)的超強(qiáng)穩(wěn)固狀態(tài)，以降低施工安全風(fēng)險(xiǎn)。

2.4.2 馬道處理

馬道雖然為臨時(shí)搭建，但其位置和搭建方式不容忽視。同時(shí)，作為深基坑作業(yè)中的坑底和上口相互連接的唯一出入口，馬道的安全設(shè)備也會直接給整體基坑施工安全帶來多項(xiàng)好處。作為以腳手架為搭建基礎(chǔ)的通道，搭建過程中除平整以外，還要將其實(shí)行專業(yè)的夯實(shí)處理，讓其坡道寬度保持在1m 的距離且時(shí)刻在90°的垂直狀態(tài)，方便與其他施工設(shè)備相互連接和配合，由此保證所挖基坑上下口作業(yè)時(shí)的安全性，降低基坑沉降的產(chǎn)生概率。

2.4.3 夜間施工照明保障

介于施工進(jìn)度和質(zhì)量的要求，深度基坑在整個(gè)作業(yè)中存在夜間施工階段，此時(shí)是考驗(yàn)技術(shù)人員對安全知識掌握的牢固程度。夜間照明是晚上施工時(shí)的亮度保證，在燈泡的選擇和支設(shè)方面要重點(diǎn)考慮。本項(xiàng)目中，施工人員以作業(yè)的實(shí)際環(huán)境和范圍為基礎(chǔ)，在基坑作業(yè)區(qū)域內(nèi)借助特定的鋼管架，將瓦數(shù)在5kW 的4 個(gè)太陽燈以懸掛的方式設(shè)立在基坑上方，便于夜間施工，降低安全事故。同時(shí)，做到邊挖邊巡視的工作，對重點(diǎn)施工區(qū)域加強(qiáng)夜間的巡視和作業(yè)狀態(tài)的觀察。

3 鋼支撐施工

（1）直鋼支撐施工：本工程基坑支撐長度在5.1～11.4m 左右，鋼支撐根據(jù)連系梁設(shè)置位置分兩段進(jìn)行吊裝。待顯現(xiàn)出支撐工作面后，鑿除SMW 工法樁混凝土保護(hù)層，直至該部位暴露出預(yù)埋鋼板為止，此后將牛腿安裝至指定位置，并在設(shè)置好的牛腿處安裝支撐，根據(jù)設(shè)計(jì)要求合理施加軸力，配套保護(hù)裝置，全面增強(qiáng)防護(hù)效果。鋼支撐最重約9t，為此配套的是100t 汽車吊，由該設(shè)備高效吊裝。

(2）斜鋼支撐施工：以實(shí)際施工進(jìn)度為準(zhǔn)，每完成一段土方開挖作業(yè)后，隨即檢測支撐中心標(biāo)高，結(jié)合實(shí)測結(jié)果確定斜墊箱的安裝部位，在此基礎(chǔ)上鑿出預(yù)埋鋼板，以焊接的方法將卸墊箱設(shè)置好。此后，啟用1 臺100t 的汽車吊，用該設(shè)備吊裝鋼支撐，將其架設(shè)至已經(jīng)到位的斜墊箱處，確認(rèn)位置無誤后施加預(yù)應(yīng)力，復(fù)緊螺栓。

（3）混凝土（鋼）連系梁施工：每層支撐間設(shè)置連系梁，混凝土支撐間連系梁與支撐連接按照設(shè)計(jì)及規(guī)范要求進(jìn)行錨固及箍筋加密、加固，其余要求同支撐要求。

（4）鋼支撐拆除步驟：按照“扣扎鋼支撐→頂進(jìn)作業(yè)→鋼楔拆解→停止頂進(jìn)→鋼管下放及連接→吊運(yùn)”的過程依次完成鋼支撐的拆除工作。需要注意的是，此項(xiàng)作業(yè)開展的前提為混凝土的噴射結(jié)構(gòu)滿足初始設(shè)計(jì)方案要求，同時(shí)借助專業(yè)的托架將鋼管予以拆除，如遇到圍護(hù)結(jié)構(gòu)斷裂等情況，要及時(shí)運(yùn)用焊接方式處理，并確保連接所用的螺栓、鋼管等構(gòu)件處于穩(wěn)固狀態(tài)，此時(shí)也可開展卸荷作業(yè)，由此完成整套鋼支撐的拆除工作。

4 降水井施工

（1）主體基坑的降水井：采用的是孔徑為650mm、直徑273mm 的鋼管，制作成鋼管井。對于疏干井的施工，取適量優(yōu)質(zhì)濾料，用于回填自井底開始至地面以下2m 的范圍，剩余部分回填填土。除此之外，進(jìn)行如下配置：在坑外設(shè)潛水觀測井，此處選用的是無砂水泥管，直徑400mm、孔徑700mm；坑外承壓水觀測井，此部分采用的是鋼管井，濾管以上1m 至井底回填濾料，在完成此部分的回填作業(yè)后，于濾料頂面以上5m 回填優(yōu)質(zhì)黏土，借助此方法來達(dá)到封孔止水的效果，對于剩余的部分（優(yōu)質(zhì)黏土頂面至自然地面），回填施工材料則以黏土為宜。

（2）過濾器及濾網(wǎng)：配套的是橋式過濾器，鋼管井孔隙率不小于15%，濾網(wǎng)采用60 目兩層尼龍網(wǎng)，螺旋纏繞，搭接20cm，每隔30cm 綁扎鐵絲一道。

（3）濾料：由于本工程所處地區(qū)，地層土顆粒較細(xì)，根據(jù)以往工程經(jīng)驗(yàn)，針對疏干井和坑外觀測井兩部分的濾料，選用干凈石硝或中粗砂，粒徑控制在0.2～0.3cm。

（4）沉淀管：布設(shè)位置安排在濾水管底部，長度按1.00m 的要求予以控制，在此方式下，以免因井內(nèi)沉砂而導(dǎo)致堵塞（此時(shí)不利于正常進(jìn)水）。

5 基坑封井方案

第一階段：在墊板墊層施工時(shí)，可對出水量較小的疏干井做封井處理，在此之前先用其他工作井正常運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)對水位的有效控制，待實(shí)測結(jié)果顯示其低于基坑開挖面以下1.0m 時(shí)，可以開始封井，具體的數(shù)量視實(shí)際情況而定（必須確?；拥装鍧仓h(huán)節(jié)無突涌現(xiàn)象），通常，最多為基坑內(nèi)疏干井總量的1/ 3。

第二階段：待底板混凝土的強(qiáng)度達(dá)到要求后，適當(dāng)保留一部分，作為結(jié)構(gòu)抗浮井、應(yīng)急井、后澆帶用井，對除此之外的其他井均做封井處理。數(shù)量方面，以現(xiàn)場抽水情況為準(zhǔn)，做合理控制。

第三階段：抗浮及后澆帶達(dá)到要求后，可以針對各預(yù)留疏干井做全面的封井處理。

在流程化的封井過程中，各階段的細(xì)節(jié)較多，對于第二、三階段的疏干井，其特殊性在于需穿過底板，因此對封井時(shí)間有特定的要求，即需要在底板混凝土澆筑結(jié)束且具備足夠的抗浮性能后方可進(jìn)行。項(xiàng)目采用到橋式過濾器井管，此裝置穿過底板時(shí)銜接部位的控制極為關(guān)鍵，應(yīng)確保底板與降水井管達(dá)到緊密連接的狀態(tài)，以免出現(xiàn)滲漏。著重處理自基底以上部分的濾水管，將此部分更換為平管，并以焊接的方式設(shè)寬度至少達(dá)到15cm 的剛性止水鋼環(huán)，經(jīng)過多重處理后有效阻隔地下水，防止其滲漏。

6 基坑監(jiān)測

6.1 監(jiān)測目的

經(jīng)過全面的監(jiān)測后，根據(jù)數(shù)據(jù)判斷5 號線車站與區(qū)間結(jié)構(gòu)的變化，并且監(jiān)測所得的數(shù)據(jù)可以給建設(shè)方和運(yùn)營方提供重要的參考，以便對實(shí)際情況做出準(zhǔn)確的判斷，針對異常狀況及時(shí)采取處理措施[2-3]。在加強(qiáng)監(jiān)測后，可以在安全的環(huán)境下推進(jìn)基坑施工進(jìn)程，也能夠保證既有5 號線的正常運(yùn)營。

6.2 監(jiān)測范圍

項(xiàng)目監(jiān)測范圍取3 倍基坑開挖深度，整個(gè)區(qū)間內(nèi)的受影響程度不盡相同，其中1 倍基坑開挖深度以內(nèi)最易受到外部因素的干擾，屬于主要影響區(qū)，1～3 倍基坑開挖深度范圍為次要影響區(qū)，根據(jù)地鐵4 號線成林道站1 號風(fēng)道及F 出入口基坑與地鐵5 號線成林道站的平面位置關(guān)系及縱向位置關(guān)系，地鐵保護(hù)區(qū)的監(jiān)測范圍為地鐵5 號線成林道車站的車站主體結(jié)構(gòu)、軌道結(jié)構(gòu)及2 號風(fēng)道結(jié)構(gòu)，適當(dāng)外擴(kuò)保護(hù)區(qū)監(jiān)測范圍，同時(shí)監(jiān)測地鐵5 號線成林道站與隧道之間的差異沉降，監(jiān)測里程總長度約170m。

在地鐵5 號線車站與地鐵4 號線成林道站1 號風(fēng)道基坑之間上方地表布設(shè)2 個(gè)地表監(jiān)測斷面，每個(gè)斷面布設(shè)3～5 個(gè)地表監(jiān)測點(diǎn)，共計(jì)8 個(gè)地表監(jiān)測點(diǎn)。

于道路或車輛來往地段設(shè)地表沉降點(diǎn)，在測點(diǎn)處鉆孔，孔徑不小于110mm、深20～60cm，具體以現(xiàn)場硬路面層厚為參考，對鉆孔深度做合理的調(diào)整。鉆孔后，向其中插入長度為100～120cm 的圓頭鋼筋，使其能夠到達(dá)軟土層；并有效控制鋼筋頭的位置，使其低于地面5～10cm，鋼筋頭以下部分用回填土填充。道路上的測點(diǎn)鉆孔側(cè)壁應(yīng)有鋼護(hù)筒并應(yīng)加蓋保護(hù)。

于空地處布設(shè)地表沉降點(diǎn)時(shí)，在地表打入100～120cm 的圓頭鋼筋，地面采取防護(hù)措施，以免測點(diǎn)受損。測點(diǎn)設(shè)置到位后，于該處設(shè)置醒目的標(biāo)記。

7 結(jié)語

根據(jù)施工期間檢測及后續(xù)分析，本次基坑開挖對既有5 號線成林道地鐵站影響較小，豎向沉降僅2.43mm，水平位移僅- 1.40mm。整個(gè)施工過程中未對既有5 號線運(yùn)行造成任何影響?；鹃_挖工期約120d，開挖極限深度11m，開挖過程中對基本支護(hù)樁基內(nèi)撐桿進(jìn)行檢測，支護(hù)樁水平位移在符合范圍內(nèi)，內(nèi)撐桿受力均勻無突變。地面無沉陷，對周圍建筑物影響基本可忽略。降水井與止水樁的設(shè)計(jì)方案保證基坑施工期間地下水始終位于作業(yè)面以下，且局部降水并未對周圍結(jié)構(gòu)產(chǎn)生沉降變形。

綜合以上分析，本開挖支護(hù)和降水方案滿足施工要求。特別是存在既有線路的深基坑施工，本施工方法具有可行性，滿足要求，值得推廣。