狹長型深大地鐵基坑快速安全施工關(guān)鍵技術(shù)
——以北京市上清橋地鐵車站為例

張麗麗

北京市政建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，北京 100048

城市地鐵車站的建設(shè)往往位于城市繁華地段且開挖深度較大，特別是深大基坑，由于規(guī)模大，其巖土工程問題更為復(fù)雜，為了避免基坑事故發(fā)生，保證施工項(xiàng)目的安全與進(jìn)度，必須選擇合理的基坑開挖方案。目前國內(nèi)對(duì)于不同地質(zhì)情況下深基坑開挖施工與支護(hù)施工的研究還不足，尤其在富水地層進(jìn)行大型基坑開挖時(shí)圍護(hù)結(jié)構(gòu)易失穩(wěn)，存在較大的施工安全隱患。因此，在施工之前，應(yīng)根據(jù)相應(yīng)的工程條件制訂合理的開挖及支護(hù)方案，在保證施工安全的基礎(chǔ)上，減少基坑變形且提高施工工效。文章以北京上清橋站為背景，研究深基坑開挖過程中，不同支撐體系對(duì)于基坑開挖變形的影響以及最優(yōu)支護(hù)方式。

1 工程概況

上清橋站為地下明挖三層三跨島式疊落車站，采用雙柱三跨結(jié)構(gòu)形式。車站規(guī)模為351.2m×28.9m，車站底板埋深為32.652m，中心里程處頂板覆土為7.772m。車站主要地層地質(zhì)為粉質(zhì)黏土、細(xì)中砂、卵石、粉細(xì)砂等，場地賦存3層地下水，分別為1層潛水和2層承壓水。

2 狹長型深大地鐵基坑開挖方法

該地鐵站全長352.1m，基坑共劃分為15個(gè)流水段，每段長度約為20～27m，基坑由北向南依次開挖。該基坑土方工程存在地質(zhì)條件復(fù)雜、基坑體積大、基坑出土量大、基坑開挖面積大和基坑開挖深度大等問題，且工期緊迫，因此制訂以下施工方案，可以在保證施工安全的前提下，極大地提高施工效率?；悠矫嫒鐖D1所示。

圖1 基坑平面圖

2.1 深大地鐵基坑開挖原則

開挖遵循豎向分層原則，將該基坑豎向分為6層。在基坑縱向施工時(shí)，應(yīng)按規(guī)定長度逐段開挖，并及時(shí)架設(shè)支撐，開挖及鋼支撐的安裝時(shí)間不得超過16～20h。再將基坑橫向分塊，分3塊進(jìn)行開挖，每塊平均寬約10m。

2.2 深大地鐵基坑開挖方法

（1）第一層土方開挖。該工程主體基坑開挖深度為33.3～34.9m，由南北兩端向中間破除混凝土路面，先由北端向南開挖第一層土方至22軸，同時(shí)在南端具備條件后，由南向北開挖至24軸，開挖第一層土方。

（2）第二層土方開挖。開挖至基底標(biāo)高后，由南北兩端向基坑中間及時(shí)施作腰梁及第一道混凝土支撐。預(yù)留22～24軸范圍內(nèi)3根混凝土支撐暫不施工，該范圍作為前期渣土出口及平臺(tái)；同時(shí)預(yù)留39～40軸范圍內(nèi)2根混凝土支撐暫不施工，為后期出土車預(yù)留足夠放坡空間。北側(cè)端頭開挖用機(jī)械配合挖掘機(jī)倒土至擴(kuò)大端處，地面采用長臂挖掘機(jī)配合出土。22軸平臺(tái)處直接采用挖掘機(jī)裝車出土。同時(shí)，基坑上方用長臂挖機(jī)從中部向兩端開挖，加快打通運(yùn)輸通道。

（3）第三層土方開挖。若單側(cè)通道未打通，北側(cè)擴(kuò)大端繼續(xù)向下開挖，施工第二道鋼支撐。采用通道內(nèi)存土，長臂挖掘機(jī)站至基坑一側(cè)進(jìn)行場地內(nèi)倒土，土方運(yùn)輸至車站南側(cè)擴(kuò)大端存土。待南端具備開挖條件后，開挖第一層土，開挖后及時(shí)施作混凝土支撐，當(dāng)混凝土支撐強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求后，回填坡道至地面，作為后期出土運(yùn)輸通道。同時(shí)挖掘機(jī)在24軸平臺(tái)處及40軸擴(kuò)大端處同時(shí)向基坑中部開挖通道。打通南側(cè)土方運(yùn)輸通道，向下拉槽，由中部及南部向中間開挖單側(cè)通道，盡早打通運(yùn)輸?shù)缆?。通道打通后橫向倒邊開挖另一側(cè)通道，通道凈空為10m（寬）×6m（高）。北側(cè)擴(kuò)大端繼續(xù)向下開挖，利用22軸平臺(tái)出土。開挖至第二道鋼支撐下500mm處，及時(shí)架設(shè)鋼支撐，并施加預(yù)應(yīng)力，預(yù)留平臺(tái)寬度不小于3m。

（4）第四層土方開挖。在南北兩側(cè)土方運(yùn)輸通道開通后，回填22～24軸范圍平臺(tái)土方，施作該部分混凝土支撐。待混凝土支撐滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求后，打通南北縱向運(yùn)輸通道。北側(cè)擴(kuò)大端繼續(xù)向下開挖，土方開挖采用臺(tái)階倒土形式，土方倒運(yùn)至運(yùn)輸通道內(nèi)存土，當(dāng)通道內(nèi)不能滿足存土要求時(shí)，利用長臂挖掘機(jī)在基坑一側(cè)進(jìn)行倒土，長臂挖掘機(jī)配合土方運(yùn)輸車運(yùn)至南側(cè)擴(kuò)大端存土。北側(cè)擴(kuò)大端開挖至第三道混凝土支撐下5cm處時(shí)，施工擴(kuò)大端腰梁及混凝土支撐。標(biāo)準(zhǔn)段開挖至第三道鋼支撐以下500mm處時(shí)，利用預(yù)留平臺(tái)及時(shí)架設(shè)鋼支撐，并及時(shí)施加預(yù)應(yīng)力，預(yù)留平臺(tái)寬度不小于3m。

（5）第五層土方開挖。待北側(cè)擴(kuò)大端第三道混凝土支撐達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，北側(cè)擴(kuò)大端繼續(xù)向下開挖至第四道混凝土支撐底以下5cm處時(shí)，施工擴(kuò)大端第四層腰梁及混凝土支撐。標(biāo)準(zhǔn)段開挖至第四道鋼支撐以下500mm處時(shí)，利用預(yù)留平臺(tái)及時(shí)架設(shè)鋼支撐，并及時(shí)施加預(yù)應(yīng)力，預(yù)留平臺(tái)寬度不小于3m。標(biāo)準(zhǔn)段中部縱向拉槽，橫向由中到邊開挖第四層土方，并預(yù)留平臺(tái)。采用臺(tái)階倒土至第一層混凝土支撐下方，挖掘機(jī)配合運(yùn)輸車進(jìn)行出土。

（6）第六層土方開挖。待北側(cè)擴(kuò)大端第四道混凝土支撐達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，北側(cè)擴(kuò)大端繼續(xù)向下開挖至第五道鋼支撐底以下500mm處時(shí)，焊接斜支座，及時(shí)架設(shè)鋼支撐。標(biāo)準(zhǔn)段開挖至第五道鋼支撐以下500mm處時(shí)，利用預(yù)留平臺(tái)及時(shí)架設(shè)鋼支撐，并及時(shí)施加預(yù)應(yīng)力，預(yù)留平臺(tái)寬度不小于3m。標(biāo)準(zhǔn)段中部縱向拉槽，橫向由中到邊開挖第五層土方，并預(yù)留平臺(tái)。采用臺(tái)階倒土至第一層混凝土支撐下方，挖掘機(jī)配合運(yùn)輸車進(jìn)行出土。土方橫向由中到邊開挖第六層土方。機(jī)械開挖至基底以上300mm位置后停止開挖，剩余300mm厚土方采用人工開挖。剩余2段基坑未開挖時(shí)，及時(shí)回填土方至最南側(cè)2根混凝土支撐下50mm處，施工該處混凝土支撐。利用出土通道內(nèi)存土，長臂挖機(jī)站至基坑一側(cè)進(jìn)行倒土。當(dāng)剩余最后2段土方開挖時(shí)采用臺(tái)階倒土至擴(kuò)大端，利用多臺(tái)長臂挖機(jī)配合出土。當(dāng)基坑內(nèi)剩余土方無法由長臂挖掘機(jī)倒運(yùn)至地面時(shí)，采用吊車配合土斗垂直運(yùn)輸至地面，安排2～3臺(tái)挖掘機(jī)在基坑下配合，當(dāng)土方開挖完成后，用吊車將配合的挖掘機(jī)吊出基坑。

3 狹長型深大地鐵基坑快速支撐體系設(shè)計(jì)

3.1 組合支撐體系優(yōu)化

考慮到混凝土構(gòu)件養(yǎng)護(hù)時(shí)間過長、材料不易回收、對(duì)環(huán)境有害、造價(jià)高的問題，而鋼支撐相比混凝土支撐具有無需養(yǎng)護(hù)、可回收利用、環(huán)保、造價(jià)低等優(yōu)勢，故為了達(dá)到增加經(jīng)濟(jì)效益、縮短工期的目標(biāo)，計(jì)劃將局部混凝土撐更換為鋼支撐。主要調(diào)整方案：將第一道混凝土支撐（15～24軸、32～42軸）改為鋼支撐，南北擴(kuò)大端斜撐（1～3軸、40～42軸）第三、第四道混凝土支撐調(diào)整為加密A800mm×20mm鋼支撐；2-2斷面第三道φ800mm×22mm鋼支撐調(diào)整為豎向密排雙層A800mm×20mm鋼支撐。

3.2 混凝土支撐和鋼支撐施工技術(shù)

（1）混凝土支撐施工。腰梁及混凝土支撐模板施工：施放出模板控制線，下部采用38mm厚C15混凝土+12mm厚竹膠板作為底模板，側(cè)板采用12mm竹膠板+100mm×100mm木枋+雙拼φ48mm鋼管@300mm+鋼管斜撐作為支模體系。雙拼鋼管后方布設(shè)對(duì)拉絲桿，絲桿采用φ14mm圓鋼加工，拉桿伸出模板端車絲，以蝴蝶卡固定。模板安裝完畢后，在模板內(nèi)表施放混凝土支撐標(biāo)高控制線，以控制混凝土標(biāo)高。

（2）鋼支撐施工?；幽媳眱啥藬U(kuò)大端豎向設(shè)置2道鋼支撐斜撐，背后配合斜支座進(jìn)行支撐，標(biāo)準(zhǔn)斷面鋼支撐在基坑外拼裝成整根，采用履帶吊吊裝就位。鋼支撐標(biāo)準(zhǔn)節(jié)長為6m，因墻體存在不規(guī)則形狀，現(xiàn)場配備有4m、2m、1m、0.5m、0.3m、0.2m的短節(jié)，活動(dòng)端長度為1.5m。該工程由于基坑中間布置有臨時(shí)立柱及聯(lián)系梁，鋼支撐架設(shè)時(shí)需分3節(jié)吊裝，利用西側(cè)預(yù)留土體平臺(tái)進(jìn)行拼裝，安裝采用2臺(tái)80T履帶吊，履帶吊分別位于基坑?xùn)|西兩側(cè)。

4 結(jié)束語

文章以北京上清橋地鐵車站深基坑開挖為例，介紹了承壓水豐富地層基坑開挖施工以及支護(hù)方法?；娱_挖的設(shè)計(jì)支撐為混凝土支撐，在實(shí)際施工時(shí)，對(duì)原設(shè)計(jì)支撐進(jìn)行優(yōu)化并采用混凝土支撐加鋼支撐，這使基坑開挖過程中對(duì)其基坑變形的控制達(dá)到了最優(yōu)化。