地鐵明挖車站基坑開挖施工技術(shù)

◎李偉

地鐵由于運力大、時效性高，能夠有效提高城市公共交通的運量和效率，緩解地面交通堵塞，因此成為我國很多城市公共交通體系建設(shè)的主要發(fā)展方向之一。而車站是地鐵系統(tǒng)的核心組成部分，其施工質(zhì)量將對地鐵系統(tǒng)的正常運營產(chǎn)生重要的影響。在地鐵車站的施工中，明挖法是比較常用的施工技術(shù)，施工單位應(yīng)準確掌握明挖法施工的各項技術(shù)要點和操作規(guī)范，保證車站的施工質(zhì)量和效率，促進我國地鐵系統(tǒng)的現(xiàn)代化發(fā)展。

一。地鐵明挖施工相關(guān)內(nèi)容論述

1.基本特點。

（1）施工操作便捷性高，相比于逆作法、臺階法等作業(yè)方法，明挖法在開挖時沿著由上至下的順序，在結(jié)構(gòu)施工時按照由下至上的順序，施工便捷度較高，施工過程相對簡單。

（2）施工工期較短，因為施工過程便捷度較高，所以消耗的時間成本較低，可起到縮短施工工期的作用。

（3）結(jié)構(gòu)受力情況良好，明挖法所提供的作業(yè)面數(shù)量和作業(yè)面面積相對豐富，搭配支護結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，能夠營造穩(wěn)定的作業(yè)環(huán)境，從而提高結(jié)構(gòu)受力情況的穩(wěn)定性。

（4）所需的作業(yè)場地較大，對于已初具規(guī)模的城市，為確保明挖法的正常應(yīng)用，需阻斷既有道路交通，且明挖法會對既有道路帶來較大破壞，后期道路恢復、管線調(diào)整又會增加一些時間成本的支出，從而影響城市交通的正常運行。

地鐵明挖施工圖

二、施工關(guān)鍵

（1）施工期間做好各種地下管線的懸吊防護、確保各種地下管線在施工期間的安全和穩(wěn)定。

（2）車站土方開挖及支撐過程中根據(jù)土體變形的時空效應(yīng)原則，縮短開挖與支撐的間隔時間，減小因圍護樁過量位移而引起的周邊上體下沉量，以保護周圍建筑物和行車安全。

（3）明挖基坑石方爆破施工安全。

三、基坑噴錨

掛網(wǎng)鋼筋為Φ8@150×150，噴射施工材料為C20 早強混凝土，厚度80mm，鋼筋網(wǎng)搭接量至少達30cm。在圍護樁施工期間，分別向各樁置入長350mm 的Φ16 鋼筋（豎向間距300mm），樁間設(shè)置Φ16 的三級鋼加強橫筋（豎向間距1.3m）。為避免鋼筋網(wǎng)掉落的情況，輔以焊接措施，以提高其穩(wěn)定性。

基坑噴錨圖

1.噴錨施工流程。

噴錨施工流程為開挖工作面→基面修整→綁扎掛網(wǎng)鋼筋→噴射混凝土→抹面收光。

2.噴射混凝土施工工藝。

噴射施工前做全面的準備工作，檢查施工機械、水電管路等其它配套設(shè)施，保證其能夠正常使用。噴射混凝土終凝達2h后，進入養(yǎng)生環(huán)節(jié)，以混凝土的質(zhì)量情況以及氣溫為準，合理控制灑水量，加強防護，減小外部因素的不良影響?？v向單次開挖長度5 ～10m，掛網(wǎng)噴錨，盡可能縮短兩項工作的間隔時間。換言之，開挖后土體的暴露時間不宜超過半天。噴頭與受噴面的距離始終控制在1.5 ～2m，調(diào)整噴射機的風壓，該值宜穩(wěn)定在0.3 ～0.5MPa。分段分片有序噴射施工，先處理鋼筋網(wǎng)與圍護樁的間隙，再完成鋼筋網(wǎng)的噴射作業(yè)。噴射施工期間，噴頭持續(xù)做圓周運動，后圈壓前一圈1/3，避免漏噴現(xiàn)象。遇樁間土體超挖的情況時，可用素混凝土回填并夯實，使其恢復至完整狀態(tài)。加強對焊接長度的控制，同時焊縫需飽滿?？刂坪媒宇^的位置，不宜設(shè)置在受力較大的區(qū)域。

四、施工對策

1.對車站土方開挖根據(jù)理論計算分析，合理分段分層開挖，開挖后及時支撐并施做合適的預(yù)加應(yīng)力。

2.選用合理的爆破方法和爆破參數(shù)，將爆破振動控制在允許范圍內(nèi)。

3.采用信息化施工，及時量測各項數(shù)據(jù)，通過理論計算分析指導施工，確保施工方法的科學可靠。

4.增加臨時圍護結(jié)構(gòu)分割B 端設(shè)備與管理用房區(qū)為三塊，化大開挖為小開挖，減少開挖中側(cè)壓力的影響。

五、地鐵明挖車站基坑開挖的施工技術(shù)要點

1.土方開挖。

土方開挖作業(yè)分段依次開展，技術(shù)要點：

（1）精準測量并界定開挖邊界，設(shè)置標高控制點，以便后續(xù)可以有效開挖土方，避免超挖、欠挖問題。

（2）土方開挖的工作量較大，采取機械化作業(yè)模式，即挖掘機、裝載機協(xié)同運行，產(chǎn)生的棄渣由自卸車轉(zhuǎn)移至指定堆放點，避免現(xiàn)場堆積。開挖過程中由專員指揮，及時測量標高，保證開挖進尺的合理性。

（3）合理協(xié)調(diào)開挖與支護的關(guān)系，盡可能縮短基坑無支撐的暴露時間，以免在外部環(huán)境的作用下導致基坑失穩(wěn)。

2.土方回填。

土方回填以機械回填為主，局部機械設(shè)備無法正常運行時（例如空間限制），由人工回填。土方回填施工所用機械設(shè)備包含推土機、裝載機等，按自下而上的順序分層依次回填，單層厚度約300mm。

為提高回填后土方的密實性，先對填土進行初步平整，再用沖擊打夯機等相關(guān)設(shè)備處理，全面夯實土方面層，不可遺漏。打夯機無法觸及的區(qū)域，采用人工打夯的作業(yè)方法，要求虛鋪厚度不超過200mm。從四周開始，逐步向中間推進，有序夯實各部分。

回填壓實環(huán)節(jié)采用壓路機，由專員操控設(shè)備，做到勻速、緩慢行駛。填土厚度不宜超過250～300mm，每層壓實6～8遍，具體根據(jù)實際施工情況而定。各部分的碾壓方向一致，均從兩側(cè)逐步向中間推進，相鄰碾壓帶重疊15～25cm。填方邊緣部分穩(wěn)定性不足，壓路機的噸位較重，易導致邊緣處失穩(wěn)，為避免邊緣失穩(wěn)，要求碾輪距填方邊緣的距離不可小于500mm，角部位則由小型夯實機具處理。每完成一層碾壓作業(yè)后，隨即對表面拉毛。

3.基坑結(jié)構(gòu)的支護施工。

（1）做好基礎(chǔ)資料的研究工作，明確灌注樁的具體安裝位置，并對控制點做好編號工作，以便于后續(xù)施工活動的順利進行。

（2）鉆機結(jié)構(gòu)就位，需對基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)進行處理，做好補強工作后，再進行鉆機結(jié)構(gòu)的安裝工作，其中心線位置需和鉆孔位置保持在同一線路上，同時在完成結(jié)構(gòu)安裝之后，還需對鉆機垂直度進行調(diào)整，以此確保鉆孔活動的順利推進。

（3）開始進行鉆孔操作，鉆孔過程中需控制好鉆進速度，并且控制鉆桿偏移量，如果發(fā)現(xiàn)鉆桿偏差值超過了允許范圍，也需及時作出調(diào)整，隨后再進行下一階段的施工操作。

（4）對成孔質(zhì)量做好檢查，同時做好清孔工作，提前做好注漿管的預(yù)埋工作，在預(yù)埋過程中對泥漿進行拌和，水灰比控制在0.7～1.2。

（5）按照要求進行注漿施工，注漿管端口距離底部的距離不能超過50cm，注漿開始后，注漿管需深入混凝土面1.0～1.5m，以此提高最終的注漿效果。在注漿量達到9m3 時，暫停注漿施工，等待混凝土面自然沉降一段時間后，再次進行注漿操作，從而提高整個注漿過程的有序性。

4.基坑開挖與支護方法。

雙側(cè)臺階法。雙側(cè)臺階施工法就是土方開挖時，在中間進行拉槽開挖，而兩側(cè)進行臺階開挖，這樣可以增加一次開挖分層厚度，提高初次土方的開挖量，同時也可以減少中間土方拉槽開挖的側(cè)壓力，有效防止塌方發(fā)生。

土方拉槽開挖豎向分層高度每次宜控制在2～3m，臺階高度宜控制在1～2m。縱向宜為20m。

第1 層的土方開挖至第1 道鋼支撐下0.5m 處，需沿著基坑的縱向拉槽進行開挖，槽兩側(cè)頂需各留4m 寬工作平臺，為后續(xù)網(wǎng)噴和第1 道鋼支撐提供平臺。

雙側(cè)臺階頂部可根據(jù)鋼支撐的位置進行調(diào)整，有利于樁間噴射混凝土施工，又可利用此平臺及時進行鋼支撐安裝，可以確保在鋼支撐施工時不影響土方開挖施工，以整體加快總施工進度，由于兩側(cè)有土方，可以有力減小基坑兩側(cè)蠕變的速度。每層間保證平臺預(yù)留土與基坑拉槽開挖保持同步進行，循環(huán)往復，直到開挖至距離基底標高20cm 時，需人工進行開挖至標高位置，保證基底土的穩(wěn)定性。

5.基坑的垂直、水平運輸。

基坑開挖內(nèi)部的土方采用自卸汽車經(jīng)馬道水平運出場外。在鋼管支撐下和圍護樁附近機械難以開挖處，配合人工開挖運土至機械可以開挖處，再由機械開挖外運。最后馬道土方的開挖用挖掘機挖土，剩余土方配合人工開挖，再由汽車式起重機吊裝外運。

基坑開挖至基坑端部，基坑內(nèi)安排1 臺挖掘機，基坑邊安排1 臺長臂挖掘機配合出土，待施工至長臂挖掘機臂展觸及不到處，采用起重機配合吊土，吊斗體積至少為2m3

6.地面排水。

在基坑頂部周邊以砌磚的方式修筑排水溝，其作用在于承接基坑抽排水以及源自地面的雨水，提高排水效率，以免因水量較大而出現(xiàn)倒灌至基坑的情況。根據(jù)圍護結(jié)構(gòu)的特點，在其邊緣部位修筑擋水緣。向基坑內(nèi)抽水后，該部分水中含有泥沙，若直接將其排至市政管網(wǎng)中，則容易加大堵塞概率，造成嚴重的不良影響。對此，在各排入口分別修筑沉淀池，每池又細分為三個小池，即進水池、沉淀池、出水池，經(jīng)過流程化的處理后，清理沉渣，將含泥沙量較低的水排至下水道，從而規(guī)避管道堵塞的問題。

六、基坑變形控制與復雜施工環(huán)境的應(yīng)對措施

在目前的車站基坑開挖施工過程中，通常地質(zhì)環(huán)境、施工環(huán)境都很復雜，因此，在施工過程中，要確保圍護結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。圍護結(jié)構(gòu)的抗側(cè)壓能力、抗?jié)B能力、插入比是基坑穩(wěn)定的關(guān)鍵，施工過程中對人工挖孔樁、機械鉆孔樁進行嚴格的控制。嚴格貫徹“時空效應(yīng)”原則組織信息化施工，處理好開挖和支撐的關(guān)系，嚴格按照“時空效應(yīng)”原理組織施工，在開挖過程中掌握好“分層、分段、分塊、對稱、平衡、限時”六個要點，遵循“豎向分層、縱向分區(qū)分段、橫向先中間后兩側(cè)、隨挖隨撐、快速封底”的原則，處理好開挖和支撐的關(guān)系，快速安裝鋼支撐，及時對鋼支撐施加預(yù)應(yīng)力，并根據(jù)監(jiān)測情況及圍護結(jié)構(gòu)變形情況及時復加預(yù)應(yīng)力，保證支護體系的穩(wěn)定，防止地表水滲入土中軟化土體。及時施作墊層和底板混凝土，控制底板隆起?；娱_挖到底后及時施作墊層混凝土封底，不允許長時間暴露，并適量降低承壓水。根據(jù)監(jiān)測結(jié)果的分析，必要時將墊層加厚或在底板上增加一道臨時鋼支撐。在最短的時間內(nèi)將結(jié)構(gòu)底板施作完畢，以確?；影踩?，不發(fā)生變形。結(jié)構(gòu)鋼筋混凝土按照底板→下三層側(cè)墻、柱及中板→下二層側(cè)墻、柱及頂板→下一層側(cè)墻、柱的順序從下至上逐層施工，支撐嚴格按設(shè)計順序拆除，此時應(yīng)處理好拆支撐和結(jié)構(gòu)混凝土施工的關(guān)系。每段結(jié)構(gòu)混凝土強度必須達到設(shè)計要求強度后才能拆除該段支撐。

1.車站基坑開挖方案。

地鐵車站工程的基坑開挖計劃一般是按照特定的方向從上而下分層次進行，通常采用的是機械分層開挖，開挖初期，采用挖掘機挖掘最上層的土層；其余土層采用小型挖掘機基坑內(nèi)倒運，長臂挖掘機出土?？刂浦苓叺孛娉两?，保護周邊建筑、管線及基坑的安全，一方面控制沉降總量，另一方面控制沉降速率。施工過程中要嚴格控制無支撐暴露時間在24 h 之內(nèi)，對基坑開挖實行動態(tài)管理，將監(jiān)測結(jié)果及時反饋到施工現(xiàn)場，指導施工，運用信息化施工，把基坑變形量始終控制在合格指標之內(nèi)。開挖前將分層位置、深度作圖示意，使施工人員做到心中有數(shù)，以控制挖土深度。

2.車站基坑開挖施工工藝。

基坑開挖分臺階施工，自上而下分多個臺階，每個臺階安排一臺挖掘機負責向上倒運土方，最上一個臺階的挖掘機可用大型反鏟挖掘機，連挖土帶裝運。（1）第一層開挖。分層厚度應(yīng)按照設(shè)計要求，開挖方向按照設(shè)計方向倒退開挖，挖掘機停在地面上，開挖時利用反鏟倒退挖土后直接裝車，橫向先挖中間部分，然后再挖兩側(cè)土方。開挖斷面每超過一根橫撐位置后及時安設(shè)第一道鋼支撐。 （2）第二層開挖挖掘機從基坑南端鋼橫撐與角部斜撐圍成的空間處開始開挖，并在第一道鋼支撐安裝前先在基坑中間沿縱向開挖出一條5.0 m 寬的坡道，坡度小于30°，用于第二層土方運輸，第二層土方沿橫向先挖中間部分，為運輸車輛提供裝車位置，運輸車輛由地面沿運輸坡道倒至裝車點，由挖掘機裝車，運輸至臨時集土場。第二層土方控制在第二道鋼支撐以下1.0 m 以內(nèi)，工作面每超過一根鋼支撐位置，及時安裝鋼支撐。（3）第三層開挖。挖掘機按照設(shè)計方向倒退開挖，開挖順序為先在基坑中部挖，沿縱向開挖出5.0 m 寬的坡道和第二層坡道連接，運土車可進入基坑裝運第3 層土方。工作面每超過一根鋼支撐位置，及時安裝鋼支撐。（4）第四層開挖。利用長臂挖掘機停在第3 層土體上挖第4 層土方，先挖橫向的中間部分再挖兩側(cè)，運輸車停在第3 層土體上裝土并運出基坑。

七、施工監(jiān)控側(cè)量

1.監(jiān)控量測方案。

監(jiān)控量測包括保護結(jié)構(gòu)的水平變化、保護結(jié)構(gòu)的橫向變形和土體的變形、水壓力、保護結(jié)構(gòu)的土壓力、地面沉降等。

2.控制標準。

（1）防護結(jié)構(gòu)的水平位移和沉降超過警戒值（警戒值為底板坑開挖深度的2‰，控制值為底板坑開挖深度的2.5‰），通知有關(guān)部門提高測量頻率，組織技術(shù)人員對施工要素進行分析，調(diào)整支護參數(shù)或采用地層加固措施，確保防護結(jié)構(gòu)穩(wěn)定；超過最大控制值，停止施工，專人組織施工過程，調(diào)整措施，保護結(jié)構(gòu)，然后再恢復施工。

（2）地面沉降速度過快（報警值為10mm，警戒值為20mm，最大控制值為30mm），應(yīng)提高監(jiān)測頻率。必要時，責令有關(guān)部門停止運行，檢查加固支護基礎(chǔ)，加強對巖層的防治，確保施工安全。

（3）周圍建筑物地基和地面沉降過大時，應(yīng)及時采取措施，加固底板周圍的地層。

（4）當建筑物變形到接近報警值（報警值為10mm）時，應(yīng)增加檢測頻率，另外，根據(jù)試驗結(jié)果，快速調(diào)整支護參數(shù)或加強地層。當達到警戒值（邊界值為20mm）時，通知監(jiān)理及上級主管部門，必要時在已有建筑物的基礎(chǔ)上采取加固措施。

結(jié)語

綜上所述，地鐵作為重要的城市有軌交通工具之一，在應(yīng)用過程中，具備行駛安全性強、載客能力高、運行速度快等應(yīng)用優(yōu)勢。在城市地鐵明挖車站施工中，基坑開挖是重點內(nèi)容，施工中需根據(jù)實際情況合理優(yōu)化技術(shù)，除了做好基礎(chǔ)開挖工作外，還需加強支護以及防排水，有效維持基坑的穩(wěn)定性，盡可能減小外部環(huán)境對基坑施工的影響，在安全的環(huán)境中高效完成基坑的建設(shè)工作。根據(jù)本工程所處的地理環(huán)境及工程地質(zhì)情況，制定與之相應(yīng)的施工開挖技術(shù)方案；鋼支撐的位置應(yīng)計算準確，并確保施工無誤；確保施工過程中技術(shù)可靠，相關(guān)措施得當，各項工作按部就班，管理到位，保證每道工序順利進行。