深基坑開挖及支撐體系施工方案研究

摘要 隨著城市地下工程的發(fā)展，城市深基坑周邊的建（構(gòu)）筑物不斷增多，產(chǎn)生許多工程問(wèn)題。文章依托濟(jì)南市軌道交通某深基坑項(xiàng)目，研究了基坑深度大、變形要求高、臨近建（構(gòu)）筑物情況復(fù)雜等不利因素共同作用下深基坑的施工技術(shù)與支撐體系。確定了基坑開挖方法為縱向分段、豎向分層開挖，支撐體系為鋼支撐體系。為城市復(fù)雜環(huán)境下的深基坑工程提供了借鑒。

關(guān)鍵詞深基坑;地鐵車站;施工工藝;支撐體系

中圖分類號(hào)TU473.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 2096-8949（2022）11-0118-03

引言

隨著經(jīng)濟(jì)與社會(huì)的發(fā)展，我國(guó)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)也得到了迅速發(fā)展，對(duì)我國(guó)的隧道工程的建設(shè)規(guī)模和質(zhì)量都提出了更高的要求[1-2]。目前城市內(nèi)地鐵建設(shè)存在著施工場(chǎng)地狹小、周圍環(huán)境復(fù)雜以及對(duì)沉降值要求較高等問(wèn)題[3-4]。導(dǎo)致對(duì)深基坑的施工方法以及支撐體系有著更高的要求。

由于深基坑項(xiàng)目周圍環(huán)境復(fù)雜，為控制深基坑施工過(guò)程中基坑的變形以及周邊土體的沉降對(duì)鄰近建（構(gòu)）筑物的影響[5-6]，許多學(xué)者通過(guò)數(shù)值模擬、室內(nèi)試驗(yàn)等研究方法，研究深基坑開挖對(duì)臨近建（構(gòu)）筑物的位移沉降及變形控制措施[7-8]。該文以濟(jì)南軌道交通某深基坑項(xiàng)目為基礎(chǔ)，對(duì)深基坑開挖及支撐體系施工進(jìn)行分析，對(duì)今后濟(jì)南及周邊地區(qū)的基坑開挖及支護(hù)設(shè)計(jì)與施工有一定的指導(dǎo)意義。

1 工程概況

濟(jì)南市軌道交通某站深基坑工程，該站中心里程為SK17+706.761，車站主體結(jié)構(gòu)長(zhǎng)284.558 m，車站標(biāo)準(zhǔn)段寬度與高度分別為22.9 m、14.241 m，底板埋深約為19.889 m，車站盾構(gòu)井最大埋深為21.786 m。車站平面圖如圖1所示。

該工程臨近主干道紅線寬度為74 m，現(xiàn)狀為雙向7車道加2人非道道路，為城市主干道，該區(qū)域車流量較大，交通繁忙。現(xiàn)有和規(guī)劃的地面建筑及地下建筑：該站位于河流與交通主干道交叉口，沿交通主干道東西向布置，周邊環(huán)境極為復(fù)雜。

2 工程特點(diǎn)及開挖方案

2.1 開挖深度大、地層條件復(fù)雜

該車站主體結(jié)構(gòu)為地下兩層，車站主體標(biāo)準(zhǔn)段底板埋深約為20 m，基坑開挖深度約為20 m。車站地層淺層地層為雜填土和素填土，底部地層為風(fēng)化閃長(zhǎng)巖，節(jié)理裂隙發(fā)育，局部伴有全風(fēng)化軟夾層，基坑開挖范圍軟弱土層分布廣泛。

2.2 施工組織難度大

車站所處位置區(qū)域內(nèi)車流量較大，交通繁忙，車站修建過(guò)程中交通組織較為困難?；娱_挖影響范圍內(nèi)管線分布較為密集，涉及臨近街道遷改管線問(wèn)題，沿車站主體結(jié)構(gòu)東西方向主要分布DN800給水管、1 000*1 500污水管、DN300給水管、10 kV電力排管4根管線，以及供水、供電、路燈、信號(hào)等管線。

2.3 基坑開挖方法

車站主體結(jié)構(gòu)基坑開挖采用縱向橫向分別開挖的方式，縱向?yàn)榉侄伍_挖，豎向?yàn)榉謱娱_挖。基坑內(nèi)土體的開挖應(yīng)嚴(yán)格遵循基坑開挖的“20字”方針：“縱向拉坡、橫向開槽、分段開挖、隨挖隨撐、量測(cè)反饋”。

該車站基坑內(nèi)土方開挖分三個(gè)區(qū)域施工。開挖分區(qū)及開挖方向示意圖2所示。

2.3.1 縱向分段施工

基坑按照支撐平面位置分兩期進(jìn)行施工，一期共一個(gè)施工階段，二期共兩個(gè)施工階段，每期土方開挖采用分層臺(tái)階法施工，每個(gè)工作面配備2臺(tái)挖掘機(jī)接力后退式開挖。

2.3.2 豎向分層施工

豎向施工首先要將原有路面混凝土破開清除，對(duì)路面進(jìn)行開挖，直至第一層開挖至第一道鋼筋混凝土支撐底，然后進(jìn)行冠梁及鋼筋混凝土支撐施工，施工完成后進(jìn)行下部土方開挖。

地下兩層車站開挖時(shí)，基坑豎向分4層開挖，第一道支撐與第二道支撐之間距離4.7 m，第二道鋼支撐的拼裝需要在基坑豎向開挖至其設(shè)計(jì)標(biāo)高以下0.5 m時(shí)進(jìn)行。第二道鋼支撐拼完成后，繼續(xù)開挖至第三道鋼支撐設(shè)計(jì)標(biāo)高下0.5 m，此時(shí)開挖高度約為4.8 m，進(jìn)行第三道鋼支撐拼裝。拼裝完成第二道鋼支撐后，開挖第2層至拼裝完成第三道鋼支撐后，開挖第3層至第四道鋼支撐設(shè)計(jì)標(biāo)高以下0.5 m位置（開挖高度約5.6 m），然后拼裝第四層鋼支撐。

拼裝完成第四道鋼支撐后，進(jìn)行第4層土方開挖，首先使用機(jī)械開挖至基坑底以上0.2 m（開挖高度約3.8 m），剩余部分采用人工清底，清底至設(shè)計(jì)標(biāo)高后施工混凝土墊層。開挖剖面圖見圖3。

2.4 開挖關(guān)鍵技術(shù)

（1）基坑開挖嚴(yán)格按照以下原則進(jìn)行：①開槽即進(jìn)行支撐;②開挖與支撐同時(shí)進(jìn)行;③開挖應(yīng)分層進(jìn)行;④嚴(yán)禁超前開挖?；娱_挖過(guò)程中及時(shí)架設(shè)支撐，保證基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)受力穩(wěn)定。

（2）基坑內(nèi)積水主要為土層含水及大氣降水。坑內(nèi)有積水時(shí)，要開挖排水溝，將基坑內(nèi)水匯入集水坑，用污水泵抽排至基坑外。

（3）若開挖后不能及時(shí)施作鋼支撐，則該區(qū)段采用中間拉槽、兩側(cè)留土的開挖方法，兩側(cè)留土的寬度上頂面不得小于2 m，邊坡坡度不得小于1∶0.5，當(dāng)開挖至一定深度后及時(shí)架設(shè)鋼支撐。

（4）基坑周邊降排水措施應(yīng)在土方開挖工程進(jìn)行中保持正常運(yùn)行。

（5）當(dāng)基坑開挖至墊層以上200 mm時(shí)，進(jìn)行驗(yàn)收，并清除剩余土方，清除方式采用人工清除，開挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，應(yīng)及時(shí)平整基坑坑底，并對(duì)基坑進(jìn)行排水處理，迅速施做墊層。

（6）基坑開挖到坑底后，盡快施做預(yù)埋接地裝置。

3 基坑支撐體系設(shè)計(jì)

3.1 鋼支撐架設(shè)與換撐方案

3.1.1 鋼支撐架設(shè)方法

車站標(biāo)準(zhǔn)段支撐為609 mm，16 mm鋼支撐，鋼支撐間距約3 m，單根長(zhǎng)18.80～22.98 m，單根最大重量為6.5 t，安裝采用龍門吊。

為了便于安裝，現(xiàn)有6 m、5 m、4 m、2.5 m、2 m、1.5 m、1 m、0.3 m、0.2 m等多種型號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)。支撐安裝前，應(yīng)對(duì)每根支撐位置鉆孔樁預(yù)埋鋼板的實(shí)際距離進(jìn)行實(shí)測(cè)，然后根據(jù)現(xiàn)有支撐標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的長(zhǎng)度及活絡(luò)頭的伸縮長(zhǎng)度（不超過(guò)30 cm）進(jìn)行配撐。3C5515BF-98E4-4E44-9906-65AAE18D662F

支撐端頭采用活接頭的形式便于施加預(yù)應(yīng)力，其構(gòu)造為嵌套兩個(gè)活動(dòng)接頭，端頭內(nèi)部還設(shè)有加固肋板，鋼支撐安裝完成后施加預(yù)應(yīng)力，利用楔塊調(diào)節(jié)支撐鋼管的長(zhǎng)度。鋼支撐活絡(luò)端頭、固定端示意圖如圖4所示。

采用QYS-100型千斤頂對(duì)鋼支撐進(jìn)行預(yù)應(yīng)力施加。千斤頂在使用前需要對(duì)其進(jìn)行壓力標(biāo)定，調(diào)試時(shí)將千斤頂放入實(shí)驗(yàn)儀器，壓力增加從0值增加至最大噸位。逐點(diǎn)標(biāo)定到千斤頂?shù)挠捅砩希⒘魴n記錄對(duì)應(yīng)的油表兆帕值，施工時(shí)使用內(nèi)插法設(shè)定設(shè)計(jì)的壓力。制作固定千斤頂?shù)牡跫?，固定千斤頂?shù)跫芗芰⒃谡{(diào)節(jié)頭上，采用履帶吊進(jìn)行支撐鋼管的吊裝施工。

鋼支撐采用M24螺栓連接。鋼支撐斷面圖如圖5所示。

3.1.2 換撐施工工藝

工藝流程為：主體結(jié)構(gòu)底板施工完成→拆除第四道鋼支撐→施工第三道支撐以下部分邊墻→安裝換撐鋼托盤、架設(shè)鋼換撐、施加預(yù)應(yīng)力→拆除第三道鋼支撐→施工剩余部分邊墻→拆除鋼換撐。

3.2 鋼支撐預(yù)應(yīng)力施加要點(diǎn)

（1）鋼絲繩繩卡應(yīng)配套使用，繩直徑在10 mm以下時(shí)，繩卡應(yīng)不少于3個(gè)，10～20 mm時(shí)應(yīng)不少于4個(gè)。該工程繩卡間排列間距為60～80 mm，排列方式應(yīng)為一字排列，U形環(huán)與壓板分別放在繩頭與主繩處。

（2）鋼絲繩夾頭在使用時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

①繩卡應(yīng)與鋼絲繩粗細(xì)相匹配，鋼絲繩直徑應(yīng)比U形環(huán)內(nèi)側(cè)凈距大1～3 mm，保證繩子卡緊，防止由于無(wú)法卡緊繩子發(fā)生安全事故。

②安裝夾頭時(shí)需要將螺栓擰緊，具體程度為讓繩子直徑被壓到原先直徑的1/3～1/4，此時(shí)應(yīng)再次對(duì)螺栓進(jìn)行擰緊，以保證夾頭的牢固。

③夾頭的排列方式為一字排列，且U形部分不能與主繩相接觸，但應(yīng)與繩頭接觸，防止斷絲。

（3）預(yù)應(yīng)力的施加采用2次分段施壓，第一次施壓至設(shè)計(jì)值的80%，持荷10 min后繼續(xù)加壓至設(shè)計(jì)值的100%，預(yù)壓力加至設(shè)計(jì)規(guī)定之后，應(yīng)在壓力穩(wěn)定10 min后，方可按設(shè)計(jì)預(yù)壓力值進(jìn)行鎖定。

3.3 鋼支撐架設(shè)及換撐施工關(guān)鍵技術(shù)

（1）鋼支撐端面和預(yù)埋鋼板接觸面應(yīng)垂直和平整。

（2）鋼支撐必須在進(jìn)行起吊并架設(shè)之前進(jìn)行拼裝試驗(yàn)，排除直線性較差的支撐，試拼裝完成之后須按鋼支撐設(shè)計(jì)方案中指定長(zhǎng)度進(jìn)行拼裝連接，并對(duì)鋼支撐進(jìn)行整體起吊架設(shè)。

（3）千斤頂預(yù)加軸力必須對(duì)稱同步。

（4）拆除時(shí)要對(duì)各鋼支撐均勻施加卸載預(yù)應(yīng)力。

（5）支撐鏈接處需緊密，保證鋼支撐受力為中心受壓。

（6）鋼支撐安裝偏差控制：①支撐兩端的標(biāo)高差和水平差：不大于20 mm和支撐長(zhǎng)度的1/600;②支撐撓曲度：不大于支撐長(zhǎng)度的1/1 000;③支撐水平軸線偏差：±30 mm;④支撐豎向軸線偏差：±20 mm。

4 結(jié)語(yǔ)

該文依托濟(jì)南市軌道交通某深基坑工程，考慮該基坑工程臨近建（構(gòu)）筑物情況復(fù)雜、開挖深度大、地質(zhì)條件較差、施工組織難度高等特點(diǎn)，對(duì)該工程的開挖方法與支撐體系進(jìn)行設(shè)計(jì)分析，最終得到以下結(jié)論：

（1）確定車站主體結(jié)構(gòu)基坑開挖采用縱向分段、豎向分層開挖工藝;

（2）車站支撐體系為車站標(biāo)準(zhǔn)段支撐為Φ609 mm，

δ16 mm鋼支撐，鋼支撐間距約3 m排布，單根長(zhǎng)18.80～22.98 m。

（3）提出了基坑開挖關(guān)鍵技術(shù)與鋼支撐架設(shè)與換撐施工關(guān)鍵技術(shù)。有效地解決了實(shí)際工程中各項(xiàng)施工重難點(diǎn)，設(shè)計(jì)方案合理可靠，為類似深基坑工程提供了借鑒。

參考文獻(xiàn)

[1]魏綱， 李鋼， 蘇勤衛(wèi). 基坑工程對(duì)運(yùn)營(yíng)地鐵隧道影響的實(shí)測(cè)分析[J]. 現(xiàn)代隧道技術(shù)， 2014（1）： 179-185.

[2]鄭剛， 劉慶晨， 鄧旭. 基坑開挖對(duì)下臥運(yùn)營(yíng)地鐵隧道影響的數(shù)值分析與變形控制研究[J]. 巖土力學(xué)， 2013（5）： 1459-1468.

[3]汪小兵， 賈堅(jiān). 深基坑開挖對(duì)既有地鐵隧道的影響分析及控制措施[J]. 城市軌道交通研究， 2009（5）： 1621.

[4]張明遠(yuǎn). 基坑施工對(duì)緊鄰地鐵區(qū)間隧道的影響分析[J]. 巖土力學(xué)， 2011（3）： 33-37.

[5]武長(zhǎng)勇， 陳李， 馮成鋒， 等. 特大型（有支護(hù)體系）深基坑土方開挖方式的技術(shù)創(chuàng)新[J]. 建筑施工， 2009（4）： 246-249.

[6]張子新， 李佳， 周湘， 等. 近距離開挖卸荷條件下運(yùn)營(yíng)地鐵高架橋墩響應(yīng)研究[J]. 巖土力學(xué)， 2015（36）： 3531-3539.

[7]韋青岑， 張俊儒， 何基香. 地鐵車站超寬深基坑內(nèi)既有高架橋梁樁基托換關(guān)鍵技術(shù)研究[J]. 隧道建設(shè)， 2018（38）： 1014-1021.

[8]龍偉. 地鐵車站深基坑施工對(duì)周邊框架結(jié)構(gòu)建筑物影響及預(yù)加固措施[J]. 居舍， 2018（12）： 3-4+193.

收稿日期：2022-05-20

作者簡(jiǎn)介：王蓉（1988—），女，本科，工程師，從事水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘察及物探等工作。3C5515BF-98E4-4E44-9906-65AAE18D662F