地鐵明挖車站工程中的深基坑開挖及支護施工技術

朱春柏

摘要 文章以某地鐵工程作為案例，從土方開挖、棄土外運和覆土回填、支護施工技術等方面研究了地鐵明挖車站工程中的深基坑開挖及支護施工技術，重點探討了鋼筋混凝土支撐施工、鋼支撐安裝、預應力施加和拆除等技術。

關鍵詞 地鐵明挖車站；基坑開挖；支護技術

中圖分類號 U231.3文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2023）12-0075-03

0 引言

深基坑開挖和支護施工是地鐵工程中復雜而關鍵的環(huán)節(jié)，對于確保車站結構穩(wěn)定和施工順利進行至關重要[1]。該文旨在深入探討深基坑開挖的原則、順序和方法，以及鋼筋混凝土支撐和預應力施工等支護施工技術，希望能夠提供一套完整的解決方案，以確保地鐵明挖車站工程的質量和安全，為地鐵明挖車站工程的順利進行提供實用的技術指導和參考。

1 工程概況

某地鐵工程的車站起止里程為SK0+（?017.900）～SK0+392.555，車站站臺中心里程為SK0+158.300。車站為地下兩層島式帶配線車站，車站站臺寬度為12 m，車站長度為410.46 m，覆土高度為3.44 m。地鐵車站選擇明挖順作法來進行施工。

2 土方開挖

在該地鐵車站工程的施工過程中，采用了明挖順作法，對項目主體基坑和車站附屬結構基坑進行了開挖。封浜站車站標準段基坑的開挖深度達到了17.64 m，而端頭井基坑的開挖深度為19.93 m。為了保證開挖工作的安全和順利，施工單位采取了一系列的有效措施，在實際開挖過程中，使用了科學的土方開挖施工方法，選擇了合理的挖掘機械和附屬設備，確保了開挖工作的高效性和精確性[2]。

2.1 主體基坑開挖原則及順序

2.1.1 開挖原則

（1）分層原則：按豎向鋼支撐的道數分層開挖槽組。每層開挖深度要求在同一層支撐中心以下30 cm處。

（2）放坡原則：按照1∶1.5比例進行放坡，縱向總坡比不得超過1∶3。

（3）開挖單元：將2～3根支撐作為一個單元，每個單元需要在8 h內完成開挖操作。開挖后6 h內需對鋼支撐結構施加應力，減少基坑對外裸露時間。

（4）分塊原則：先挖端頭井斜撐部位，然后挖支撐段。支撐段按照先中間后兩邊的原則分塊，兩邊需要預留一定的土質[3]。

2.1.2 開挖順序

由于地鐵車站為地下二層島式結構，在主體基坑標準段規(guī)劃設計了五道支撐，端頭井規(guī)劃設置了六道支撐。其中第一道支撐選用混凝土支撐，其余選用鋼結構。將基坑按照順序劃分為三個小基坑，第6～7層采用混凝土支撐及鋼支撐開挖。開挖方向：西區(qū)段基坑按自西向東方向開挖放坡；東區(qū)段基坑按從東向西開挖放坡；中段基坑按照先兩側后中間的方式來開挖放坡[4]。

2.2 基坑開挖的方法

按照歷來的施工經驗，不同開挖深度需要有針對性地選擇開挖方式。主要分為以下幾種：

（1）第一層選用標準臂液壓挖掘機，將開挖的土方裝至運輸車直接運輸出去。

（2）第二層至第六層，土方道支撐的土體選用小型液壓挖掘機水平開挖、加長臂液壓挖掘機垂直運輸，通過兩種開挖方式結合進行挖土操作[5]。

（3）因施工現(xiàn)場條件不同，當選擇加長臂挖掘機無法完成開挖作業(yè)時，可以選擇吊車抓斗和小挖掘機水平運輸的方式完成挖掘作業(yè)。

通過以上3種方式分析，實現(xiàn)水平挖掘運輸與垂直運輸操作分離，解決了縱坡問題和支撐延擱問題，提高挖土速度，確保基坑的安全[6]。

2.3 棄土外運及覆土回填

2.3.1 棄土外運

基坑土內土方開挖后，為避免對城市環(huán)境造成影響，必須采取一定的措施使施工現(xiàn)場保持清潔。特選用了專用土方運輸車輛來搬運土方，保證土方安全高效運輸。另外，當所有車輛行駛出施工現(xiàn)場時，要求對車輛進行徹底清潔。使用高壓水槍對車輛的外側、車輪等部分進行沖洗，徹底清除車輛表面的污垢和泥土，減少對城市道路和周邊環(huán)境的污染。為了保證運輸車輛安全有序地駛離施工現(xiàn)場，施工團隊應安排專人對運輸車輛進行指揮，包括對過往的行人和車輛及時疏導，保持施工區(qū)域和交通通道的暢通，避免發(fā)生意外。

2.3.2 覆土回填

地鐵主體結構頂板、防水層、保護層等建成后都需要進行維護，當強度維護到設計強度時，再進行覆土回填操作。

基坑采用縱向分層和對稱回填方式，每層回填的覆土厚度未達到0.3 m時保證所有的機械設備不損壞防水層。當對結構兩側和頂板上0.5 m以上進行覆土回填時，借助蛙式打夯機對地下管線周圍區(qū)域夯實。已經填土的邊坡需要作成臺階狀，臺階設計寬度為1 m，回填高度不超過0.5 m。

3 支護施工技術

3.1 鋼筋混凝土支撐施工工藝

選擇現(xiàn)澆筑的方式澆筑鋼筋混凝土，要求支撐和圈梁同步施工。

（1）施工順序。土方開挖至鋼筋混凝土支撐底墊層底面→鋼筋混凝土支撐墊層施工→綁扎支撐及圈梁鋼筋→支立側模板→混凝土澆筑→養(yǎng)護混凝土、拆模、清理混凝土表層雜物。

（2）為了縮短施工周期，可將一定數量的早強劑摻入在混凝土中并加以維護，在混凝土強度滿足要求的情況下再次土方開挖操作。

3.2 鋼支撐安裝工藝

根據土方開挖的進度要求，需提前準備所需鋼管和相關配件。按照設計要求對支撐進行拼裝處理，在每段土方開挖完成之后及時設置支撐結構并施加預應力。支撐部位的土方開挖作業(yè)需要鑿除地墻混凝土保護層，將預埋鋼板露出，借助焊接工具焊接鋼牛腿。在吊車輔助下支撐結構通過分段進行吊裝作業(yè)，千斤頂根據設計要求施加預應力。同時采用細石混凝土填充支撐端頭與地墻之間的縫隙，保證支撐的穩(wěn)定性。安裝完成后需觀測預應力的變化。

（1）支撐預埋鋼板的安裝。按照設計要求安裝支撐預埋鋼板。選用φ25錨固鋼筋和20 mm厚鋼板焊接為整體，作為支撐預埋鋼板。選擇穿孔塞焊和預埋接駁器相結合的方式將φ32錨固鋼筋與20 mm鋼板焊接為整體，并用作斜撐預埋鋼板。

（2）支撐安裝操作。支撐安裝前，需進行地面預拼操作，檢查支撐的平直度，以保證兩端中心連線偏差度處于控制范圍內。經檢查滿足要求的支撐結構必須做好編號并按編號擺放整齊，對于跨度短的支撐進行一次起吊。與此同時，支撐安裝前對地下連續(xù)墻上支撐位置進行找平，找出連續(xù)墻的主筋位置，再采用焊接的方式對處理后的鋼牛腿與主筋進行焊接，最后再對鋼支撐進行吊裝，并借助千斤頂進行軸力預加處理。

（3）斜撐安裝作業(yè)。對端頭井拐角處進行斜撐作業(yè)。由于斜撐和圍護結構有一定的夾角，不能直接支撐安裝和應力施加。所以斜撐的安裝需借助螺栓將斜撐和預埋鋼板進行焊接，再施加預應力。按支撐角度計算斜撐軸力，以保證預應力數值滿足要求。

（4）留置鋼的支撐安裝。以工程設計圖紙為基礎，對于車站回筑階段需要選擇留置鋼支撐結構。選擇厚度為4 mm的鋼套筒作為留置鋼支撐端部，將鋼端與鋼套筒進行焊接，并且在套筒外設置止水法蘭，如圖1所示。

3.3 施加預應力

鋼支撐吊裝至指定區(qū)域時，吊鉤保持不動，先將活絡頭子拉出穩(wěn)定住鋼墊箱，然后將液壓千斤頂放入活絡頭子頂壓部位，預應力到一定數值時，對活絡頭子進行焊接，確保其牢固，再松開千斤頂，解開鋼絲繩。當千斤頂預加應力不斷增加時，做好數據記錄。使用前檢查油泵裝置以保證正常工作，同時還需要檢查軸力計是否“歸零”，確保數據的準確性。預應力施加時，安裝設計要求逐步增加。

3.4 預應力復加

在進行開挖工作并連續(xù)施加下道預應力時，上道支撐結構的應力會相對減少。為了滿足設計要求，鋼支撐結構需要安裝復加預應力裝置，并采取以下措施：

（1）下道支撐架設完成后，根據設計要求對各道支撐進行復加預應力裝置的安裝。這確保了支撐結構能夠承受持續(xù)的預應力施加，并提供了足夠的支撐能力。

（2）在施加首次復加預應力12 h內，對預應力的損失和墻體水平位移進行觀測。逐步增加復加預應力直至達到設計數值，以確保支撐結構的穩(wěn)定性和可靠性。

（3）因晝夜溫度變化引起的預應力損失，需要在當日的低溫時段進行預應力的復加。通過適時的復加預應力，確保支撐結構能夠達到設計要求的預應力數值。

（4）當墻體水平位移速率超過限制時，可以增加支撐軸力來控制墻體的變形。復加后的支撐軸力和擋墻彎矩必須符合設計要求，以保證結構的穩(wěn)定性和安全性。

綜上所述，針對下道預應力施加時上道支撐的情況，通過安裝復加預應力裝置和觀測預應力損失和墻體位移，以及適時進行預應力的復加，可以確保支撐結構的穩(wěn)定性符合設計要求。此外，通過增加支撐軸力來控制墻體變形，進一步保證了結構的安全性和可靠性。

3.5 支撐拆除

采用50 t履帶吊拆除鋼支撐結構。首先在50 t履帶吊的輔助下起吊鋼支撐，再使用切割機切除與其連接的區(qū)域，最后再從基坑中起吊。單根支撐拆除時，需要拆除對撐，釋放應力。按照先兩邊再中間的方式逐根對支撐結構進行拆除。

3.6 支撐體系安裝允許偏差

在支撐體系的安裝過程中，必須注意允許一定的偏差，但需要合理控制這些偏差，確保其在設計允許范圍內，是保證支撐結構安全可靠的重要措施。表1為鋼支撐軸線豎向偏差表。

3.7 鋼支撐安裝和拆除技術

當結構強度滿足設計要求后再進行支撐拆除工作。支撐拆除后由于支護結構的受力有較大的改變，支撐拆除過程中需保證支護結構的受力變化趨于穩(wěn)定。拆除遵循以下原則：

（1）支撐安裝采用分段分區(qū)的方式進行；支護拆除選擇分段和分區(qū)拆除。

（2）按照從中心向兩邊的順序分段對支撐進行拆除。

（3）以支撐鋼連桿和牛腿作為分段點的方式拆除支撐，拆除時需要借助吊機。先分級釋放軸力并下落支撐，拆除之后再將其運出施工現(xiàn)場。

（4）在中板下方進行拆除操作。借助預埋吊鉤將支撐進行緊吊，釋放預應力。支撐拆除后需借助預留孔洞將支撐運出施工現(xiàn)場。

3.8 混凝土支撐的拆除措施

由于受到施工現(xiàn)場情況和結構的影響，當拆除第一道鋼筋混凝土支撐后，需通過人工鑿除的方式來對其他部分進行拆除。

按照分段進行鑿開作業(yè)，按照起重機的起重能力分段起吊。鋼筋保護層鑿開之后，切斷縱向鋼筋，再將切割斷的鋼筋混凝土塊吊至地面。

（1）在結構頂板混凝土的強度滿足要求的情況下，再拆除第一道鋼筋混凝土支撐結構。

（2）拆除順序。做好拆除準備工作→吊車起吊混凝土支撐→按照分段方式來對支撐進行鑿除→吊裝出基坑。

（3）支撐拆除之后及時對頂板進行清洗，并做好頂板防水工作。

4 結語

該研究對地鐵明挖車站工程中的深基坑開挖及支護施工技術進行了深入探討和分析。研究結果表明，在基坑開挖方面，主體基坑開挖原則和順序的合理性以及不同的開挖方法在實踐中的適用性得到驗證。針對支護施工，鋼筋混凝土支撐施工工藝和鋼支撐安裝工藝在提供結構穩(wěn)定性方面具有重要作用。預應力施加和拆除技術在支撐體系的強度和穩(wěn)定性方面發(fā)揮著關鍵作用。該研究的結果具有實用價值，可為地鐵明挖車站工程的設計和施工提供參考和指導。該文研究未涉及基坑開挖過程中的土體變形與應力分布等問題，未來的研究可對上述問題進一步完善和深化，以便進一步提升地鐵明挖車站工程的施工質量和效率。

參考文獻

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