地鐵車站深基坑開挖及支護施工質量控制

摘" 要：因城市建筑密集、道路和地下管線交錯等特殊環(huán)境影響，地鐵建設施工過程中，地鐵車站深基坑開挖和支護一直是一個難點，在開挖過程中總是存在各種各樣的問題，這給地鐵建設留下很多的安全隱患。該文以天津地鐵某站為施工案例，對深基坑開挖及支護施工質量控制等施工流程、控制要點進行探討分析。旨在為類似工程施工提供參考。

關鍵詞：地鐵車站；深基坑；開挖；支護；施工質量

中圖分類號：U45" " " " "文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2023）31-0164-04

Abstract： Due to the special environmental influence of dense urban buildings， roads and underground pipelines， the excavation and support of deep foundation pit of subway station has always been a difficulty in the process of subway construction， and there are always a variety of problems in the process of excavation. This has left a lot of hidden dangers to subway construction. Taking a subway station in Tianjin as a construction case， this paper discusses and analyzes the construction process and control points of deep foundation pit excavation and support construction quality control. The purpose is to provide reference for the construction of similar projects.

Keywords： subway station; deep foundation pit; excavation; support; construction quality

隨著我國國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國城市發(fā)展也逐漸步入?yún)^(qū)域集群化模式，城市交通作為城市發(fā)展基礎設施的重要組成，交通規(guī)模和交通設施不斷完善進步。地鐵除了能避免城市擁擠和充分利用城市空間，還具有運輸量大、效率高、速度快等優(yōu)點，已經(jīng)成為大中城市的重要交通工具。為便于地鐵基礎和隧道施工，一般地鐵車站采用基坑施工，而在建筑密集、道路和地下管線縱橫交錯的城市，以及基礎埋深較深、水文地質條件較復雜等特殊條件下進行施工，除此之外，為了消除因城市建設對地鐵選址、基坑施工設計的影響，必須對開挖方式及支護條件進行調整，如何選擇開挖方式，如何選擇更為科學合理的支護方法，在特殊條件下保證基坑開挖和施工質量，已成為深基坑支護工程的熱點議題[1-3]。

1" 工程概況

天津地鐵線路某站沿誼黃道東西方向敷設，與既有地鐵線路“T”型換乘，為地下3層島式站臺車站。站臺寬度14 m，車站總長219.1 m（6號線范圍內(nèi)58.1 m），標準段寬度為24.1 m（墻趾寬度0.8 m）。車站共設2個地下二層風道、4個出入口（其中C號出入口為預留出入口）、1個緊急疏散口。車站站臺中心軌面標高為-21.284 m。車站線路平面為直線，縱向沿線路方向由小里程端向大里程端2‰上坡。車站站臺中心處頂板覆土約2.7 m。

場地表層分布有人工填土，以雜填土及素填土為主，分布不均勻。雜填土含磚塊、灰渣、碎石和建筑垃圾等，素填土多以黏性土為主，密實程度差且不均一，易造成不均勻沉降，工程性質差，厚層填土對基坑開挖及支護有較大影響。本場地⑥1、⑥2、⑥4層為軟弱土層，具有高含水量、高靈敏度、高壓縮性和低強度等特點，極易發(fā)生蠕動和擾動，工程性質差。土壤最大凍結深度0.70 m；標準凍結深度0.60 m。地下障礙物主要包括建筑物基礎、各種地下管線，這些地下障礙物埋藏深度及范圍對工程影響較大。本場地表層地下水類型主要為第四系孔隙潛水，賦存于Ⅱ陸相層及以下的粉土、砂層的地下水具承壓性，為微承壓水。

2" 工程調整內(nèi)容

受工期影響，本文對工程施工方案進行了調整，具體內(nèi)容如下。

2.1" 基坑尺寸變化

二期基坑場地發(fā)生變更，取消二期基坑內(nèi)盾構井，基坑北側盾構井擴大段15.7 m，長度范圍收窄為標準寬度，基坑深度取消盾構下沉段。16軸—19軸之間有4幅地連墻位置發(fā)生變化，與既有線圍護結構連接處不變。

2.2" 支撐體系變化

調整第四道在支撐標高避開負二層板，調整后豎向為6道支撐+1道換撐，其中第一、四道支撐為砼支撐，第二、三、五、六道支撐及換撐為鋼支撐（800 mm，t=20 mm），豎向增設一道剪刀撐，見表1。

2.3" 降水井位置變化

圍護結構調整后，取消二期基坑下沉段，但考慮到靠近換乘節(jié)點處仍有局部深坑，且位于基坑邊緣位置，為保證降水效果，坑內(nèi)疏干井深度及數(shù)量不進行調整，僅根據(jù)最新圍護圖紙對坑內(nèi)降水井及坑外觀測井的位置進行相應調整。開挖前加強試降水工作，止水帷幕完整后再進行開挖。

3" 二基坑開挖施工

施作地下連續(xù)墻、臨時格構柱及立柱樁，待第一道支撐完成并達到設計強度后進行坑內(nèi)降水。施工混凝土冠梁、擋墻及第一道支撐，基坑內(nèi)試降水，（施作冠梁時，植筋與既有地鐵線路圍護結構地連墻植筋連接）；基坑開挖時，根據(jù)地質、環(huán)境條件等確定安全的土體放坡坡度。分段、分層、對稱進行開挖。二期基坑從大里程向小里程分2段，第一段長22.35 m，第二段長34 m。為有效控制基坑隆起及變形，基坑開挖過程中，應遵循“早開挖早封閉、由遠及近（地鐵側）”的原則?？偵疃?6.81 m，每段共分10層進行放坡開挖，具體見表2和如圖1所示。

具體施工工序為：①第一段開挖第一層，破除既有線圍護結構、側墻；開挖第二層，破除既有線圍護結構，第二段開挖第一層，破除一二期中間分隔墻。②第一段開挖第三層，破除既有線圍護結構、側墻，架設第二道鋼支撐；第二段開挖第二層，破除一二期中間分隔墻。③第一段開挖第四層，破除既有線圍護結構、側墻；第二段開挖第三層，破除一二期中間分隔墻，架設第二道鋼支撐。④第一段開挖第五層，破除既有線圍護結構、側墻，架設第三道鋼支撐；第二段開挖第四層，破除一二期中間分隔墻。⑤第一段開挖第六層，破除既有線圍護結構、側墻；第二段開挖第五層，破除一二期中間分隔墻，架設第三道鋼支撐。⑥第一段開挖第七層破除既有線圍護結構、側墻，架設第四道砼支撐；第二段開挖第六層，破除一二期中間分隔墻。⑦第一段開挖第八層，破除既有線圍護結構、側墻，架設第五道鋼支撐；第二段開挖第七層，破除一二期中間分隔墻，架設第四道砼支撐。⑧第一段開挖第九層，破除既有線圍護結構、側墻，架設第六道鋼支撐；第二段開挖第八層，破除一二期中間分隔墻，架設第五道鋼支撐。⑨第一段開挖第十層，破除既有線圍護結構、側墻，人工找平，施作墊層；第二段開挖第九層，破除一二期中間分隔墻，架設第六道鋼支撐。⑩第二段開挖第十層，破除一二期中間分隔墻，人工找平，施作墊層。

4" 墻體鑿除

4.1" 既有線路結構及一二期分隔墻拆除

拆除施工包括：既有線路站地連墻、側墻、運營區(qū)隔墻和一期分隔墻拆除?？紤]施工階段對既有結構的擾動及環(huán)境影響因素，既有線路地連墻、側墻選擇在一期基坑開挖過程中進行拆除；臨時隔墻措施選擇在土建或裝修竣工移交前進行拆除，以防止施工過程中對既有線車站內(nèi)部造成污染。既有線路站接口處地連墻、側墻、一二期分隔墻在基坑開挖過程中，整體采取靜力切割方式進行。同時，考慮施工過程中切割噪音、振動及揚塵等方面因素，擬采用繩鋸切割方式進行施工，土方開挖過程中同步進行分層分塊切割、破除。即圍護結構兩側土方每下挖一層，及時破除一、二期分隔墻、既有線路站圍護結構地連墻、側墻，架設支撐，依次循環(huán)至底板墊層以下。破除完成后，做好新舊界面的接地網(wǎng)、防水層對接工作，然后鑿除既有線路站預留底板橫截面的鋼筋接駁器，表面鑿毛露出骨料，涂抹界面劑，必要時預留注漿管。待防水、鋼筋及模板驗收合格后，澆筑底板混凝土；待底板強度滿足要求后搭設盤扣式滿堂支架，然后依次完成側墻、拆撐、立柱、中板和頂板等結構部位澆筑，最終完成線路接駁。

4.2" 輔助孔布設

地連墻破除前，采用水鉆在既有線路站圍護結構地連墻、側墻破除面上分層布設直徑50 mm輔助孔，每層高度不大于1.5 m，每層分6段進行切割，每層布設孔間距不大于6 m，為方便后續(xù)吊裝作業(yè)，每層首吊裝段切割呈一定角度，如圖2所示。

車站一、二期分隔墻破除面上分層布設直徑50 mm輔助孔，每層高度不大于1.5 m，每層分5段進行切割，每層布設孔間距不大于6 m，為方便后續(xù)吊裝作業(yè)，每層首吊裝段切割呈一定角度，如圖3所示。

4.3" 起重吊裝

4.3.1" 吊車及鋼絲繩選型

混凝土塊最重=（5.4+5.6）×1.5/2×1.2×2.5=24.75 t，吊索吊具按2 t計算，共計26.75 t，計算按照最不利計算這里取29 t。采用一臺180 t“三一型”汽車吊進行吊裝，經(jīng)查表180 t汽車吊臂長31.5 m，吊裝半徑18 m工況下，起吊重量為31.5 t，滿足吊裝需求。鋼絲繩選用公稱抗拉強度為1 700 N/mm2的6×37鋼絲繩，直徑選用D=47.5 mm，其破斷拉力為143 t。采用2個吊點，每個吊點14.5 t，鋼絲繩水平夾角按最小60°計算，安全系數(shù)k=143/（14.5/sin60°）=8.5gt;8倍，符合施工要求。

4.3.2" 地基承載力驗算

180 t汽車吊自重約60 t，支腿跨度8.3 m、前后間距8.9 m。汽車吊作業(yè)幅度嚴格控制在18 m以內(nèi)，計算時以實際工作幅度18 m來計算。支腿的受力情況，4個支腿分別為A、B、C、D，汽車吊的重心位置在支腿的對角線交點上，如圖4所示。

①當汽車吊在后側起吊，大臂旋轉過程中，大臂垂直于CD時，支腿CD受力最大，對CD做彎矩平衡，F(xiàn)CD×8.9=600×4.45+290×22.45=1 031.52 kN，平均分到2個支腿上為515.76 kN；②當大臂吊重回轉到某一支腿的正上方時，此支腿受較大的力，假設此時大臂回轉到支腿C的正上方，大臂與對角線AC基本重合，對其做簡易的受力分析如下（點A到對角線BC的垂直距離約為6.07 m），對A做彎矩平衡，F(xiàn)C×12.14 m+FBD×6.07 m=600 kN×6.07 m+290 kN×24.07 m，做縱向受力平衡，F(xiàn)C+FBD+FA=600+290=890 kN，出于安全考慮，設FA為0，代入彎矩平衡式為FC=859.97 kN；③當汽車吊回轉到右側，大臂垂直于BC時，支腿BC受較大的壓力，對AB做彎矩平衡，F(xiàn)BC×8.3 m=600 kN×4.15 m+290 kN×22.15 m，得FBC=1 073.92 kN，平均分到2個支腿上為536.96 kN。綜上所述，180 t汽車吊在作業(yè)過程中，單個支腿承受的最大載荷為859.97 kN。

當支腿下墊2.5 m×2.5 m剛性墊板時，汽車吊需要的地基承載力為859.97 kN/（2.5 m×2.5 m）=137.59 kPa，小于地基承載力280 kPa（現(xiàn)場實測）。汽車吊就位支腿處的實際地基承載力數(shù)據(jù)大于以上汽車吊需要的地基承載力，滿足吊車需要的地基承載力要求。

5" 結束語

地鐵車產(chǎn)深基坑開挖和支護情況比較復雜，影響因素較多，如果不加以重視和質量把控，可能會引發(fā)嚴重的施工事故，所以施工設計中就要嚴格把控施工強度和穩(wěn)定性，同時在施工過程中做好圍護結構、周邊建構筑物、坑外水位和支護強度等監(jiān)測工作。除此之外，為了防止雨水倒灌、坑外水位變化對基坑施工產(chǎn)生影響，應設置施工防水墻和其他相應的防止雨水倒灌措施。

參考文獻：

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[3] 秦文獻.地鐵車站工程深基坑開挖施工技術[J].城市住宅，2021，28（3）：237-238.