地鐵車站深基坑支護(hù)特征及施工技術(shù)

向長華

中交第三公路工程局有限公司

1 引言

北廣場車站屬于島式站臺，車站總長為169.65m，寬22.3m，總面積為17987.91m2。該車站主體為地下三層島式明挖車站，兩柱三跨三層矩形鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，圍護(hù)樁使用Φ1000@1500mm鉆孔灌注樁，樁體之間使用0.1m厚噴射混凝土，灌注樁頂部設(shè)置1×0.8m的冠梁，冠梁頂部上方設(shè)有鋼筋混凝土擋土墻。鋼支撐采取直徑為609mm、t=16mm 的鋼管，鋼圍檁則采取雙拼工45C鋼構(gòu)件。

2 施工特征

北廣場這站主體基坑深17.931m～21.836m，基坑安全等級屬于一級；小里程段臨近烏魯木齊火車站北廣場地下商業(yè)一層，且在1.2H范圍以內(nèi)存在非嵌巖樁基礎(chǔ)埋入深度小于H的建筑體，車站主體基坑距離區(qū)間豎井18.45m。

北廣場車站由南朝北地質(zhì)為：小里程地質(zhì)堅(jiān)硬，主要由泥巖構(gòu)成，機(jī)械挖掘施工難度較大；大里程地質(zhì)較為疏松，而且地下水位較高，主要由雜填土構(gòu)成，施工作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)程度高。

該車站基坑為深基坑，確保基坑開挖工作安全完成屬于此車站建設(shè)項(xiàng)目的重要任務(wù)之一。施工場地位于烏魯木齊市開發(fā)區(qū)，同時(shí)地鐵項(xiàng)目也屬于當(dāng)?shù)氐闹攸c(diǎn)工程。所以，要求其必須安全文明綠色施工，對于環(huán)境保護(hù)方面有著較高要求[1]。

3 基坑設(shè)計(jì)原則及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

（1）基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)使用分項(xiàng)系數(shù)進(jìn)行表示的極限狀態(tài)法來開展設(shè)計(jì)工作。（2）基坑側(cè)壁安全等級為一級，重要性系數(shù)為1.10，支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限為三年。（3）基坑變形控制等級為以及，需要將車還在那基坑外部地層最高沉降量限制在不超過0.15H%的水平，且圍護(hù)結(jié)構(gòu)最大水平位移不得超過0.2H%，同時(shí)還不得大于0.03m。（4）基坑附近承載重量：標(biāo)準(zhǔn)段不得大于20kPa；（5）圍護(hù)結(jié)構(gòu)在施工作業(yè)過程中承受所有的土壓力。

4 北廣場站基坑開挖及支護(hù)施工方法

4.1 基坑開挖

車站基坑采取“縱向分段、豎向分層、橫向擴(kuò)邊”的方案進(jìn)行開挖施工。在開挖前期階段利用放坡來實(shí)行土方倒運(yùn)，后期則通過長臂挖掘機(jī)聯(lián)合普通挖掘機(jī)一同開展開挖作業(yè)。該車站地質(zhì)主要為雜填土與泥巖土，且雜填土大多分布在車站北向表層，厚度最高為12m。此外，車站嚴(yán)禁采取爆破方式進(jìn)行開挖，對于泥巖層土方使用免爆機(jī)完成開挖工作[2]。

車站基坑縱向開挖施工采取分層分塊的方式開展作業(yè)，自南朝北后退式挖掘；橫向則采取盆式開挖法，每處臺階、每一層土方均嚴(yán)格遵守先中部成槽、后朝兩側(cè)擴(kuò)展的原則開展施工。

（1）土方開挖應(yīng)當(dāng)在灌注樁與冠梁都滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求之后才能開展。在基坑開挖前期使用縱向放坡的方式進(jìn)行，坑中土方倒運(yùn)處理，縱向坡度比低于1:7，屬于第一和第二階段；在開挖后期，縱向坡比超過了1:7，屬于第三～七節(jié)段。

（2）基坑縱向開挖的每一節(jié)段長度為6m，縱向坡比1:2，臺階高度不超過3m，臺階開挖工作后退式進(jìn)行，且臺階長度大于5m。

（3）基坑橫向開挖時(shí)，首先進(jìn)行中槽挖掘，槽底部寬6m，坡比為1:0.75，若為雜填土層，則坡比設(shè)為1:2。中槽挖掘結(jié)束之后再對側(cè)部土方陸續(xù)開挖，在挖掘時(shí)需盡可能地保持對稱，當(dāng)挖掘到鉆孔灌注樁周邊時(shí)，替換成人工施工的方式，防止機(jī)械施工給樁體帶來損壞。為了提升基坑附近的穩(wěn)定程度，其附近的反壓土寬度應(yīng)當(dāng)大于2m[3]。

（4）基坑開挖施工過程中，需要設(shè)下測量觀察點(diǎn)對開挖情況進(jìn)行隨時(shí)監(jiān)察。當(dāng)使用機(jī)械設(shè)備挖掘到基底深度為0.3m的部位時(shí)，改為人工方式來處理開挖、平整和清理等工作，防止出現(xiàn)基坑超挖問題，并盡可能地減輕土層擾動(dòng)。此外，疏通坑底積水，及時(shí)設(shè)置墊層，最大程度上避免基坑大面積和長時(shí)間的暴露在外。

4.2 樁間掛網(wǎng)噴射混凝土

基坑開挖施工結(jié)束之后，需按照現(xiàn)場實(shí)際狀況立即分幅、分塊開展樁間掛網(wǎng)噴射混凝土施工，從而提升樁間土方的穩(wěn)定程度。施工中使用的為10cm 厚C25 噴射混凝土，內(nèi)部設(shè)置Φ8@150×150mm鋼筋網(wǎng)。

（1）施工之前，先對鋼筋網(wǎng)與鋼筋等材料實(shí)行全面質(zhì)量檢查，確定合格之后才能將其用于施工作業(yè)中。（2）在錨筋孔中注入M7.5砂漿之后，在對其實(shí)行安裝和加固處理。（3）鋼筋網(wǎng)安裝到位之后，在外部安設(shè)直徑為16mm 的橫向加強(qiáng)筋，使用電焊或是捆扎的措施實(shí)行固定，鋼筋網(wǎng)搭接長度要超過0.3m[4]。（4）依照施工要求，掛網(wǎng)混凝土一共分為兩次完成噴射作業(yè)。首次噴射5cm，第二次需要在掛網(wǎng)之后在進(jìn)行噴射，將樁間補(bǔ)平，同樣為5cm，且需要在前一噴射層充分凝結(jié)之后再進(jìn)行第二次噴射，如果是在終凝之后或是相隔1h后再噴射，則應(yīng)將噴射目標(biāo)面使用清水清理干凈。噴射之時(shí)，噴嘴相距噴射目標(biāo)面60cm～100cm，與噴射目標(biāo)面保持垂直并重復(fù)緩慢的做螺旋狀運(yùn)動(dòng)，螺旋操作直徑大約在0.2m～0.3m左右，從而確保混凝土噴射足夠密實(shí)。

4.3 基坑鋼支撐施工

4.3.1 支 撐設(shè)計(jì)要求

車站基坑采取內(nèi)部設(shè)置鋼支撐的方式作為支護(hù)結(jié)構(gòu)?；又ёo(hù)標(biāo)準(zhǔn)段一共設(shè)有三條鋼支撐，其中第一條支撐水平間隔距離為6m，第二和第三條支撐水平間隔距離為3m。

支撐安裝誤差需要滿足下述要求：水平軸線誤差不超過3cm；中心標(biāo)高與同一層支撐的頂部高度差要在3cm 范圍內(nèi)；兩側(cè)標(biāo)高誤差不超過2cm 和支撐長度的；撓曲度不超過支撐長度

4.3.2 基坑鋼支撐安裝施工方法

4.3.2.1 預(yù)埋件及托架安裝

為確保鋼支撐和鋼圍檁安裝工作的順利進(jìn)行，在安全之前需對相關(guān)配件和托架工具實(shí)行全面的檢查。

鋼圍檁托架：使用M20膨脹螺栓焊接角鋼制成三角托架，托架之間的相隔水平距離為3m。并且，為確保鋼圍檁足夠穩(wěn)定牢固，還要使用00型花籃螺絲1.3螺旋扣號碼基于圍護(hù)樁，20膨脹螺栓同鋼圍檁實(shí)行掛鉤連接，吊環(huán)使用直徑為16mm的鋼筋和鋼圍檁焊接制成。

因?yàn)榛又ёo(hù)第一條鋼支撐主要作用于冠梁側(cè)部，所以在冠梁施工作業(yè)的時(shí)候，需要在冠梁側(cè)部預(yù)先埋設(shè)支撐鋼板[5]。

鋼支撐安裝施工之前，需要在鋼圍檁中安設(shè)長0.1m、厚0.012m的鋼板并聯(lián)合4條L75×8角鋼形成托架，以使得鋼支撐的安裝作業(yè)順利開展。

4.3.2.2 鋼圍檁加工及安裝

鋼圍檁使用兩道工45C 實(shí)行雙拼，而且要在其上下分別焊上2cm和1.2cm的鋼板。焊接采取滿焊工藝，焊縫間隙為1cm

鋼圍檁內(nèi)向安設(shè)抗剪凳，抗剪凳使用0.5m×0.65m×0.02m、024m×0.65m×0.02m的鋼板焊接制成，和鋼圍檁使用全熔透焊的方式加以結(jié)合。抗剪凳需要和圍護(hù)樁緊密貼合，縱向間距需控制在1.5km。

鋼圍檁使用履帶式起重機(jī)進(jìn)行安裝，在充分保障樁體不受損的基礎(chǔ)上使用C30細(xì)石混凝土填入鋼圍檁和圍護(hù)樁的間隙中，確保二者之間緊密連接，并且還能保障鋼圍檁具有連續(xù)性。鋼圍檁連接最好設(shè)于樁位點(diǎn)周邊，同時(shí)不得超出樁間距的三分之一。

4.3.2.3 鋼支撐安裝

(1）進(jìn)行鋼管支撐的吊裝施工之前，需要先按照相應(yīng)規(guī)范將支撐零配件與施工設(shè)備等配備齊全，同時(shí)還要對托架的完整性加以查驗(yàn)。

（2）架設(shè)支撐之前要按照車站斷面寬度預(yù)先進(jìn)行拼裝施工，再進(jìn)行檢驗(yàn)，確定其不存在焊縫、開裂等質(zhì)量問題。拼裝好的鋼支撐軸線偏差與撓曲變形需要控制在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)。

（3）鋼支撐吊裝時(shí)，吊繩吊點(diǎn)設(shè)于鋼支撐斷點(diǎn)五分之一的位置處，使用鋼絲吊繩把鋼管綁牢，再使用卡環(huán)鎖緊[6]。

（4）需要進(jìn)行分節(jié)吊放處理的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)現(xiàn)在地面進(jìn)行試拼，確認(rèn)無誤之后再按照試拼步驟以此吊放和拼裝，防止由于吊放順序錯(cuò)誤而使得鋼支撐無法順利拼接。

（5）為確保鋼支撐安裝的作業(yè)安全性，需要分別對鋼圍檁頂部以上1m和1.5m位置的圍護(hù)樁中設(shè)置M20膨脹螺栓（水平間距同托架相同），樁中錨固長度必須要大于0.16m，同時(shí)要在膨脹螺栓中安設(shè)L75×8 角鋼作為鋼絲繩安裝孔（在角鋼上設(shè)有1.2cm的孔洞）。鋼圍檁頂部上方1m 位置處的角鋼安裝孔使用1.1cm 的鋼繩同鋼支撐做固定處理，以此構(gòu)成懸吊保護(hù)，避免安鋼支撐掉落；1.5m位置處的安裝孔則使用0.63cm的鋼繩進(jìn)行固定，以方便作業(yè)人員掛接安全帶，提升作業(yè)安全性。

4.3.2.4 施加預(yù)應(yīng)力

（1）鋼支撐固定端充分固定之后，使用2 臺100 噸液壓千斤頂于活動(dòng)端支撐兩側(cè)緩慢增加預(yù)應(yīng)力，在此期間兩臺千斤頂需要保持對稱。當(dāng)預(yù)應(yīng)力大小等同于設(shè)計(jì)預(yù)加軸力之時(shí)，使用鋼楔鎖牢支撐。（2）當(dāng)下道支撐預(yù)應(yīng)力的逐漸增加，上道支撐承受的應(yīng)力可能會(huì)隨之降低，因此需要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)規(guī)定，在鋼支撐上安設(shè)具有復(fù)加預(yù)應(yīng)力作用的設(shè)備，在墻體水平位移超出界限值時(shí)，可以適當(dāng)提高預(yù)應(yīng)力從而防止變形。（3）支撐應(yīng)力復(fù)加需要以監(jiān)測數(shù)據(jù)檢查作為主要基準(zhǔn)，并結(jié)合參考人工檢查結(jié)果。監(jiān)測數(shù)據(jù)查驗(yàn)的主要目的在于準(zhǔn)確把控好支撐每個(gè)單位控制范圍以內(nèi)的支撐軸力。監(jiān)測部門需要依照相應(yīng)規(guī)范與設(shè)計(jì)要求，以支撐道數(shù)分層設(shè)置軸力器充當(dāng)監(jiān)控點(diǎn)，每日向支撐單位提交以已有施加預(yù)應(yīng)力的支撐上的一道支撐和經(jīng)歷了較長一段時(shí)間暴露的支撐為重點(diǎn)的、以大開挖動(dòng)土作為初始值所監(jiān)測的數(shù)據(jù)，促使支撐單位能夠?qū)崟r(shí)按照監(jiān)測數(shù)值增加預(yù)應(yīng)力。在人工檢查方面，其目的主要在于把控好支撐每個(gè)單位控制范圍以內(nèi)不夠牢固的單根支撐軸力，使用榔頭撞擊不具有控制點(diǎn)的支撐活絡(luò)頭塞鐵，觀察其牢固情況來確定是否復(fù)加預(yù)應(yīng)力，而且復(fù)加部位主要是對于已有施加預(yù)應(yīng)力的支撐上的一道支撐與經(jīng)歷了較長一段時(shí)間暴露的支撐。

4.3.2.5 鋼支撐拆除施工

當(dāng)相應(yīng)結(jié)構(gòu)的混凝土強(qiáng)度不低于設(shè)計(jì)強(qiáng)度時(shí)，便可將支撐拆除。在進(jìn)行拆除施工時(shí)，要先使用履帶式起重器連接鋼支撐兩側(cè)，同時(shí)在鋼管端部千斤頂座上安設(shè)千斤頂，使用千斤頂逐漸為管撐卸下荷載，當(dāng)充分卸荷以后，將鋼支撐端部和冠梁/鋼圍檁中間的鋼斜楔移除；其后，對千斤頂減壓，并且要在完全減壓之后再將千斤頂挪走；再使用起重機(jī)吊上管撐，將其帶離施工現(xiàn)場。

5 結(jié)束語

由于城市中不論是地上還是地下環(huán)境均十分復(fù)雜，對于地鐵車站工程的施工作業(yè)而言具有較多的不利要素，這也使得車站深基坑支護(hù)施工難度大大提升，需要使用適宜的支護(hù)技術(shù)對基坑實(shí)行加固處理，從而加強(qiáng)深基坑的穩(wěn)固性，并減少給附近環(huán)境帶來的不良影響。