地鐵明挖車站超深基坑開挖支護施工工藝

徐懷利

（中鐵十六局集團地鐵工程有限公司，北京 100000）

0 引言

基坑是指為工程需要通過挖掘形成的地下空間，深度為5 m或更大的基坑通常稱為深基坑。隨著城市的快速發(fā)展，對高層建筑，大型橋梁和地下工程的需求增加，并且隨著開挖深度的增加和施工環(huán)境的惡化，超過5 m的深基坑也越來越多，深基坑工程的設(shè)計和施工要求也越來越高。

1 基坑開挖施工方法的選擇思路

隨著經(jīng)濟的飛速發(fā)展，各地都將加快交通的改善與優(yōu)化，地鐵軌道項目應(yīng)運而生。一些超大型、超深基坑項目正在不斷涌現(xiàn)。以青島市江蘇路車站建設(shè)主體項目為案例，基坑施工采用明挖法，在提高開挖效率的同時，也保障了工期的進度。該方法的應(yīng)用對拓展深基坑開挖方法具有重要意義[1]。

1）綜合考慮基坑尺寸、支護形式、開挖深度等基礎(chǔ)條件，遵循分段、分塊、對稱、均勻的基本原則，經(jīng)過分析后確定具有可行性的開挖施工工藝流程及在各階段涉及到的具體作業(yè)參數(shù)，作為施工的基本指導(dǎo)，例如總體開挖層數(shù)、各層的深度、基坑擋墻開挖后的允許暴露時間（盡可能在開挖后隨即采取支撐措施，以免因暴露時間過長而影響結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性）。并基于現(xiàn)場施工條件制定動態(tài)管理機制，加大對現(xiàn)場施工條件的監(jiān)測力度，及時采集數(shù)據(jù)并予以反饋，據(jù)此判斷施工情況，利用數(shù)據(jù)指導(dǎo)后續(xù)的工作，針對不足之處做出調(diào)整，在循序漸進的模式下，順利完成開挖作業(yè)。

2）以前期確定的開挖施工流程及具體參數(shù)為依據(jù)，由具有資質(zhì)的施工人員按照該要求開展工作，期間全方位關(guān)注施工中的各類影響因素，考慮時空效應(yīng)，在采取行之有效的控制措施后，營造安全的施工環(huán)境，在此前提下高效開挖。若基坑面積較大、周邊環(huán)境復(fù)雜時，較合適的是分層盆式開挖的方法，在其技術(shù)思路下，將整個開挖范圍劃分為多層，首先開挖中間部位并隨即設(shè)置支撐裝置，提高穩(wěn)定性，在開挖和支撐循環(huán)交替的方式下，最終順利完成整體的開挖，同時構(gòu)成結(jié)構(gòu)完整、受力穩(wěn)定可靠的支撐體系。分步開挖時，兼顧施工時間、支撐形式等基礎(chǔ)要素，確定具有可行性的控制值，予以有效的控制。而在各類形式的基坑施工中，為最大限度減小土的流變變形量，條件允許時應(yīng)優(yōu)先考慮井點降水的方法，優(yōu)化土性，增強土體的穩(wěn)定性。

2 工程概況

地鐵江蘇路車站建設(shè)項目里程樁號為K35+221.200～K35+426.800，總外包長度為205.6 m，平臺寬度為13 m。該站地形起伏較大，東低西高，地上高差約20 m，采用明挖與暗挖兩種相結(jié)合的方法展開施工。其中，明挖部分基坑長112.6 m，深度約22 m，采用兩層三跨框架結(jié)構(gòu)體系，江蘇路明挖段施工總平面圖見圖1。

圖1 江蘇路明挖段施工總平面圖（mm）

該站的地層主要是第四紀全新統(tǒng)人工填土層（Q4ml）和上更新統(tǒng)沖洪積層（Q3al+pl）。基巖主要由燕山期侵入性花崗巖（γ53），石英二長巖（ηO53）和局部侵入性細?；◢弾r（γx53）花崗巖斑駁的（γπ53），受次生構(gòu)造影響，部分鉆孔中揭露有相應(yīng)巖性的構(gòu)造巖。且地下水類型主要為第四系孔隙潛水和基巖裂隙水。

此外，該站位于市區(qū)，露天基坑南側(cè)、西側(cè)均為風(fēng)貌保護建筑物，開挖時距蘇州路29號9棟、12棟樓僅0.5 m～1.7 m。北側(cè)緊鄰城市快速路，距快速路橋擴大基礎(chǔ)位置只有4.4 m～7.7 m的距離。周圍的地下管線復(fù)雜，房屋年成久，快速路對城市交通重要性，均對沉降和振動十分敏感，因此控制開挖爆破振動和基坑穩(wěn)定性是深基坑施工中的重點。

3 基坑施工技術(shù)解析

3.1 方案部署

此基坑開挖中，北部1區(qū)和南部1區(qū)（K35+314.2～K35+324）的頂部采用Φ800 mm@1 500 mm孔樁+混凝土材質(zhì)撐桿+錨索+Φ800 mm@600 mm旋噴樁止水帷幕，并在底部利用Φ800 mm鋼管樁+錨索的方式做旋噴樁止水帷幕；北2區(qū)、北3區(qū)（K35+324～K35+426.8）上部采用Φ800 mm@1 500 mm孔樁+錨索+樁外Φ800 mm@600 mm旋噴樁止水帷幕，下部采用Φ127 mm@1 500 mm鋼管樁；南2、南4、南5段（K35+324～K35+371.8，K35+386.8～K35+426.8）上部采用放坡開挖+錨索，下部采用Φ127 mm@1 000 mm鋼管樁+錨索的支護形式；南3段、東端頭采用Φ299 mm鋼管樁+錨索的支護形式。

3.2 施工工序

車站基坑主體施工（開挖平面圖見圖2）采用明挖法，首先在平整場地后，施作圍護樁、旋噴樁，然后分層開挖，隨后架設(shè)錨桿（索）予以支護，并在開挖至坡底時，施作底部鋼管樁予以基坑的穩(wěn)固與支撐，從而展開后續(xù)的開挖作業(yè)，具體施工步驟見圖3。

圖2 車站主體基坑開挖平面圖

圖3 基坑開挖施工流程圖

1）圍墻、排水溝、開挖樁、噴射灌漿樁、樁頂冠梁/擋土墻的施工，基巖和土體的分層開挖，預(yù)應(yīng)力錨桿的開挖、架設(shè)、支撐，每個錨桿開挖至500 mm以下的位置。

2）分層開挖巖土體至上部放坡開挖坡底，打設(shè)鋼管樁，施作吊腳樁側(cè)鋼筋混凝土鎖腳腰梁，待強度滿足要求后進行下步開挖。

3.3.1 分層分段及土方開挖

本項目基坑開挖按“分層、分步、對稱、平衡、限時”5個要點，遵循“豎向分層、縱向分段、快速開挖、及時支護、中部拉槽、嚴禁超挖”的施工原則進行，按照從上往下進行?？紤]到混凝土支撐體的平面位置和建設(shè)機械的性能，基坑掘進每隔20 m～30 m便由混凝土支撐面劃分，每層的掘進深度約為5.5 m，共掘進6層。

為確?；泳蜻M的安全性，在基坑底部標(biāo)高挖掘基坑時，基坑的層狀掘進的暫時傾斜度為1∶1.5～1∶2.0，每個基坑應(yīng)留約3 m寬的平臺?；拥恼w縱向坡度控制在1∶3以內(nèi)?；釉谕诰虻倪^程中需反復(fù)核準設(shè)計標(biāo)高，杜絕超挖，挖至設(shè)計標(biāo)高后及時檢驗基底暴露面是否符合設(shè)計及有關(guān)規(guī)范、規(guī)定的要求，然后平整基坑，疏干坑內(nèi)積水，及時注入澆注墊層并關(guān)閉基坑。接著在挖掘的時候，從中央向兩側(cè)挖掘，在挖掘的過程中形成護壁。

1）第1層開挖：開挖基坑到第1道支護體系，進行混凝土冠梁+錨（桿）索/混凝土支撐建設(shè)。采用2臺液壓反鏟挖掘機用于石碴挖掘。其中，基坑附近的1臺液壓反鏟挖掘機直接裝碴，基坑內(nèi)的1臺液壓反鏟挖掘機協(xié)助翻碴。

2）第2層開挖：從基坑挖掘到第2道支護體系，進行混凝土冠梁+錨（桿）索建設(shè)。在支護體系建立完成后，繼續(xù)挖掘。允許縱向挖掘，各區(qū)間的長度在6 m～12 m。

3）第3層～6層開挖：開挖至每道支護體系時及時進行基坑的支護，隨挖隨支護。嚴格禁止超挖，掘進工程結(jié)束后要實施接地、肥槽回灌工程。

3.3.2 石方爆破

在該項目挖掘方面，采用了炮孔＜50 mm、炮孔深＜4 m的爆破方法和非電氣起爆網(wǎng)絡(luò)。爆破輪廓的設(shè)計使用了預(yù)裂爆破和精細微差爆破技術(shù)。手風(fēng)鉆鉆孔，爆破后采用反鏟挖掘機挖裝，汽車吊垂直出渣。石渣采用自卸車進行運輸，運至指定地點進行棄渣。并嚴格按照設(shè)計層要求進行，爆破距離控制在2.5 m～35 m范圍內(nèi)，相關(guān)作業(yè)按照安全爆破規(guī)則的要求進行，控制爆破振動速度。具體的爆破參數(shù)值如下。

1）分界線以南部分爆破參數(shù)設(shè)計：①炮孔直徑42 mm；②布孔形式采用梅花形布孔來垂直鉆孔；③臺階高度1.5 m；④最小抵抗線0.6m；⑤孔距0.8 m；⑥排距0.7 m；⑦超深0.2 m；⑧孔深1.7 m；⑨炸藥單耗0.3 kg/m3（具體取值應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場試爆確定）；⑩單孔裝藥量0.324 kg。

2）分界線以北部分爆破參數(shù)設(shè)計：①孔徑42 mm；②布孔形式采用梅花形布孔來垂直鉆孔；③臺階高度0.8 m（每次進尺）；④最小抵抗線0.48 m；⑤孔距0.6 m；⑥排距0.5 m；⑦超深0.2 m；⑧孔深1 m；⑨炸藥單耗0.3 kg/m3（具體取值按現(xiàn)場試爆確定）；⑩單孔裝藥量0.07 kg。

3.3.3 冠梁施工

隨著基坑的挖掘，采用腰梁作為錨纜的張力支撐，與錨纜桿一起有效地形成了應(yīng)力系統(tǒng)[1]。

1）土工挖掘和錨纜工程。根據(jù)所設(shè)計的錨纜位置和標(biāo)高，進行現(xiàn)場測量和設(shè)定。根據(jù)補償位置，在錨纜孔下達到500 mm時，進行土基挖掘和網(wǎng)灌漿支持，在灌漿后進行錨纜建設(shè)。

2）綁扎鋼筋及預(yù)埋件安裝。清掃完基面后，測量懸吊式梁的邊線和仰角控制點，根據(jù)定位控制線將鋼絲繩擰緊。鋼材在工廠進行處理，轉(zhuǎn)運到建設(shè)現(xiàn)場進行安裝，鋼材經(jīng)過加工，嚴格按照設(shè)計和規(guī)范進行安裝。主筋采用搭接焊連接牢固，主筋與箍筋交叉節(jié)點全部綁扎牢固。為保證冠梁保護層厚度，鋼筋安裝時，采用混凝土墊塊綁扎在冠梁主筋的外側(cè)及主筋與側(cè)筋交叉處，墊塊按50 mm×50 mm梅花型布置。接著是預(yù)埋件的安裝，首先要將鋼材、螺栓等構(gòu)件按照規(guī)定所需的數(shù)量、規(guī)格、位置進行設(shè)置，隨后采用相應(yīng)的固定措施將構(gòu)件固定在鋼筋骨架上，以確保其位置的穩(wěn)固。

3）模板施工。腰梁模板采用15 mm木模板，模板尺寸為2.44 m×1.22 m，采用50 mm×100 mm木方作為背楞，水平方向的間隔為500 mm，采用有效斜撐緊固。

4）混凝土澆注及養(yǎng)護。冠梁混凝土采用C30商品混凝土，一次澆筑成型，并用插入式振動棒振搗密實。混凝土冠梁面用鐵抹抹平壓光。并在澆注完畢初凝后，對混凝土進行有效養(yǎng)護。

5）鋼腰梁施工?；幽蟼?cè)部分腰梁采用Q235鋼腰梁，鋼腰梁縱向采用可靠焊接以保證連續(xù)，拐角處尤為注意，焊接接頭位置應(yīng)位于兩鋼支撐間1/3跨度處，焊條采用E43，所有焊縫滿焊，且焊縫均為10 mm。

3.3.4 基坑降排水

基坑開挖中，對于降排水的工作也是一個重點，為此施工人員特在基坑的上方設(shè)置口徑井，并同步安裝管壁及護壁作為防護結(jié)構(gòu)[2]。同時，在基坑外沿周邊設(shè)置擋水坎、排水溝，防止外部地表水流入基坑，并增加鉆孔樁+高壓旋噴樁作為止水帷幕，且排水管道間的設(shè)置距離在10 m左右最佳，便于解決坑內(nèi)出現(xiàn)的涌水及涌砂等現(xiàn)象。

3.3.5 鋼筋混凝土支撐施工

本工程采用的是明挖圍護結(jié)構(gòu)支撐體系，采用豎向5道混凝土支撐，支撐第1道采用截面800 mm×1 200 mm混凝土支撐，第2，3，4，5道支撐采用截面800 mm×1 000 mm混凝土支撐。具體的支撐結(jié)構(gòu)是通過掘進的增加，即對混凝土支撐體底部進行掘進，在混凝土支撐灌注工程結(jié)束后，達到設(shè)計強度后，通過下一個基坑掘進來增加。支撐澆筑采用泵送混凝土直接入倉。

3.3.6 監(jiān)控測量

為了解圍護結(jié)構(gòu)的受力、變形及掌握基坑邊的地基下沉和基坑結(jié)構(gòu)對周邊環(huán)境的影響，需要在基坑周邊配置相應(yīng)的點。通過建設(shè)中的維護結(jié)構(gòu)和周邊環(huán)境獲得的綜合信息進行日常施工管理，評價設(shè)計和施工計劃的合理性，為優(yōu)化、合理化提供可靠的信息，引導(dǎo)施工。

1）地面高程控制測量。地面高程控制網(wǎng)采用城市Ⅱ等水準點布設(shè)精密水準點。精度水準化網(wǎng)沿線布置在回波路徑和封閉路徑上，在基坑周圍設(shè)置了3個水準點。測量方法與根據(jù)精度水平測量的主要技術(shù)要求實施的地基上的水平測量相同。為了確認地下回填標(biāo)記的穩(wěn)定性，確保控制點的精度和可用性，根據(jù)地平線測度點反復(fù)進行水準化，對測定的高度差結(jié)果進行分析和比較。根據(jù)分析結(jié)果，在標(biāo)記沒有變化的情況下，取所有高度差的平均值作為高度差的結(jié)果并做好標(biāo)記，以便與之前的結(jié)果做對比。而地下施工高程應(yīng)采用水準測量的方法，水準點宜50 m設(shè)置1個，不低于DS3級水準儀。

2）地下控制測量。地下控制測量包括地下平面控制測量和地下高程控制測量。地下平面管理調(diào)查的出發(fā)點是通過地下勘察場從地下開挖基坑的地點直接調(diào)查[3]。導(dǎo)體必須嚴格按照二次導(dǎo)體的必要條件共同測量，并設(shè)定可視性和穩(wěn)定性良好的交叉點，所有交叉點必須定期檢查。如發(fā)現(xiàn)誤差超限，及時改正，確保高精度，施工導(dǎo)線邊數(shù)不應(yīng)超過3條，總長不應(yīng)超過180 m。

3）加強現(xiàn)場的監(jiān)控量測。施工環(huán)境復(fù)雜，潛在諸多影響因素且普遍具有持續(xù)變動的特點，因此在基坑開挖時加強對支護體系及周邊環(huán)境的監(jiān)測極具必要性，采用此方法全面掌握現(xiàn)場情況，識別異常部分，做針對性的控制，確保支護結(jié)構(gòu)體系及周邊環(huán)境的穩(wěn)定性，創(chuàng)設(shè)安全的施工環(huán)境。基坑監(jiān)控量測貫穿于基坑施工始終，應(yīng)由專員參與，完成各部分的監(jiān)測與控制工作。①支護結(jié)構(gòu)體系，包含但不限于圍護樁、支撐裝置、圍檁；②基坑周邊環(huán)境，較為關(guān)鍵的有臨近的地層、地下水、既有的房屋建筑及地下管線。在具體的監(jiān)控量測中，遵循因地制宜的原則，根據(jù)支護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性要求、已掌握的現(xiàn)場環(huán)境信息等確定必要的監(jiān)控量測項目，再明確相應(yīng)的工作方法，制定計劃，由專員有序推進。通常，基坑檢測項目的復(fù)雜度較高，樁頂水平位移、樁體變形、支撐軸力、地下水位、建筑物沉降、地面沉降、地下管線沉降等均是重點考慮對象，應(yīng)全面加強監(jiān)測，獲得多維度的監(jiān)測信息，盡可能準確地判斷基坑狀況，進而有效控制。

4 結(jié)語

綜上所述，江蘇路站地鐵明挖區(qū)間的深基坑是嚴格按照施工計劃施工的超寬幅、超大型基坑，現(xiàn)場施工情況良好。基坑開挖時的實際監(jiān)測情況、支撐構(gòu)造物和坑壁土的位移、支撐軸力低于理論值。另外，支柱和周圍建筑物的下沉滿足設(shè)計值，滿足建筑要求。因此，該地鐵區(qū)間明挖超深基坑的順利完成，說明施工過程中實施的施工方案是行之有效的，這對以后青島地區(qū)類似的基坑工程施工具有較大的參考價值。