繁華地段穿越運營地鐵車站基坑開挖施工技術(shù)★

羅桂軍 傅 炎 王 偵 李 澤

(1.中建五局土木工程有限公司，湖南 長沙 410004; 2.國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)，湖南 長沙 410072)

繁華地段穿越運營地鐵車站基坑開挖施工技術(shù)★

羅桂軍1傅 炎1王 偵2李 澤1

(1.中建五局土木工程有限公司，湖南 長沙 410004; 2.國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)，湖南 長沙 410072)

以長沙地鐵3號線火車站穿越正在運營的地鐵2號線車站工程為依托，在充分調(diào)研地質(zhì)資料和周圍環(huán)境的情況下，確定了“分區(qū)、分步、分層”的基坑開挖思路，并闡述了施工中的關(guān)鍵技術(shù)及工藝流程，提出了施工要求和安全措施，為該工程的安全、順利完工創(chuàng)造了良好的條件。

地鐵車站，基坑，開挖方案，施工技術(shù)

1 工程概況

1.1 周圍環(huán)境

長沙市軌道交通3號線在長沙火車站站由南向北下穿正在運營的地鐵2號線，火車站站處在火車站站前廣場和車站北路交接處，東臨火車站，南側(cè)為火車站售票廳，西側(cè)為賽格數(shù)碼廣場、五一大道和楚天商業(yè)廣場等，北側(cè)為郵政局，其周邊環(huán)境相當復(fù)雜，車流、人流量極大。

1.2 車站結(jié)構(gòu)

本車站為地下3層雙柱島式站臺車站，設(shè)計站臺長度118 m，站臺寬度14.8 m。地下1層為車站站廳層，地下2層為車站設(shè)備層，站臺位于地下3層。車站埋深23.61 m，頂板覆土3.3 m，站廳凈高4.5 m，設(shè)備層凈高6.11 m，站臺層凈高4.7 m。

1.3 工程地質(zhì)

根據(jù)地質(zhì)資料，地層層序自上而下依次為：①雜填土：主要有粘性土或砂土混碎石、混凝土塊等建(構(gòu))筑物垃圾等。②粉質(zhì)粘土：褐紅夾灰白色，硬塑狀態(tài)，局部呈堅硬狀態(tài)，含約15%砂。③圓礫：褐黃色，淺灰色、灰白色，飽和、呈中密狀態(tài)，局部呈密實狀態(tài)，混10%～30%粘性土及10%～20%的中粗砂。④粉質(zhì)粘土：紫紅、褐紅色，系泥質(zhì)粉砂巖或粉砂質(zhì)泥巖風化殘積而成，呈硬塑、局部堅硬狀態(tài)，遇水易軟化。⑤強風化泥質(zhì)粉砂巖：紫紅色，泥質(zhì)膠結(jié)，巖石組織結(jié)構(gòu)已大部分破壞，巖石風化節(jié)理裂隙很發(fā)育。⑥中風化泥質(zhì)粉砂巖：紫紅色，粉細粒結(jié)構(gòu)，中厚層狀構(gòu)造，泥質(zhì)膠結(jié)，巖屑成分主要為粉細砂，巖石組織結(jié)構(gòu)部分破壞，少部分礦物風化變質(zhì)，節(jié)理裂隙發(fā)育且密閉，多為鈣質(zhì)或泥質(zhì)物充填，巖體基本質(zhì)量等級為Ⅴ類，遇水易軟化。

1.4 工程特點

1)人流、車流極多，交通十分擁擠，場地狹窄。本車站位于車站中路與五一大道交匯處，屬于火車站站前廣場車站，人流、車流量大，同時火車站廣場還有公交車站和出租車站，施工過程中需要保證客流需求和施工組織需要，交通組織及疏導(dǎo)工作量大、難度大、要求高。

2)與既有2號線無縫對接，施工安全風險大。本車站為3號線與2號線的換乘站，3號線與2號線零距離對接，3號線施工對2號線將產(chǎn)生諸多影響，主要體現(xiàn)在2號線運營安全的保護、新老混凝土的搭接等，施工難度大，安全風險高。

3)交叉作業(yè)多，施工組織要求高。本工程為局部蓋挖順作法車站施工，開挖較深、作業(yè)面積較小、施工工序繁多且交叉進行，需要考慮地下通道、盾構(gòu)下穿通道、既有2號線對接、火車站廣場地下空間開發(fā)等，工序銜接緊，工期要求緊，因此對科學(xué)組織、合理安排施工提出很高要求。

4)管線多。火車站屬于老城區(qū)，管線種類多，燃氣、軍纜、電力、給排水、弱電等十多種管線錯綜復(fù)雜，產(chǎn)權(quán)單位也不是很清楚具體的走向和數(shù)量，大大增加了管線改遷的施工難度。

5)文明施工、環(huán)境保護要求高。本工程位于長沙最繁華地段之一長沙火車站，施工過程中，文明施工、環(huán)境保護工作相當重要。

2 施工方案

2.1 開挖方案

本車站基坑開挖采用明挖法+局部蓋挖法施工，基坑總體開挖原則是已建2號線主體南、北兩側(cè)對稱開挖，保證卸載平衡[1，2]。南側(cè)(小里程端)基坑為由北向南整體分層開挖，北側(cè)(大里程端)基坑為由南向北分段分層開挖。

南端盾構(gòu)井處采用分區(qū)整體4層從上到下逐層開挖，上部10 m土方采用長臂挖掘機與小型挖掘機配合出土，剩余土方采用小型挖掘機配合汽車吊出土。開挖時先進行已建2號線結(jié)構(gòu)邊的土方施工，挖除土方的同時破除已建2號線車站接口部分的圍護結(jié)構(gòu)，為結(jié)構(gòu)對接施工做準備。

北端主體基坑劃分為7段4層，每段長度為3 m～6 m，由南至北(從已建2號線結(jié)構(gòu)邊)進行土方開挖，挖除土方的同時破除已建2號線車站接口部分的圍護結(jié)構(gòu)，為結(jié)構(gòu)對接施工做準備。基坑開挖總體豎向分四大層開挖，分層原則為鋼支撐設(shè)計中心標高以下0.5 m。第一層土方采用挖機上部掏挖、渣土車配合運渣的方法進行開挖；第二層～第四層土方采用縱向分段分層開挖法，采用挖機接力倒土至第一層工作面裝車的方法出渣，渣土車由北端盾構(gòu)井馬道進入第一層開挖面裝渣外運，最后端頭位置采用挖掘機配合吊車出土。

2.2 分層開挖流程

基坑豎向共設(shè)四道支撐分四大層開挖，每大層又分為二、三小層，保證每小層開挖高度不超過3 m[3]，每層段放坡比例動態(tài)控制在1∶2左右，保證整體縱坡不陡于1∶3。基坑分層開挖流程為：冠梁、混凝土支撐澆筑→排水施工→第一層土方開挖、模筑混凝土、支撐→第二層土方開挖、模筑混凝土、支撐→第三層土方開挖、模筑混凝土、支撐→第四層土方分段開挖→下翻梁、廢水池土方開挖→人工修整基底層土方→人工清理基底→綜合接地網(wǎng)施工→混凝土墊層。

3 主要施工技術(shù)

土方開挖要嚴格按照時空效應(yīng)，在開挖過程中做到“分區(qū)、分層、分塊、對稱、平衡、限時”，并遵循“先支撐、后開挖、主體結(jié)構(gòu)緊跟”的施工原則[3]。土方開挖到接近設(shè)計槽底時，預(yù)留20 cm～30 cm厚土方由人工清槽。2號線火車站兩側(cè)基坑20 m范圍內(nèi)應(yīng)同時對稱開挖，以減少單邊土體對既有線的側(cè)壓力影響。

3.1 南端場地基坑開挖

1)南端場地劃分為盾構(gòu)井Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ區(qū)以及標準段，如圖1所示。

2)已施工冠梁及混凝土支撐達到設(shè)計要求強度后方可開挖。

3)第一層土方開挖深度約為4.7 m，分為兩小層開挖，每次開挖深度根據(jù)需要確定。Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ區(qū)及標準段處土方分區(qū)開挖至第一道鋼支撐中心線以上1 m處。先開挖Ⅰ區(qū)處土方，為小挖機創(chuàng)造進入基坑的條件，然后小挖機進行標準段，Ⅱ，Ⅲ區(qū)的土方開挖，并在挖土的同時進行已建2號線車站圍護結(jié)構(gòu)的破除及后續(xù)施工。土方開挖時須防止土體坍塌。

第一大層開挖步驟如下：a.Ⅰ區(qū)中心區(qū)下挖約2.5 m，并于Ⅱ區(qū)處設(shè)置斜坡道供小型挖機進入基坑；b.小挖機進入基坑后，先對標準段處支撐下土方進行掏挖并堆于Ⅰ區(qū)處，并由長臂挖機將倒出的土方裝車運走；完成標準段開挖后，小挖機進入Ⅲ區(qū)掏挖混凝土支撐下土方堆于Ⅰ區(qū)處，由長臂挖機挖出裝車外運；c.在破除圍護結(jié)構(gòu)設(shè)備進入基坑后，開挖Ⅱ區(qū)土方，并將進入基坑的斜坡道挖除，開挖土方的同時進行已建2號線主體圍護結(jié)構(gòu)的破除并進行后續(xù)施工；d.按照上述流程開挖下一層土方，厚度為2.2 m，完成第一大層土方開挖施工；在樁間模筑混凝土及已建2號線結(jié)構(gòu)保護措施施工完成后繼續(xù)下一層土方開挖施工。

4)第二大層開挖深度為8 m，需開挖至第三道支撐(混凝土支撐)下10 cm處，分四小層開挖，每次開挖深度分別為2 m,3 m,2.1 m,0.9 m。第一小層開挖時需注意，標準段開挖深度為1.5 m(開挖至標準段混凝土支撐下10 cm)并進行混凝土腰梁及混凝土支撐的施工；盾構(gòu)井鋼支撐處開挖深度為1.8 m(鋼支撐下50 cm)，為鋼支撐架設(shè)留設(shè)施工平臺。

5)第三大層開挖深度為5 m，分兩層開挖，深度分別為3 m和2 m。土方開挖后及時進行樁間模筑混凝土及已建2號線部分的破除及隔離施工，具體開挖方法同第一大層開挖。

6)第四層開挖深度約為6.2 m，分四小層開挖，深度分別為2 m,2.5 m,1.4 m,0.3 m，最后0.3 m由人工進行開挖；第一小層開挖時需注意，標準段開挖深度為1.5 m(開挖至標準段混凝土支撐下10 cm)并進行混凝土腰梁及混凝土支撐的施工；盾構(gòu)井鋼支撐處開挖深度為1.8 m(鋼支撐下50 cm)，為鋼支撐架設(shè)留設(shè)施工平臺。人工清底完成后及時進行樁間模筑混凝土及墊層施工，并及時將挖機等設(shè)備吊離基坑，為結(jié)構(gòu)施工留設(shè)足夠的工作面。

3.2 北端場地基坑開挖

北端場地最先開挖部分為已建2號線結(jié)構(gòu)處，在北端盾構(gòu)井處設(shè)置渣土車進入基坑的馬道，直接在開挖面進行土方裝運工作(如圖2所示)。因基坑中間位置設(shè)有臨時立柱，故馬道選擇設(shè)置在基坑?xùn)|半側(cè)(遠離市政道路一側(cè))，考慮基坑開挖時正值長沙雨季，故馬道坡度不大于30°，并在路面上鋪設(shè)12 mm厚鋼板且表面焊上防滑條方便渣土車上下基坑。基坑開挖整體按四大層考慮，每層均開挖至支撐中心線以上1 m處，層厚分別為4.7 m,6.5 m,6.5 m及4.6 m。

1)第一大層土方開挖采用挖機直接在基坑頂開挖并裝車，對于部分區(qū)域無法直接挖土，則采用挖機從臨近支撐處進入基坑進行掏挖倒土，在基坑頂裝車出渣。2)第二大層先將2號線車站北側(cè)第二道混凝土支撐處開挖至支撐下10 cm，并進行墊層及混凝土支撐的施工，與此同時進行后續(xù)鋼支撐處的正常拉槽開挖施工，即靠近圍護結(jié)構(gòu)處開挖深度為1.9 m，至鋼支撐下50 cm，為鋼支撐架設(shè)留下操作平臺；基坑中間部分分層開挖厚度不超過3 m，待鋼支撐架設(shè)完成后將圍護結(jié)構(gòu)處土體挖除，保證總體縱向坡度不大于1∶3；已建2號線車站處土方挖除后，及時進行破除及隔離施工，同時需注意與南側(cè)場地施工同步進行；對已經(jīng)挖至設(shè)計標高部分的樁間模筑混凝土及時施工，保證后續(xù)工作可以順利銜接；開挖好的部分需要設(shè)置臨時坡度(2%的臨時坡度)，并保證場地明排系統(tǒng)有效運行；混凝土支撐等強期間，在預(yù)留土方坡腳外1 m處設(shè)置一道橫向截水溝，并在此處設(shè)置集水井抽排；預(yù)留坡面采用防塵網(wǎng)或者彩條布進行整體覆蓋，防止雨水沖刷造成土體滑坡，必要時可以采用噴射混凝土對預(yù)留土體坡面進行防護，保證雨季施工安全。3)第三大層的土方開挖方法及過程與第二大層相同。第四大層的土方開挖在混凝土支撐等強的同時，鋼支撐處可以退挖一段(不大于20 m)，但基底預(yù)留不少于80 cm的土方，方便后續(xù)混凝土支撐的土方開挖及運輸。在混凝土支撐達到設(shè)計要求強度后，安排兩臺小型挖掘機進入該區(qū)域進行施工，一臺主要負責挖除混凝土支撐下土方，另一臺負責將土方倒運至大里程開挖面處，方便土方的裝運施工。當挖機接力倒土工況無法滿足現(xiàn)場要求后，采用挖機配合龍門吊或汽車吊進行土方吊運，并在基坑頂裝車外運；土方收口位置選擇在北端盾構(gòu)井處。

4 結(jié)語

1)復(fù)雜條件下深基坑開挖必須在對地質(zhì)資料和周圍環(huán)境詳盡分析的情況下進行嚴格的技術(shù)交底和充分的專家論證，并在此基礎(chǔ)上編制出具有可操作性的作業(yè)指導(dǎo)。在施工之前，技術(shù)負責人應(yīng)對相關(guān)人員進行詳盡的技術(shù)交底，這是保證施工安全順利進行的重要保證。2)對于復(fù)雜條件下基坑被已建結(jié)構(gòu)切分為兩個基坑的情況，兩側(cè)基坑20 m范圍內(nèi)應(yīng)同時對稱開挖，以減少單邊土體對既有線的側(cè)壓力影響，防止出現(xiàn)不均勻沉降。同時，在土方開挖過程中要嚴格按照時空效應(yīng)和先撐后挖的原則進行，在開挖過程中做到“分區(qū)、分層、分塊、限時”，并遵循“先支撐、后開挖”的施工原則。3)在基坑開挖過程中，要根據(jù)施工的進展情況，加強對圍護結(jié)構(gòu)和地層變形的監(jiān)測，并根據(jù)監(jiān)測結(jié)果及時改進施工方法和措施，嚴格控制結(jié)構(gòu)變形，確保施工的安全順利進行。

[1] 張潤釗.明挖地鐵車站施工中基坑變形及控制[J].市政技術(shù)，2010(6)：96-97.

[2] 徐 偉,吳加云,陳 寧，等.上海寶地廣場深基坑施工技術(shù)研究[J].建筑技術(shù),2010(3)：117-118.

[3] 婁曉玲.緊鄰在建地鐵車站的超大超深基坑施工技術(shù)[J].建筑施工,2012(6)：62-63.

Construction technology of foundation pit excavation

crossing subway station in operation at a busy downtown street★

Luo Guijun1Fu Yan1Wang Zhen2Li Ze1

(1.CCFBECivilEngineeringCo.,Ltd,Changsha410004,China; 2.NationalUniversityofDefenseTechnology,Changsha410072,China)Abstract: Taking the engineering of Changsha metro line 3 train station through the operation of metro line 2 station, in the case of full geological data research and detailed analysis of the surrounding environment, this project determines the “partition, step by step, stratification” of the overall idea by widely solicit expert opinion. In order to create a good condition for the safety and smooth completion of the project, the key technology and process flow are deeply studied and demonstrated, the construction technical requirements and the safety measures are put forward.

metro station， foundation pit， excavation scheme， construction technology

1009-6825(2017)02-0074-03

2016-11-09★：湖南省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳重點支持項目(項目編號：XJS201535)

羅桂軍(1973- )，男，高級工程師

TU463

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