地鐵車站工程中的深基坑開挖及支護技術

□文 /王秀波

1 工程概況

某地鐵站為地下兩層島式站臺車站（雙島四線），標準段為兩層三柱四跨矩形框架結構，車站深基坑采用明挖法施工，南北兩側區間為盾構區間。車站長294 m，兩端有兩個遠期預留線路的明挖區間，標準段寬42.7m，端頭井段寬度46.8m，見圖1。

圖1 車站結構

基坑采用明挖法施工，其圍護結構形式為鋼筋混凝土鉆孔灌注樁+鋼筋混凝土內支撐和鋼管撐相結合+三軸水泥攪拌樁的止水支護形式，樁間掛網噴射混凝土擋土。車站標準段及端頭井段分別采用φ1000mm@1300mm和φ1000mm@1200mm鋼筋混凝土鉆孔樁；內支撐體系第一道為鋼筋混凝土撐，第二、三道內支撐體系為16mm厚的φ609mm鋼管撐。明挖區間段采用φ1000mm@1300mm鉆孔樁+三道16mm厚φ609mm鋼管撐；鋼圍檁采用45C工字鋼雙拼鋼腰梁。

工程土質主要為粘質粉土、粉質粘土、細砂。根據地質勘察資料，穩定水位在地面以下7.7～8.2m，標高99.38～99.88m。地下水為側向徑流及越流補給，徑流補給方向為自西南向東北。

車站周邊主要管線有DN100mm國防光纜、通訊光纜、DN800mm給水管道、DN500mm污水管線、DN325mm天然氣管道、DN800mm雨水管道等。

2 基坑開挖

2.1 施工要點

車站超寬基坑，基坑范圍及周邊分布著眾多的地下管線，開挖必須有合理的施工工藝，否則有可能因施工工藝問題導致深基坑變形過大甚至坍塌。基坑土方開挖原則：開槽支撐、先撐后挖、分層開挖、嚴禁超挖。開挖過程中及時將坑內的水排出，基坑開挖到底及時施作底板，盡可能減少基坑坑底的暴露時間。開挖時合理劃分施工段以便能及時安裝鋼管支撐和準確施加預應力。

2.2 主要施工工藝

管線遷改、圍護樁及冠梁施工、臨時立柱樁施工→開挖至第一道支撐中心底下50cm處，施工冠梁、第一道混凝土支撐→開挖至第二道支撐底面下0.5m處，掛網噴錨、架設第一道鋼支撐→開挖至第三道支撐底面下0.5m處，掛網噴錨、架設第二道鋼支撐→開挖至基坑底→底板防水施工，澆筑底板混凝土。

3 降水井施工工藝

車站地下水位高且地下水較為豐富，為確保基坑的安全，開挖前必須進行降水。降水井施工前，人工開挖探溝，探明井點周圍管線，確保管線安全。降水井的濾水管采用φ273mm鋼花管，下管前務必測量孔深以保證降水井的實際效果。下管前在濾水管的兩端分別設符合要求的扶正器，以保證濾水管的坐標與垂直度，采取足夠的措施確保井管連接的牢固程度，濾水管放置到對應的標高后，對井口進行居中固定。濾水管的下放過程不得中途停止，確保連續性。濾水管外包一層80目尼龍網，井深范圍內回填3～7mm濾料。濾料填筑前要測量井管內外的深度，其差值不大于沉淀管的長度。填筑濾料應動態的監控濾料的高度并且確保濾料填筑的連續性，濾料填筑到設計的位置后停止填筑，填筑濾料的數量應進行精確的控制，總量不少于設計總量的95%。最后做好洗井工作后安裝水泵，進行試抽工作并做好抽降及維護保養抽水井。

4 基坑支護

4.1 鋼筋混凝土支撐

第一道內支撐設計為鋼筋混凝土支撐，可增強結構的整體剛性，通過冠梁與圍護結構緊密連接為一體，有利于保證整個深基坑的整體穩定性。

混凝土支撐施工前，測量放樣出支撐中心位置調整基底標高預留墊層施工厚度，施作約5cm砂漿墊層并設置支撐預拱度，確保混凝土支撐底部標高滿足設計要求，隨后在墊層上綁扎混凝土支撐鋼筋并安裝預埋件，采用混凝土連系梁連接。支撐側模采用鋼模板拼接，采用φ48mm×3.6mm雙拼鋼管對拉固定。拉桿間距600mm×1000mm。模板外側斜撐使用帶頂托的φ48mm鋼管固定，模板安裝線型要順直、固定牢固，防止脹模。安裝前模板內側要涂刷脫模劑。模板需要在混凝土終凝以后方能拆除。在混凝土初凝以后需要對其表面做二次收面，收面后立即覆蓋保溫。混凝土支撐在跨中按設計要求預留2‰預拱度。混凝土支撐強度達到設計強度的80%以前不得進行下一步開挖施工。

4.2 鋼支撐體系

基坑開挖后，圍護結構受到側向土壓力作用，極容易變形。為增加混凝土支撐、鋼支撐的整體性，減小撓曲變形，車站基坑中央設置兩排臨時立柱樁并與連系梁固定用來承受支撐豎向自重力，保證支撐穩定。

4.2.1 鋼支撐拼裝

當土方挖至第一道鋼支撐以下50cm后，安裝鋼圍檁托架、鋼圍檁。鋼支撐兩端頭須設置上掛下托措施，上掛采用膨脹螺栓嵌入圍護樁配合花籃螺絲掛住鋼圍檁，下設鋼牛腿托住鋼支撐端部。鋼牛腿采用三節L75mm×8mm的角鋼拼焊而成，為增加支架的穩定性支架縱向采用厚度10mm的幫焊鋼板焊接。角鋼支架通過M20膨脹螺栓錨固在既有圍護樁上，支架每隔一樁設置，每個支架設2個膨脹螺栓，焊好后的鋼牛腿保證直角垂直并有足夠的穩定性，不得出現歪扭、虛焊現象。鋼圍檁安裝隨支撐架設順序逐段吊裝，鋼圍檁在場外焊接成型后運至現場鋼圍檁安裝前進行準確定位，找平圍檁與圍護樁接觸面，對凹面進行處理。鋼圍檁與圍護樁之間的孔隙，用強度不低于C30的細石混凝土填嵌并搗鼓密實。斜撐支撐軸力根據支撐角度進行設計檢算，確保預應力值滿足此墻穩定性要求。斜支撐和圍護樁的連接構造必須滿足抗剪要求并要在斜支撐端頭設可靠防滑。

鋼支撐預應力施加必須進行嚴格的計算，所用的千斤頂、油壓表要進行配套標定，施加預應力時要確保千斤頂伸力一致，利用千斤頂上的油壓表控制預加軸力。因基坑為超寬基坑，鋼支撐在受壓狀態下撓度變形會很大，因此必須在基坑內設置格構柱，格構柱用連系梁進行固定。為減少鋼支撐的起拱度，鋼支撐與連系梁須采用箍圈進行固定，鋼支撐與連系梁之間的空隙須用鋼板填充。為確保基坑的穩定，須對鋼支撐的軸力進行監測，因基坑的微小變形及氣溫變化等原因，鋼支撐的軸力出現減小時，要及時復加軸力；當樁體水平位移速率超過警戒值時，經設計確認后可適當增加支撐軸力，以控制基坑變形，當支撐軸力達到報警值時，應根據實際情況，加設鋼支撐。

施工過程中，為防止鋼支撐出現脫落，應加強管理，土方開挖時安排專職指揮人員，不得碰撞已安裝好的鋼支撐、工字鋼聯系梁等；施工過程中隨時監控鋼支撐的支撐軸力，當軸力超過警戒值時，立即停止開挖并分析原因，采取技術處理措施并消除警戒后方可進一步實施。鋼支撐拼接用扭力扳手進行連接，扭矩要達到相關的要求；鋼支撐與工字鋼聯梁的跨度較大，為降低活荷載的影響必須采取嚴格的管理，杜絕工人在其上站立、行走以及堆放建筑材料等，以保證建筑施工的安全。鋼支撐脫落會給下面的施工人員的安全帶來極大危害，嚴重時影響基坑的整體安全，為防止鋼支撐脫落，應在鉆孔樁上打入膨脹螺栓，將鋼絲繩與支撐連接，見圖2和圖3。

圖2 鋼支撐端頭固定布置

圖3 鋼支撐拼裝

4.2.2 鋼支撐的拆除

鋼支撐拆除為工程的重點風險，拆除時鋼管撐所承受的壓力進行釋放，其壓力必然傳遞到其他的支護結構。拆除前應確保其他的支護結構強度滿足設計要求并預先對上一道鋼支撐復加軸力，要逐級釋放鋼支撐的軸力，避免瞬間釋放過大的軸力而導致結構局部應力突變過大帶來結構變形或開裂等不利影響。

5 噴射混凝土

噴射混凝土要做到及時、分段噴射，控制好噴射的厚度。噴射混凝土配比應通過試驗確定并通過試噴確定噴射的工藝。施工前要對基面進行清理，將滲漏點進行封堵。噴射后將混凝土面進行抹面收平，務必將棱角處進行處理，為后續防水卷材的鋪設打好基礎。

6 施工監測

為確保深基坑施工安全，施工過程中采取加強施工監測措施，利用信息化手段，隨時預報，及時處理，防患于未然。通過監測了解基坑周圍土體在施工過程中的動態變化、車站支護結構的受力和變位狀態，了解工程施工對地下管線、建筑物等周圍環境條件的影響程度，明確工程施工對原始地層的影響程度及可能產生失穩的薄弱環節；當監測數據出現預警時，要及時采取措施進行處理。

地鐵車站施工中，深基坑開挖安全風險因素較多，不但要有專業的技術，還要有強有力的組織措施和應急機制，一旦出現安全風險，能及時采取措施，減少損失。

7 結語

地鐵車站多數處于市中心地帶，各種地下管線縱橫交錯，也往往緊鄰地上建筑物的各種類型基礎，對環境保護要求很高，同時，車站深基坑工程內容復雜，受工程地質及自然環境的影響，使深基坑開挖過程具有較高的風險性，因此在地鐵車站深基坑開挖和支護中，必須采用合理的施工工藝，嚴格的管理手段，精密的測量儀器并定時進行監測，才能有效的降低潛在的風險。□■

[1]龍 輝.地鐵深基坑支撐類型施工[J].科技展望，2016，26（2）：41.

[2]《建筑施工手冊》（第四版）編寫組.建筑施工手冊[M].4版.北京：中國建筑工業出版社，2003.

[3]顧浩磊.地鐵深基坑開挖風險分析及控制對策[J].山東工業技術，2014，（22）：124.

[4]蔡昭武.地鐵深基坑施工風險及控制措施[J].廣東建材，2009，25（7）：87-88.