深基坑開挖施工技術

韓再冰

（中鐵十四局集團第四工程有限公司 山東濟南 250000）

1 工程概況

某車站為地下二層12m島式車站，車站總長269m，頂部覆土厚度3～3.8m，基坑開挖深度16.2～17.5m，車站主體結構及附屬結構出入口、單層風道基坑采用混凝土樁與內支撐組合。本站基坑圍護結構標準段采用D800@1100混凝土樁+內支撐組合，嵌固深度8～9m；樁頂設置1100×800mm的鋼筋混凝土冠梁?；娱_挖采用明挖順作法，深度方向設置三道鋼管內撐，端頭井位置在第二段鋼支撐下方1.5m處設置一道換撐。

2 施工準備

車站主體基坑開挖總量約為10.5萬m3。結合現場實際情況，每個車站配備滿足施工需求的挖土及運輸設備，確保開挖后連續施工，基坑開挖前需完成以下施工準備：

（1）基坑圍護樁樁體混凝土強度達到設計開挖強度要求；

（2）冠梁施工長度不小于100m，混凝土強度符合設計開挖強度要求；

（3）基坑周邊排水系統已形成，能排至市政管網，洗車槽、安全防護欄桿已完成；

（4）周圍建筑物、地下管線調研結束，對建筑物有變形開裂現象的已記錄、照（攝）相，建設單位已組織產權單位進行了現場確認簽字；

（5）基坑監控量測點、周圍建筑物沉降觀測點布設完畢，并已測得初始值；

（6）基坑土方開挖機具、運輸車輛、運輸路線及棄土場已選定，并辦理了相應的手續；

（7）鋼支撐及噴漿掛網機械、材料準備就緒；

（8）基坑開挖、支護方案已審批；

（9）已進行安全風險源識別匯總，應急預案已審批；

（10）已對現場作業人員進行了技術交底；

（11）施工前按總平面布置圖的規劃，在一定距離布置了測量控制點，各控制點均應為永久性的坐標樁和水準基點樁，所布置的測量控制點均應以書面形式報監理復核，復核無誤后方可使用，并采取有效保護措施，以防破壞。

3 施工方案及技術措施

3.1 開挖原則

開挖基坑施工的原則是確保施工過程中周邊安全環境及節點工期滿足規定要求。開挖的順序及方案必須與現場實際施工相一致，并遵守“水平分段、豎向分層、對稱、平衡、快挖、快撐、隨挖隨撐、嚴禁超挖、保證施工安全前提下迅速施工”的原則，充分利用“時空效應”，減小變形量。在豎向開挖上按照鋼支撐設計位置分段、分層進行，在每一次開挖至鋼支撐底部以下40～60cm時立即進行鋼支撐架設。網噴面層混凝土強度達到70%設計強度后方可開挖下層土體?？v向分段開挖時，應在基坑周邊設置混凝土排水渠，防止降雨進入基坑內部，并采用從基坑一端向另一端分層開挖，縱向坡度1：5，以方便自卸汽車運輸。每一段降土和支撐的安裝時間不應超過8h，同時每一道支撐必須設置可靠的底部支托和防墜落鋼絲繩，防止因圍護結構變形和施工撞擊而發生支撐脫落。

3.2 土方開挖、運輸形式

基坑內土方開挖自一側端頭井向另一側端頭井倒退式開挖，當縱向坡度滿足渣土車爬坡條件時，采取挖掘機直接裝車的方式（見圖1）；當縱向坡度不滿足渣土車爬坡條件時，可采取多臺挖掘機臺階式翻土的形式裝車運走（見圖2）。

圖1 坡度滿足要求

圖2 坡度不滿足要求

3.3 土方開挖分層

根據設計基坑深度及鋼支撐、混凝土支撐位置，確定基坑豎向分層開挖層數，每次開挖至鋼支撐以下40～60cm，開始架設鋼支撐。

3.4 挖土施工工藝

3.4.1 表層土開挖

首先破除原有瀝青路面，開挖至設計混凝土支撐梁底標高。采用分段退挖方式，人工配合挖掘機進行，采用自卸車將棄土直接外運至棄土場。開挖完成一段后立即進行混凝土冠梁及混凝土撐的施工。

3.4.2 端頭井土方開挖

端頭井部分先開挖轉角并架設斜支撐，后開挖標準段并架設直撐的順序施工。每塊土體開挖時間不超過6h，每塊的鋼支撐在土方挖完后8h內安裝完畢。

進入第三層及以下各層土方開挖時，由于斜支撐架設所需時間較長，進行端頭井土方開始時，首先從端頭井中間區域開始（圖3所示），一次開挖至設計需架設鋼支撐底標高以下40～60cm，最后采用用小型挖機進入斜撐區域開挖基坑轉角部位第一次開挖觸及不到的土方。開挖完成一邊轉角位置的土石方后立即架設斜撐、施加預應力，然后按照一樣的步序對另一側端頭井的轉角部位進行土方的開挖，完成后開始進行標準段的降土開挖作業。

3.4.3 標準段土方開挖

第二層土方開挖深度為5.2～6.1m，中間開槽開挖，兩側圍護樁靠基坑側3m范圍內預留反壓土，以便于安裝第二層的鋼支撐和網噴施工，利用土體抵抗圍護墻后土壓力，保證圍護結構安全，槽底至反壓土平臺坡度為1：0.75；每層開挖深度不大于3m，中間開槽開挖至第一道鋼支撐下50cm，架設第一道鋼支撐并施加預應力（圖4所示）。其余層與本層開挖方式相同。

圖3 端頭井開挖

圖4 一般段開挖

3.4.4 收尾段土方開挖

當挖掘機已經沒有足夠的活動范圍進行土方開挖時，換用抓斗或長臂挖掘機在基坑邊進行內部土方的上移?；由疃瘸?2m，以下土方不能采用長臂挖機時采用小型挖機配合一臺45t龍門吊豎向出土。最后采用龍門吊將小挖機吊出?；滓陨?0cm厚土體，采用人工清底。開挖完一塊并清底至設計坑底標高后及時施工接地網并澆筑混凝土墊層。

4 基坑監測

4.1 監測目的

（1）驗證支撐體系方案設計，作為施工的眼睛指導土方開挖和支撐體系的施工，實現信息化施工。

（2）確?；影踩?。支撐體系在破壞之初，通常會在基坑不同位置上出現較大的變化或監測到速率明顯增加。假設有合理的監測控制系統，以便于采取合理應急措施，立即啟動應急預案，減輕或避免破壞的發生。

4.2 監測基本原則

4.2.1 系統性原則

（1）所有監測項目相結合，形成空間控制網，各測試項目的數據相輔相成、相互校核；

（2）運用監測系統整體功效對基坑進行立體的全方位監測，保證所測數據的正確性；

（3）監測連續，數據連續；

（4）合理布局、減少布設，節約成本。

4.2.2 可靠性原則

（1）施工過程中采用的監測手段是已基本成熟的方法；（2）在施工過程中對布設的測點進行可靠保護。

4.2.3 與結構設計相結合原則

對結構設計中使用的關鍵參數進行監測，達到進一步優化設計的目的。

4.2.4 重點部位優先、兼顧其他的原則

（1）對圍護樁、混凝土支撐、鋼支撐中加密測點數和監測項目，進行重點密切關注；

（2）除了重點部位優先布設監測點以外，在全局性的基礎上合理的布設監測點。

4.2.5 與現場相結合的原則

（1）結合現場實際情況確定監測方法、監測設備的種類型號、監測點的保護；

（2）結合現場實際情況調整布設點的位置，最大限度的減少對施工的影響；

（3）結合現場實際情況確定各測試項的頻率。

4.2.6 經濟合理原則

（1）監測方法及監測項目的選擇，應結合監測單位豐富的經驗盡量采用直觀、方便、有效的方法；

（2）監測點的數量，在確保全面、安全的前提下，合理利用監測點之間聯系，減少測點數量，提高工作效率，降低成本。

4.3 監測數據處理與應用

4.3.1 量測數據散點圖和曲線

對現場監測數據分析處理，即及時繪制位移（s）-時間（t）曲線散點圖，將現場量測數據繪制成s-t時態曲線圖和位移關系曲線，通過所繪制圖形分析現場施工實際情況。

（1）當s-t曲線關系趨于平緩時，說明現場變化較規律，通過數據處理及回歸分析，可以推算出最終位移值和掌握位移值的變化規律；

（2）當s-t關系曲線出現突變或反彎點的情況時，則表明支護體系已呈不穩定狀態，此時應密切監視地層動態，并加強支護，必要時應立即暫停開挖，立即進行支護體系加固處理；

（3）根據s-t曲線的變化形態來判別支護體系穩定性。

圍護體系結構變化曲線可化分為三個區段，圍護結構蠕變曲線如圖5。

圖5 圍護結構蠕變曲線

①基本穩定區段：明顯特征是變形速率不斷下降，即d2s/d2t＜0，為一次蠕變區段，表明圍護體系趨于穩定，支護結構是穩定安全的；

②過渡區段：變形速率較長時間保持穩定不變，即d2s/d2t=0，為二次蠕變區段，應發出警告，立即調整施工節奏，強化支撐系統的剛度、強度及穩定性；

③破壞區段：明顯特征是變形速率逐漸增大，即d2s/d2t＞0，為三次蠕變區段，曲線出現向上反彎點，揭示支撐體系已達到危險臨界狀態，必須立即停止開挖作業進行加固處理。

基坑穩定性的判別標準相對來說較復雜，在判別基坑穩定程度時應根據項目的具體情況，采用以上三種情況的標準綜合對比分析，將結果反饋于設計與施工現場。

4.3.2 沉降與水平位移數據分析

對量測數據進行整理，繪制沉降-時間曲線和水平位移-時間曲線，根據曲線表現的形態進行分析判斷，提出相應措施。

5 結束語

基坑工程是一個大的系統工程，在基坑開挖過程中需對各個工序加強監測、對比分析并采取切實有效的措施，確保深基坑開挖工程施工過程的安全。針對本工程深基坑開挖的特點及今后肯定會遇到類似施工項目，我們對該工程加以總結，希望可以對類似的基坑開挖項目提供經驗和一定的參考價值。

[1]劉建航.基坑工程手冊[M].中國建筑工業，1996.

[2]賴春芳.淺談深基坑開挖的控制[J].北方交通，2010（01）.