地鐵車站深基坑支護特征及施工技術

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構，圍護樁使用Φ1000@1500mm鉆孔灌注樁，樁體之間使用0.1m厚噴射混凝土，灌注樁頂部設置1×0.8m的冠梁，冠梁頂部上方設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一層，且在1.2H范圍以內存在非嵌巖樁基礎埋入深度小于H的建筑體，車站主體基坑距離區間豎井18.45m。

北廣場車站由南朝北地質為：小里程地質堅硬，主要由泥巖構成，機械挖掘施工難度較大；大里程地質較為疏松，而且地下水位較高，主要由雜填土構成，施工作業風險程度高。

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項目的重要任務之一。施工場地位于烏魯木齊市開發區，同時地鐵項目也屬于當地的重點工程。所以，要求其必須安全文明綠色施工，對于環境保護方面有著較高要求[1]。

3 基坑設計原則及技術標準

（1）基坑圍護結構使用分項系數進行表示的極限狀態法來開展設計工作。（2）基坑側壁安全等級為一級，重要性系數為1.10，支護結構設計使用年限為三年。（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，且圍護結構最大水平位移不得超過0.2H%，同時還不得大于0.03m。（4）基坑附近承載重量：標準段不得大于20kPa；（5）圍護結構在施工作業過程中承受所有的土壓力。

4 北廣場站基坑開挖及支護施工方法

4.1 基坑開挖

車站基坑采取“縱向分段、豎向分層、橫向擴邊”的方案進行開挖施工。在開挖前期階段利用放坡來實行土方倒運，后期則通過長臂挖掘機聯合普通挖掘機一同開展開挖作業。該車站地質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，車站嚴禁采取爆破方式進行開挖，對于泥巖層土方使用免爆機完成開挖工作[2]。

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

（1）土方開挖應當在灌注樁與冠梁都滿足設計強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行，坑中土方倒運處理，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，屬于第三～七節段。

（2）基坑縱向開挖的每一節段長度為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行，且臺階長度大于5m。

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

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

4.2 樁間掛網噴射混凝土

基坑開挖施工結束之后，需按照現場實際狀況立即分幅、分塊開展樁間掛網噴射混凝土施工，從而提升樁間土方的穩定程度。施工中使用的為10cm 厚C25 噴射混凝土，內部設置Φ8@150×150mm鋼筋網。

（1）施工之前，先對鋼筋網與鋼筋等材料實行全面質量檢查，確定合格之后才能將其用于施工作業中。（2）在錨筋孔中注入M7.5砂漿之后，在對其實行安裝和加固處理。（3）鋼筋網安裝到位之后，在外部安設直徑為16mm 的橫向加強筋，使用電焊或是捆扎的措施實行固定，鋼筋網搭接長度要超過0.3m[4]。（4）依照施工要求，掛網混凝土一共分為兩次完成噴射作業。首次噴射5cm，第二次需要在掛網之后在進行噴射，將樁間補平，同樣為5cm，且需要在前一噴射層充分凝結之后再進行第二次噴射，如果是在終凝之后或是相隔1h后再噴射，則應將噴射目標面使用清水清理干凈。噴射之時，噴嘴相距噴射目標面60cm～100cm，與噴射目標面保持垂直并重復緩慢的做螺旋狀運動，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。

4.3 基坑鋼支撐施工

4.3.1 支 撐設計要求

車站基坑采取內部設置鋼支撐的方式作為支護結構。基坑支護標準段一共設有三條鋼支撐，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；中心標高與同一層支撐的頂部高度差要在3cm 范圍內；兩側標高誤差不超過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行，在安全之前需對相關配件和托架工具實行全面的檢查。

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定牢固，還要使用00型花籃螺絲1.3螺旋扣號碼基于圍護樁，20膨脹螺栓同鋼圍檁實行掛鉤連接，吊環使用直徑為16mm的鋼筋和鋼圍檁焊接制成。

因為基坑支護第一條鋼支撐主要作用于冠梁側部，所以在冠梁施工作業的時候，需要在冠梁側部預先埋設支撐鋼板[5]。

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

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

鋼圍檁內向安設抗剪凳，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合。抗剪凳需要和圍護樁緊密貼合，縱向間距需控制在1.5km。

鋼圍檁使用履帶式起重機進行安裝，在充分保障樁體不受損的基礎上使用C30細石混凝土填入鋼圍檁和圍護樁的間隙中，確保二者之間緊密連接，并且還能保障鋼圍檁具有連續性。鋼圍檁連接最好設于樁位點周邊，同時不得超出樁間距的三分之一。

4.3.2.3 鋼支撐安裝

(1）進行鋼管支撐的吊裝施工之前，需要先按照相應規范將支撐零配件與施工設備等配備齊全，同時還要對托架的完整性加以查驗。

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

（3）鋼支撐吊裝時，吊繩吊點設于鋼支撐斷點五分之一的位置處，使用鋼絲吊繩把鋼管綁牢，再使用卡環鎖緊[6]。

（4）需要進行分節吊放處理的時候，應當現在地面進行試拼，確認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安全性，需要分別對鋼圍檁頂部以上1m和1.5m位置的圍護樁中設置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，同時要在膨脹螺栓中安設L75×8 角鋼作為鋼絲繩安裝孔（在角鋼上設有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，以此構成懸吊保護，避免安鋼支撐掉落；1.5m位置處的安裝孔則使用0.63cm的鋼繩進行固定，以方便作業人員掛接安全帶，提升作業安全性。

4.3.2.4 施加預應力

（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端支撐兩側緩慢增加預應力，在此期間兩臺千斤頂需要保持對稱。當預應力大小等同于設計預加軸力之時，使用鋼楔鎖牢支撐。（2）當下道支撐預應力的逐漸增加，上道支撐承受的應力可能會隨之降低，因此需要嚴格按照設計規定，在鋼支撐上安設具有復加預應力作用的設備，在墻體水平位移超出界限值時，可以適當提高預應力從而防止變形。（3）支撐應力復加需要以監測數據檢查作為主要基準，并結合參考人工檢查結果。監測數據查驗的主要目的在于準確把控好支撐每個單位控制范圍以內的支撐軸力。監測部門需要依照相應規范與設計要求，以支撐道數分層設置軸力器充當監控點，每日向支撐單位提交以已有施加預應力的支撐上的一道支撐和經歷了較長一段時間暴露的支撐為重點的、以大開挖動土作為初始值所監測的數據，促使支撐單位能夠實時按照監測數值增加預應力。在人工檢查方面，其目的主要在于把控好支撐每個單位控制范圍以內不夠牢固的單根支撐軸力，使用榔頭撞擊不具有控制點的支撐活絡頭塞鐵，觀察其牢固情況來確定是否復加預應力，而且復加部位主要是對于已有施加預應力的支撐上的一道支撐與經歷了較長一段時間暴露的支撐。

4.3.2.5 鋼支撐拆除施工

當相應結構的混凝土強度不低于設計強度時，便可將支撐拆除。在進行拆除施工時，要先使用履帶式起重器連接鋼支撐兩側，同時在鋼管端部千斤頂座上安設千斤頂，使用千斤頂逐漸為管撐卸下荷載，當充分卸荷以后，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；再使用起重機吊上管撐，將其帶離施工現場。

5 結束語

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