深基坑開挖及支撐體系施工方案研究

摘要 隨著城市地下工程的發展，城市深基坑周邊的建（構）筑物不斷增多，產生許多工程問題。文章依托濟南市軌道交通某深基坑項目，研究了基坑深度大、變形要求高、臨近建（構）筑物情況復雜等不利因素共同作用下深基坑的施工技術與支撐體系。確定了基坑開挖方法為縱向分段、豎向分層開挖，支撐體系為鋼支撐體系。為城市復雜環境下的深基坑工程提供了借鑒。

關鍵詞深基坑;地鐵車站;施工工藝;支撐體系

中圖分類號TU473.2文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2022）11-0118-03

引言

隨著經濟與社會的發展，我國的基礎設施建設也得到了迅速發展，對我國的隧道工程的建設規模和質量都提出了更高的要求[1-2]。目前城市內地鐵建設存在著施工場地狹小、周圍環境復雜以及對沉降值要求較高等問題[3-4]。導致對深基坑的施工方法以及支撐體系有著更高的要求。

由于深基坑項目周圍環境復雜，為控制深基坑施工過程中基坑的變形以及周邊土體的沉降對鄰近建（構）筑物的影響[5-6]，許多學者通過數值模擬、室內試驗等研究方法，研究深基坑開挖對臨近建（構）筑物的位移沉降及變形控制措施[7-8]。該文以濟南軌道交通某深基坑項目為基礎，對深基坑開挖及支撐體系施工進行分析，對今后濟南及周邊地區的基坑開挖及支護設計與施工有一定的指導意義。

1 工程概況

濟南市軌道交通某站深基坑工程，該站中心里程為SK17+706.761，車站主體結構長284.558 m，車站標準段寬度與高度分別為22.9 m、14.241 m，底板埋深約為19.889 m，車站盾構井最大埋深為21.786 m。車站平面圖如圖1所示。

該工程臨近主干道紅線寬度為74 m，現狀為雙向7車道加2人非道道路，為城市主干道，該區域車流量較大，交通繁忙。現有和規劃的地面建筑及地下建筑：該站位于河流與交通主干道交叉口，沿交通主干道東西向布置，周邊環境極為復雜。

2 工程特點及開挖方案

2.1 開挖深度大、地層條件復雜

該車站主體結構為地下兩層，車站主體標準段底板埋深約為20 m，基坑開挖深度約為20 m。車站地層淺層地層為雜填土和素填土，底部地層為風化閃長巖，節理裂隙發育，局部伴有全風化軟夾層，基坑開挖范圍軟弱土層分布廣泛。

2.2 施工組織難度大

車站所處位置區域內車流量較大，交通繁忙，車站修建過程中交通組織較為困難。基坑開挖影響范圍內管線分布較為密集，涉及臨近街道遷改管線問題，沿車站主體結構東西方向主要分布DN800給水管、1 000*1 500污水管、DN300給水管、10 kV電力排管4根管線，以及供水、供電、路燈、信號等管線。

2.3 基坑開挖方法

車站主體結構基坑開挖采用縱向橫向分別開挖的方式，縱向為分段開挖，豎向為分層開挖。基坑內土體的開挖應嚴格遵循基坑開挖的“20字”方針：“縱向拉坡、橫向開槽、分段開挖、隨挖隨撐、量測反饋”。

該車站基坑內土方開挖分三個區域施工。開挖分區及開挖方向示意圖2所示。

2.3.1 縱向分段施工

基坑按照支撐平面位置分兩期進行施工，一期共一個施工階段，二期共兩個施工階段，每期土方開挖采用分層臺階法施工，每個工作面配備2臺挖掘機接力后退式開挖。

2.3.2 豎向分層施工

豎向施工首先要將原有路面混凝土破開清除，對路面進行開挖，直至第一層開挖至第一道鋼筋混凝土支撐底，然后進行冠梁及鋼筋混凝土支撐施工，施工完成后進行下部土方開挖。

地下兩層車站開挖時，基坑豎向分4層開挖，第一道支撐與第二道支撐之間距離4.7 m，第二道鋼支撐的拼裝需要在基坑豎向開挖至其設計標高以下0.5 m時進行。第二道鋼支撐拼完成后，繼續開挖至第三道鋼支撐設計標高下0.5 m，此時開挖高度約為4.8 m，進行第三道鋼支撐拼裝。拼裝完成第二道鋼支撐后，開挖第2層至拼裝完成第三道鋼支撐后，開挖第3層至第四道鋼支撐設計標高以下0.5 m位置（開挖高度約5.6 m），然后拼裝第四層鋼支撐。

拼裝完成第四道鋼支撐后，進行第4層土方開挖，首先使用機械開挖至基坑底以上0.2 m（開挖高度約3.8 m），剩余部分采用人工清底，清底至設計標高后施工混凝土墊層。開挖剖面圖見圖3。

2.4 開挖關鍵技術

（1）基坑開挖嚴格按照以下原則進行：①開槽即進行支撐;②開挖與支撐同時進行;③開挖應分層進行;④嚴禁超前開挖。基坑開挖過程中及時架設支撐，保證基坑圍護結構受力穩定。

（2）基坑內積水主要為土層含水及大氣降水。坑內有積水時，要開挖排水溝，將基坑內水匯入集水坑，用污水泵抽排至基坑外。

（3）若開挖后不能及時施作鋼支撐，則該區段采用中間拉槽、兩側留土的開挖方法，兩側留土的寬度上頂面不得小于2 m，邊坡坡度不得小于1∶0.5，當開挖至一定深度后及時架設鋼支撐。

（4）基坑周邊降排水措施應在土方開挖工程進行中保持正常運行。

（5）當基坑開挖至墊層以上200 mm時，進行驗收，并清除剩余土方，清除方式采用人工清除，開挖至設計標高后，應及時平整基坑坑底，并對基坑進行排水處理，迅速施做墊層。

（6）基坑開挖到坑底后，盡快施做預埋接地裝置。

3 基坑支撐體系設計

3.1 鋼支撐架設與換撐方案

3.1.1 鋼支撐架設方法

車站標準段支撐為609 mm，16 mm鋼支撐，鋼支撐間距約3 m，單根長18.80～22.98 m，單根最大重量為6.5 t，安裝采用龍門吊。

為了便于安裝，現有6 m、5 m、4 m、2.5 m、2 m、1.5 m、1 m、0.3 m、0.2 m等多種型號的標準節。支撐安裝前，應對每根支撐位置鉆孔樁預埋鋼板的實際距離進行實測，然后根據現有支撐標準節的長度及活絡頭的伸縮長度（不超過30 cm）進行配撐。3C5515BF-98E4-4E44-9906-65AAE18D662F

支撐端頭采用活接頭的形式便于施加預應力，其構造為嵌套兩個活動接頭，端頭內部還設有加固肋板，鋼支撐安裝完成后施加預應力，利用楔塊調節支撐鋼管的長度。鋼支撐活絡端頭、固定端示意圖如圖4所示。

采用QYS-100型千斤頂對鋼支撐進行預應力施加。千斤頂在使用前需要對其進行壓力標定，調試時將千斤頂放入實驗儀器，壓力增加從0值增加至最大噸位。逐點標定到千斤頂的油表上，并留檔記錄對應的油表兆帕值，施工時使用內插法設定設計的壓力。制作固定千斤頂的吊架，固定千斤頂吊架架立在調節頭上，采用履帶吊進行支撐鋼管的吊裝施工。

鋼支撐采用M24螺栓連接。鋼支撐斷面圖如圖5所示。

3.1.2 換撐施工工藝

工藝流程為：主體結構底板施工完成→拆除第四道鋼支撐→施工第三道支撐以下部分邊墻→安裝換撐鋼托盤、架設鋼換撐、施加預應力→拆除第三道鋼支撐→施工剩余部分邊墻→拆除鋼換撐。

3.2 鋼支撐預應力施加要點

（1）鋼絲繩繩卡應配套使用，繩直徑在10 mm以下時，繩卡應不少于3個，10～20 mm時應不少于4個。該工程繩卡間排列間距為60～80 mm，排列方式應為一字排列，U形環與壓板分別放在繩頭與主繩處。

（2）鋼絲繩夾頭在使用時應注意以下幾點：

①繩卡應與鋼絲繩粗細相匹配，鋼絲繩直徑應比U形環內側凈距大1～3 mm，保證繩子卡緊，防止由于無法卡緊繩子發生安全事故。

②安裝夾頭時需要將螺栓擰緊，具體程度為讓繩子直徑被壓到原先直徑的1/3～1/4，此時應再次對螺栓進行擰緊，以保證夾頭的牢固。

③夾頭的排列方式為一字排列，且U形部分不能與主繩相接觸，但應與繩頭接觸，防止斷絲。

（3）預應力的施加采用2次分段施壓，第一次施壓至設計值的80%，持荷10 min后繼續加壓至設計值的100%，預壓力加至設計規定之后，應在壓力穩定10 min后，方可按設計預壓力值進行鎖定。

3.3 鋼支撐架設及換撐施工關鍵技術

（1）鋼支撐端面和預埋鋼板接觸面應垂直和平整。

（2）鋼支撐必須在進行起吊并架設之前進行拼裝試驗，排除直線性較差的支撐，試拼裝完成之后須按鋼支撐設計方案中指定長度進行拼裝連接，并對鋼支撐進行整體起吊架設。

（3）千斤頂預加軸力必須對稱同步。

（4）拆除時要對各鋼支撐均勻施加卸載預應力。

（5）支撐鏈接處需緊密，保證鋼支撐受力為中心受壓。

（6）鋼支撐安裝偏差控制：①支撐兩端的標高差和水平差：不大于20 mm和支撐長度的1/600;②支撐撓曲度：不大于支撐長度的1/1 000;③支撐水平軸線偏差：±30 mm;④支撐豎向軸線偏差：±20 mm。

4 結語

該文依托濟南市軌道交通某深基坑工程，考慮該基坑工程臨近建（構）筑物情況復雜、開挖深度大、地質條件較差、施工組織難度高等特點，對該工程的開挖方法與支撐體系進行設計分析，最終得到以下結論：

（1）確定車站主體結構基坑開挖采用縱向分段、豎向分層開挖工藝;

（2）車站支撐體系為車站標準段支撐為Φ609 mm，

δ16 mm鋼支撐，鋼支撐間距約3 m排布，單根長18.80～22.98 m。

（3）提出了基坑開挖關鍵技術與鋼支撐架設與換撐施工關鍵技術。有效地解決了實際工程中各項施工重難點，設計方案合理可靠，為類似深基坑工程提供了借鑒。

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收稿日期：2022-05-20

作者簡介：王蓉（1988—），女，本科，工程師，從事水文地質工程地質勘察及物探等工作。3C5515BF-98E4-4E44-9906-65AAE18D662F