臨近既有線地鐵車站深基坑施工技術

王 穎

中鐵十六局集團北京軌道交通工程建設有限公司 北京 101100

1 工程概況

本工程位于天津市河東區，為地鐵4 號線正線車站并與5 號線成林道站換乘，地鐵5 號線已開通運營。4 號線成林道站位地下二層，開挖深度約11m，其中基坑地下一層基坑采用灌注樁+ 止水帷幕樁支護結構，地下二層基坑采用地下連續墻支護結構，其中出入口通道基坑采用SMW 工法樁支護結構。基坑風險為Ⅲ級。

2 土方開挖方法

2.1 首層土方開挖

首層基坑采用分區蓋挖法，基礎采取明挖順做法。作業區分為1～3 三個單元，土方自第1 單元向第2、3 單元挖土，由第2 單元延基坑垂直方向平槽退挖，運土路線借用出入口通道放坡，配合自卸汽車出土。蓋挖頂板、環梁達到設計強度（鋼支撐預加軸力）后立即進行下部挖土。

第一層土方開挖在基坑預降水10d、鋼筋混凝土支撐達到設計強度（鋼支撐預加軸力）后進行。

首先，1、2 單元挖土采用中型挖掘機及小型挖掘機配合自卸汽車出土，沿F 出入口臨時坡道拉土至臨時堆土場；在蓋挖頂板下方布置小型挖掘機配合人工進行混凝土支撐下部的土方開挖和坑內渣土倒運工作，嚴格遵循先撐、先探再挖、分層、對稱、均衡的開挖原則。

在前述基礎上，組織3 單元土方開挖作業，此環節采取的是大型長臂挖掘機和小型挖掘機聯合施工的方案，配套適量的自卸車，以便高效出土。在蓋挖頂板下方布置小型挖掘機配合人工進行混凝土支撐下部的土方開挖和坑內渣土倒運工作，嚴格遵循先撐、先探再挖、分層、對稱、均衡的開挖原則[1]。

2.2 第二層土方開挖

由于基坑較為狹小，不具備大型機械設備施工的條件，因此采取以小型挖掘機為主、人工為輔的方法，協同開挖。將土方倒運至已施工完成的負一層底板三單元處，然后長臂配合裝車，自卸汽車倒運至臨時堆土場；在條件滿足的情況下，由環撐北側（現成林道人行道處）利用長臂進行開挖，小型挖掘機布置在蓋板頂板下方，輔以人工作業的方式，精準完成支撐下部的土方開挖作業，及時清理開挖期間產生的渣土，自卸汽車倒運至臨時堆土場。嚴格遵循先撐、先探再挖、分層、對稱、均衡的開挖原則。

基坑第二、三層土方水平方向自西向東平槽退挖。對鋼支撐預加軸力后，開始組織下部的開挖。土方開挖在地下二層基坑預降水10d、負一層底板混凝土達到設計強度時進行，實施的是小型挖掘機和人工相綜合的方案，嚴格遵循先撐、先探再挖、分層、對稱、均衡的開挖原則。

2.3 出入口土方開挖方法

按照自上而下的順序依次完成土方開挖作業。分層推進，第一層底標高為冠梁底標高，第二到三層土，層底標高為鋼支撐底標高以下50cm。以挖掘機為主，組織表層土方的開挖作業，期間合理協調自卸車，高效出土?；油练介_挖分三步完成，密切關注實際進度，擇機安排刷坡，并及時將開挖產生的土方倒運至指定區域，避免大量堆放在現場。B 出入口基坑采用3 道鋼支撐，基坑跨度35.5m。每層土方開挖前，首先沿SMW 工法樁縱向拉槽，確認無滲漏后進行對稱開挖。

第三層土方開挖示意圖見圖1。

圖1 第三層土方開挖示意圖

2.4 施工基礎安全的保證

2.4.1 基坑內部支護結構的保護

作為基坑作業中不可缺少的一個環節，支護結構的形式和維持極其關鍵，尤其是在基坑深度作業可達幾十米的施工中，技術人員所采用的支護結構是否一直處于穩固狀態將直接關系到整個基坑作業是否能夠安全進行。就鋼支撐支護結構來說，為避免土體沉降和周邊環境被破壞，操作人員必須堅持“邊挖邊支撐”的原則，循序漸進地開展施工作業，由此保證內部支護結構的超強穩固狀態，以降低施工安全風險。

2.4.2 馬道處理

馬道雖然為臨時搭建，但其位置和搭建方式不容忽視。同時，作為深基坑作業中的坑底和上口相互連接的唯一出入口，馬道的安全設備也會直接給整體基坑施工安全帶來多項好處。作為以腳手架為搭建基礎的通道，搭建過程中除平整以外，還要將其實行專業的夯實處理，讓其坡道寬度保持在1m 的距離且時刻在90°的垂直狀態，方便與其他施工設備相互連接和配合，由此保證所挖基坑上下口作業時的安全性，降低基坑沉降的產生概率。

2.4.3 夜間施工照明保障

介于施工進度和質量的要求，深度基坑在整個作業中存在夜間施工階段，此時是考驗技術人員對安全知識掌握的牢固程度。夜間照明是晚上施工時的亮度保證，在燈泡的選擇和支設方面要重點考慮。本項目中，施工人員以作業的實際環境和范圍為基礎，在基坑作業區域內借助特定的鋼管架，將瓦數在5kW 的4 個太陽燈以懸掛的方式設立在基坑上方，便于夜間施工，降低安全事故。同時，做到邊挖邊巡視的工作，對重點施工區域加強夜間的巡視和作業狀態的觀察。

3 鋼支撐施工

（1）直鋼支撐施工：本工程基坑支撐長度在5.1～11.4m 左右，鋼支撐根據連系梁設置位置分兩段進行吊裝。待顯現出支撐工作面后，鑿除SMW 工法樁混凝土保護層，直至該部位暴露出預埋鋼板為止，此后將牛腿安裝至指定位置，并在設置好的牛腿處安裝支撐，根據設計要求合理施加軸力，配套保護裝置，全面增強防護效果。鋼支撐最重約9t，為此配套的是100t 汽車吊，由該設備高效吊裝。

(2）斜鋼支撐施工：以實際施工進度為準，每完成一段土方開挖作業后，隨即檢測支撐中心標高，結合實測結果確定斜墊箱的安裝部位，在此基礎上鑿出預埋鋼板，以焊接的方法將卸墊箱設置好。此后，啟用1 臺100t 的汽車吊，用該設備吊裝鋼支撐，將其架設至已經到位的斜墊箱處，確認位置無誤后施加預應力，復緊螺栓。

（3）混凝土（鋼）連系梁施工：每層支撐間設置連系梁，混凝土支撐間連系梁與支撐連接按照設計及規范要求進行錨固及箍筋加密、加固，其余要求同支撐要求。

（4）鋼支撐拆除步驟：按照“扣扎鋼支撐→頂進作業→鋼楔拆解→停止頂進→鋼管下放及連接→吊運”的過程依次完成鋼支撐的拆除工作。需要注意的是，此項作業開展的前提為混凝土的噴射結構滿足初始設計方案要求，同時借助專業的托架將鋼管予以拆除，如遇到圍護結構斷裂等情況，要及時運用焊接方式處理，并確保連接所用的螺栓、鋼管等構件處于穩固狀態，此時也可開展卸荷作業，由此完成整套鋼支撐的拆除工作。

4 降水井施工

（1）主體基坑的降水井：采用的是孔徑為650mm、直徑273mm 的鋼管，制作成鋼管井。對于疏干井的施工，取適量優質濾料，用于回填自井底開始至地面以下2m 的范圍，剩余部分回填填土。除此之外，進行如下配置：在坑外設潛水觀測井，此處選用的是無砂水泥管，直徑400mm、孔徑700mm；坑外承壓水觀測井，此部分采用的是鋼管井，濾管以上1m 至井底回填濾料，在完成此部分的回填作業后，于濾料頂面以上5m 回填優質黏土，借助此方法來達到封孔止水的效果，對于剩余的部分（優質黏土頂面至自然地面），回填施工材料則以黏土為宜。

（2）過濾器及濾網：配套的是橋式過濾器，鋼管井孔隙率不小于15%，濾網采用60 目兩層尼龍網，螺旋纏繞，搭接20cm，每隔30cm 綁扎鐵絲一道。

（3）濾料：由于本工程所處地區，地層土顆粒較細，根據以往工程經驗，針對疏干井和坑外觀測井兩部分的濾料，選用干凈石硝或中粗砂，粒徑控制在0.2～0.3cm。

（4）沉淀管：布設位置安排在濾水管底部，長度按1.00m 的要求予以控制，在此方式下，以免因井內沉砂而導致堵塞（此時不利于正常進水）。

5 基坑封井方案

第一階段：在墊板墊層施工時，可對出水量較小的疏干井做封井處理，在此之前先用其他工作井正常運行，實現對水位的有效控制，待實測結果顯示其低于基坑開挖面以下1.0m 時，可以開始封井，具體的數量視實際情況而定（必須確?；拥装鍧仓h節無突涌現象），通常，最多為基坑內疏干井總量的1/ 3。

第二階段：待底板混凝土的強度達到要求后，適當保留一部分，作為結構抗浮井、應急井、后澆帶用井，對除此之外的其他井均做封井處理。數量方面，以現場抽水情況為準，做合理控制。

第三階段：抗浮及后澆帶達到要求后，可以針對各預留疏干井做全面的封井處理。

在流程化的封井過程中，各階段的細節較多，對于第二、三階段的疏干井，其特殊性在于需穿過底板，因此對封井時間有特定的要求，即需要在底板混凝土澆筑結束且具備足夠的抗浮性能后方可進行。項目采用到橋式過濾器井管，此裝置穿過底板時銜接部位的控制極為關鍵，應確保底板與降水井管達到緊密連接的狀態，以免出現滲漏。著重處理自基底以上部分的濾水管，將此部分更換為平管，并以焊接的方式設寬度至少達到15cm 的剛性止水鋼環，經過多重處理后有效阻隔地下水，防止其滲漏。

6 基坑監測

6.1 監測目的

經過全面的監測后，根據數據判斷5 號線車站與區間結構的變化，并且監測所得的數據可以給建設方和運營方提供重要的參考，以便對實際情況做出準確的判斷，針對異常狀況及時采取處理措施[2-3]。在加強監測后，可以在安全的環境下推進基坑施工進程，也能夠保證既有5 號線的正常運營。

6.2 監測范圍

項目監測范圍取3 倍基坑開挖深度，整個區間內的受影響程度不盡相同，其中1 倍基坑開挖深度以內最易受到外部因素的干擾，屬于主要影響區，1～3 倍基坑開挖深度范圍為次要影響區，根據地鐵4 號線成林道站1 號風道及F 出入口基坑與地鐵5 號線成林道站的平面位置關系及縱向位置關系，地鐵保護區的監測范圍為地鐵5 號線成林道車站的車站主體結構、軌道結構及2 號風道結構，適當外擴保護區監測范圍，同時監測地鐵5 號線成林道站與隧道之間的差異沉降，監測里程總長度約170m。

在地鐵5 號線車站與地鐵4 號線成林道站1 號風道基坑之間上方地表布設2 個地表監測斷面，每個斷面布設3～5 個地表監測點，共計8 個地表監測點。

于道路或車輛來往地段設地表沉降點，在測點處鉆孔，孔徑不小于110mm、深20～60cm，具體以現場硬路面層厚為參考，對鉆孔深度做合理的調整。鉆孔后，向其中插入長度為100～120cm 的圓頭鋼筋，使其能夠到達軟土層；并有效控制鋼筋頭的位置，使其低于地面5～10cm，鋼筋頭以下部分用回填土填充。道路上的測點鉆孔側壁應有鋼護筒并應加蓋保護。

于空地處布設地表沉降點時，在地表打入100～120cm 的圓頭鋼筋，地面采取防護措施，以免測點受損。測點設置到位后，于該處設置醒目的標記。

7 結語

根據施工期間檢測及后續分析，本次基坑開挖對既有5 號線成林道地鐵站影響較小，豎向沉降僅2.43mm，水平位移僅- 1.40mm。整個施工過程中未對既有5 號線運行造成任何影響。基本開挖工期約120d，開挖極限深度11m，開挖過程中對基本支護樁基內撐桿進行檢測，支護樁水平位移在符合范圍內，內撐桿受力均勻無突變。地面無沉陷，對周圍建筑物影響基本可忽略。降水井與止水樁的設計方案保證基坑施工期間地下水始終位于作業面以下，且局部降水并未對周圍結構產生沉降變形。

綜合以上分析，本開挖支護和降水方案滿足施工要求。特別是存在既有線路的深基坑施工，本施工方法具有可行性，滿足要求，值得推廣。