復雜環境下超長基坑施工技術

摘要：針對復雜環境下超長基坑的施工難題，常出現由于施工技術選擇依據不全面、不實際、可操作性差等問題所造成工程具體實施上的困難。文章以南昌市老城區內桃苑地鐵站施工為例，針對復雜環境下超長基坑采用蓋挖法車站施工工藝進行介紹，分享施工經驗，對類似工程具有施工借鑒意義。

關鍵詞：復雜環境；蓋挖施工法；超長基坑；地鐵車站

中圖分類號：U231.3 文獻標志碼：A

0 引言

近年來，隨著我國經濟水平的迅速提升以及人均生活水平的不斷提高，汽車這一交通工具逐漸被普及化，導致城市交通擁堵問題日益突出。受限于城市路面空間，發展地下軌道交通成為當務之急。而在城市軌道交通發展進程中，地鐵車站基坑^[1]的建設施工則成為聚焦的重點內容。

地鐵車站屬于淺埋大空間的地下構造物，由于其獨特的結構，與傳統基坑的施工方式有所不用。所以地鐵車站基坑的施工模式在我國主要可分為以下幾類：明挖施工法、暗挖施工法和介于二者之間的組合式開挖法，即蓋挖施工法。明挖車站施工^[2]具有低造價、技術和施工管理簡單等優點，但對市政交通及商業運營的干擾大，污染環境，且影響周期長。暗挖車站施工^[3]對市政交通及商業運營的影響不大，且環境污染小，但對覆蓋土層厚度要求較嚴，一般要求厚度小于6 m。圍巖條件差，開挖不易形成自然拱，當大斷面超前支護難以成型時，以目前的施工技術條件無法滿足要求。此外，由于大斷面施工^[4]對地下管線及構筑物的破壞難以控制，會使工程造價普遍偏高。相較于明挖法和暗挖法，蓋挖法車站施工^[5-6]能夠在很大程度上減輕對市政交通及周邊商業的影響，且造價適中。該施工方法不僅同時具有明挖法和暗挖法施工的優點，且能夠有效克服其所存在的缺點。因此，在交通復雜的商業區進行地鐵車站施工^[7]時，半蓋挖法會更為適用。而此次桃苑站則采用半蓋挖半明挖的施工方法。

1 工程概況

1.1 工程位置及基坑概況

桃苑站位于南昌市桃苑大街與桃苑中路站交匯口，沿桃苑大街東西方向布設，站位與桃苑大街等寬，車站外包總長460.7 m，標準段外包總寬19.7 m，基坑深度16.73～18.99 m。圍護結構采用0.8 m厚地下連續墻，車站標準段及西端頭井沿基坑深度方向均設置3道支撐，局部為5道支撐。車站周邊環境復雜，西端緊鄰桃花龍河，距離車站約13.88 m，桃苑大街橋橫跨桃花龍河；東側為撫河，距離車站約120 m，海關大橋橫跨撫河，距離最近為5.95 m。其余較近的建筑物距離基坑10～23 m。

本工程穿越土層主要為：①-1雜填土、①-2素填土、②-1粉質粘土、②-2淤泥質粘土、②-3中砂、②-4粗砂、②-5礫砂、③-1中風化泥質粉砂巖。車站基底位于粗砂、礫砂層、強風化巖層中，地連墻嵌入中風化泥質粉砂巖3.38～7.72 m。初見水位埋深4.70～6.70 m，場地地下水穩定水位年變化幅度可按1.00～3.00 m考慮。

1.2 基坑周邊環境概況

車站所處場地較為狹窄，周邊建筑物密集，道路交通擁擠。基坑開挖施工期間桃苑大街圍擋兩側通行（道路凈寬5 m），車站北側自東向西存在5個交叉口，車站南側自東向西存在4個交叉口，車輛與行人出入較為集中（見圖1）。

場地范圍的地下管線較多，主要有污水管、雨污合流管、給水管、天然氣管線、10 kV高壓線、通信管線、移動管線、電信管線和監控管線等，主要控制性管線有3根，分別為：DN1000的污水管，埋深為2.37～5.05 m；DN800的雨污合流管，埋深為1.97～2.67 m；DN1200的雨污合流管，埋深為3.25～6.00 m。

1.3 工程重難點

本區段位于南昌市老城區，周邊交通道路狹窄，車流、人流量大，施工干擾多。基坑主要位于富水砂層中，地下水位位于地面以下5 m，基坑開挖深度約16.5 m，車站周邊緊鄰建筑物較多，距離車站最近的建筑物僅為5.15 m。原車站范圍管線基本遷改至基坑與建筑物間的范圍，基坑開挖及降水過程中對周邊房屋影響較大，施工時的地層位移可能會引起房屋沉降、拉裂、管線破壞等風險。

2 鋪蓋法施工工藝

目前，國內地鐵車站鋪蓋法施工主要采用以下3種方式。（1）鋼筋砼支撐加蓋板方案：施工簡便，材料不占用場地，且拆除后的舊鋼筋可用于回收折減成本。（2）軍用梁方案：使用周期長，采用租賃不劃算，若自購，需周轉使用2～3次才較為經濟，不具備場地堆放條件。（3）鋼桁架方案：不屬定型產品，屬一次性投入，無法進行多次周轉使用，使用價值較低，同樣存在場地存放問題。

桃苑站位于桃苑大街，車流量較大；基坑跨度大（標準段跨度19.7 m，鋪蓋板寬度5.5 m），使用年限長。由于本地區采用鋪蓋法施工的地鐵車站較少，軍 用梁、鋼桁架無法進行重復利用，因此，在綜合考慮施工安全及經濟效益條件下，決定采用鋼筋混凝土支撐結構。

整個體系包括基坑支護體系和鋪蓋體系兩部分，其中，基坑支護體系由圍護樁、冠梁、橫撐等部分組成，用于承受基坑周圍的荷載。鋪蓋體系由鋪蓋板、鋪板梁和鉆孔灌注立柱樁組成，用于支撐路面荷載。車站北側5.5 m寬的蓋板供施工內部車輛使用，超載不大于35 kPa；車站南側2.8 m寬的蓋板供施工人員行走，超載不得大于4 kPa。

3 半蓋法在復雜狹長基坑的應用

3.1 總體施工組織

桃苑站基坑采用半蓋挖順筑法施工。結合項目總體施工策劃，桃苑站為盾構區間的雙接收站，基坑開挖總體設置兩個作業面，分別由東西兩端相向開挖，從西端頭往東施工，施工完成一段開挖后，從東往西工作面開始進行土方開挖施工。結構緊跟土方開挖進度，基坑降水在土方開挖前和過程中實施。

3.2 基坑降水施工技術

3.2.1 總體降水方案

基坑底主要處于砂層、礫砂層及部分強風泥質粉砂巖層中，圍護結構地連墻入巖深度不小于2 m。基坑降水以管井井點降水為主，排水溝明排為輔，采用深井泵疏干基坑內淺層潛水。考慮到局部底板位置風化巖層存在裂隙水，在底板位置設置盲管收集裂隙水，以保證基底干燥（見圖2）。

3.2.2 端頭井降水方案

端頭開挖過程中，降水井降水效果不理想，無法達到預想開挖進度，又恰逢雨季，使得降水難度增大且開挖進度明顯滯后。經現場分析研究，決定以管井井點降水為主，排水溝明排以及低點收水明排為輔，同時，采用深井泵疏干基坑內淺層潛水，污水泵抽排低點積水。

3.3 土方開挖技術

3.3.1 開挖作業順序

（1）標準段半蓋挖作業施工。基坑土石方分層開挖以每道支撐底面0.5 m作為分層開挖線，表層土方在冠梁施工前利用挖機開挖至支撐底標高，基坑第1道砼支撐以下土石方開挖在砼支撐達到設計強度后組織施工。第2道支撐以上土方通過設置2臺PC220挖機進行后退式開挖，挖至基坑邊緣再使用1臺PC220挖機將土方裝入自卸車或臨時棄土場。豎向第2道支撐以下土方再增加2臺PC220挖機，分別與第1臺PC220形成臺階式后退接力開挖，轉土至基坑邊后裝入自卸汽車或臨時棄碴場。坑底需增加1臺小型挖機對基坑底進行平整，對開挖標高進行精確控制。根據總體施工安排，桃苑站土方開挖由東、西兩端向中間進行開挖，尾處土方采用龍門吊配合提升。土方分層開挖施工示意圖見圖3，開挖順序見圖4。

（2）桃苑中路跨基坑臨時蓋板處基坑開挖。桃苑中路跨基坑臨時蓋板處土方開挖是在蓋板覆蓋下進行的，第1層臺階開挖時先在中心位置拉槽，再進行槽邊兩側土方開挖。土方直接甩至挖機后方，由另一臺PC220挖機負責轉土外運。后續層土方開挖施工按照標準段開挖順序進行。

3.3.2 特殊部位土方開挖

（1）靠近降水井的土方須謹慎開挖，嚴禁破壞降水井，挖至1 m范圍內時可采用人工清理及挖掘機倒運的方法開挖。

（2）立柱樁及格構柱附近土方可使用人工開挖，立柱樁樁頭需要人工破除，破除完的混凝土碎塊可用挖掘機倒運。

（3）支撐下的部分區域若無法使用大型挖掘機作業，可轉用小型PC-60挖掘機開挖或人工開挖。

3.4 施工監測技術

（1）根據現場勘查條件及采用的施工方法，對施工影響范圍內的監測項目進行初步估算和研究，并對車站附近的建（構）筑物、地下管線等可能受到影響的程度做出評估并提出處理方案，確保其在施工過程中處于安全的工作狀態。

（2）加強對施工過程的監測，建立監測網絡，實現信息化施工。

（3）加強對周邊構筑物及地下管線的垂直沉降、水平位移及傾斜的監測；同時需加強對基坑外的地表沉降和基坑內坑底回彈的監測以及鋼支撐的軸力監測。

4 結論

半蓋挖法施工能夠有效解決地鐵施工對城市擁擠路面的干擾，在國內地鐵的施工中使用越來越廣泛，且半蓋挖法相較于全蓋挖法，安全性、經濟性、工期管控更好。

半蓋挖法施工工序較多，蓋板施工周期長，需經多次交通疏解才能形成完整的蓋板體系，施工整體持續時間較明挖法長，而國內地鐵施工周期一般比較緊張，所以單從工期對比而言，不宜采用此工藝。

蓋挖法如需普及，需完善臨時路面鋪蓋工法，如采用標準化定型式的裝配式鋪蓋產品，通過重復多次使用，能夠很大程度降低施工成本。

采用蓋挖法施工時需加強對蓋板體系的監測，同時需控制路面車流量及施工荷載，要以基坑安全及周邊建筑物安全為前提。

采用半蓋挖方法，在一定程度上會影響主體結構施工工效，所以施工時要加強各項工序的銜接力，減少不必要的工期浪費，如蓋板下鋼模板安裝、站內材料運輸采用叉車配合等。

參考文獻

[1]孫超，許成杰.基坑開挖對周邊環境的影響[J].吉林大學學報（地球科學版），2019（6）：1698-1705.

[2]郭小明.地鐵車站深基坑明挖法施工技術要點探討[J].工程機械與維修，2022（2）：187-189.

[3]張青，趙耀.城市地鐵淺埋大跨暗挖車站施工技術[J].科學技術創新，2022（17）：147-150.

[4]羅光財，鄧尤東，雷軍，等.超大斷面淺埋暗挖地鐵車站轉換段施工技術[J].施工技術（中英文），2022（7）：53-56.

[5]羅志陽.狹長深基坑半蓋挖施工技術探究[J].城市道橋與防洪，2021（5）：189-191.

[6]石嶺，周賓，李永輝，等.地鐵車站基坑半幅蓋挖法施工監測及分析[J].現代城市軌道交通，2021（4）：70-75.

[7]何文，周智鵬，郭地，等.半蓋挖地鐵車站深基坑開挖變形規律研究[J].四川建筑，2022（2）：209-212.

（編輯 何琳編輯）

Construction technology of ultra-long foundation pit in complex environment

Wang Yunzhou¹， Wu Zeming²

（1.China Railway Tunnel Group Sanchu Co.， Ltd.， Shenzhen 518052， China; 2.School of Infrastructure Engineering， Nanchang University， Nanchang 330031， China）

Abstract：In view of the construction problems of super-long foundation pit in complex environment， there are often difficulties in the specific implementation of the project due to the incomplete， impractical and poor operability of the construction technology selection basis. Taking the construction of Taoyuan subway station in the old urban area of Nanchang city as an example， the paper introduces the construction technology of the station with cover excavation method for the ultra-long foundation pit under the complex environment， and shares the construction experience， which has the construction reference significance for similar projects.

Key words：complex environment; cover excavation method; ultra-long foundation pit; subway station