地下三層地鐵車站基坑開挖施工技術應用

【摘 要】地下三層地鐵車站在施工時需要進行基坑開挖，在深基坑開挖過程中常見的病害有土體失穩(wěn)、地面沉降、坑底塌陷、坑壁滑動等，對施工工期及運營期安全提出挑戰(zhàn)。以成都軌道交通13號線一期工程嬌子立交站為工程背景，結合工程地質與水文條件，對基坑圍護結構鉆孔灌注樁的施作以及基坑主體的開挖施工技術進行了詳細闡述。

【關鍵詞】地鐵車站； 基坑開挖； 圍護結構； 鉆孔灌注樁； 施工技術

【中圖分類號】U231.3【文獻標志碼】A

0 引言

大型深基坑工程是高層建筑和城市地下工程的重要組成部分。在深基坑工程的施工中，圍護結構的穩(wěn)定性對基坑穩(wěn)定性有主要影響。

深基坑開挖不僅要保證基坑本身的安全與穩(wěn)定，且要有效控制基坑周圍地層移動以保護周圍環(huán)境。由于地層構造錯綜復雜，加上設計與施工管理不善，如果支護技術不當，開挖措施不力，會導致基坑周邊土體失穩(wěn)造成房屋開裂傾斜、變形、地下管網斷裂等等，嚴重破壞基坑周圍環(huán)境。如果對這些問題處理不當，會對深基坑的施工造成重大影響，延誤工期，造成巨大經濟損失和不良的影響。

在基坑開挖過程中由于改變了原位土體的應力場及地下水等環(huán)境因素，必然引起圍護結構的變形甚至破壞、基坑周圍地表的沉降、基坑失穩(wěn)和基坑隆起等現象［1］。因此，基坑開挖施工必須考慮既有土體和地下水的影響。

劉建航等［2］近二十年來結合上海軟土地區(qū)深大基坑工程實踐，提出了深基坑時空效應理論。高文華、范益群、侍倩、劉國彬、張燕凱等［3-7］對深基坑工程時空效應作了更進一步的研究，在試驗和理論推導的基礎上得出一些計算土壓力和基床系數的經驗公式。這些方法基本思路是根據深基坑時空效應規(guī)律，修正主動區(qū)的主動土壓力系數，將被動區(qū)的彈性基床系數修改為考慮開挖過程的時空效應的等效系數。

在針對地鐵車站基坑開挖施工技術研究方面，張念等［8］結合烏魯木齊地鐵１號線某車站施工，采用數值模擬計算方法對比分析拉槽分層開挖方法與傳統(tǒng)基坑開挖方法在施工過程中的基坑的穩(wěn)定性，說明拉槽分層開挖方法的可行性；田憲國［9］根據蘇州市臨頓路地鐵車站深基坑開挖的地質與周邊的復雜情況，采用鉆孔灌注樁、地下連續(xù)墻、深層攪拌樁等多結構形式聯合圍護的基坑加固方案，可最大程度地降低結構失穩(wěn)風險；惠吉會［10］以已建成蘇州地鐵某車站未設置換撐的超深基坑為工程背景，運用啟明星等軟件模擬不設置換撐與設置換撐不同工況下，基坑變形及周邊管線沉降數據地墻位移等，與實際監(jiān)測數據進行對比分析，研究地鐵車站圍護結構換撐設計的經濟性與合理性。

1 工程簡介

1.1 13號線一期工程簡介

13號線一期沿線經過青羊區(qū)、武侯區(qū)、錦江區(qū)、龍泉驛區(qū)，線路如圖1所示。

1.2 嬌子立交站工程簡介

嬌子立交站是13號線一期工程的第17座車站，車站位于成龍大道與南三環(huán)交叉口東側，沿成龍大道北側綠地西北-東南方向設置。預留遠期30號線換乘通道。本站為島式車站，總長13 m，使用雙柱三跨地下三層現澆框架結構進行標準段施工，其寬度為22.9 m，本站中心里程為右DK38+261.329，右線設計起點里程為右DK38+125.028，右線設計終點里程為右DK38+370.729，車站總長245.7 m。

車站總建筑面積為28 502.06 m2，主體結構基坑深度為29.4～34.88 m，平均覆土厚度約為4.95 m。共設置7個出入口，9個獨立消防疏散通道，2組風亭，1個消防水池和1座冷卻塔。本站圍護結構采用鉆孔灌注樁+內支撐的支護結構形式，車站采用明挖形式，車站大小里程端為盾構接收。

嬌子立交站施工風險主要在于該站為地下三層結構，采用碗扣式支架體系施工，支架搭設高度較高，跨度大，在進行大體積混凝土澆筑過程中安全風險較高。

嬌子立交站標準斷面如圖2所示。

2 工程地質與水文地質

2.1 工程地質

嬌子立交站施工范圍內地面較為平整，場內標高在4.95 m左右，地層自上而下主要涉及到的地層有①Q4ml雜填土、②Q1+2fgl黏土、③Q1+2fgl含黏土卵石、④K2g全風化泥巖、⑤K2g強風化泥巖、⑥K2g中風化泥巖，各地層地質特征見土層特征表，地質分布情況見圖2。

2.2 水文地質

施工范圍內的地下水主要是賦存于黏性土層之上填土層中的上層滯水、第四系砂、卵石層的孔隙潛水，而卵石層的孔隙潛水、第四系砂對施工造成的影響較大。

（1）上層滯水。賦存于黏性土層之上填土層中的上層滯水主要分布在地表，其特點是不穩(wěn)定且水量變化較大。

（2）孔隙潛水。施工區(qū)間具有成層狀分布的較厚含黏土卵石層，局部夾薄層砂，孔隙潛水大量賦存于間隙中，其具有水位高、水量大的特點，主要補給源包括區(qū)域地表水、大氣降水。貫通的自由水面由含黏土卵石層中的孔隙水形成。

2.3 不良地質情況

通過查閱該地區(qū)氣田分布圖，本站點施工區(qū)間不存在氣田，即可判定為為非瓦斯地段。但由于各種污水井、雨水井及地下管道遍布嬌子立交站場地位置道路下方，可能形成有害氣體。在類似市政工程施工中曾多次由于類似原因而造成傷亡事故，因此在進行基坑開挖施工時需要加強對有害氣體的監(jiān)測并采取合適的防護措施。

3 基坑開挖施工技術

根據本工程建設總進度計劃安排，結合基坑平面、埋深及管線遷改次序等特點，車站主要施工思路：

（1）前期做好施工準備、施工場地圍蔽、地下管線遷改、地上交通疏解、施工場地內部三通一平。

（2）完成降水井、排水溝、基坑圍護樁、冠梁施工。

（3）進行第一層土方開挖，邊坡網噴砼防護，架設第一道支撐。

（4）進行分層分段開挖基坑，同時架設鋼支撐，土方挖至坑底。

施工技術與測量技術黨偉松：地下三層地鐵車站基坑開挖施工技術研究

（5）當開挖至基底以上0.3 m后便停止基坑開挖，驗收合格后進行接地系統(tǒng)施工。在接地系統(tǒng)驗收合格后，立刻開挖至基底標高，質量達標后澆筑混凝土墊層封閉基底。

（6）按照順序施工車站防水層、底板、側墻、中板、頂板及防水。

（7）車站頂板回填覆土，恢復地面及道路。

（8）進行車站內部及附屬結構作業(yè)。

3.1 車站鉆孔灌注樁施工

嬌子立交車站標準段、盾構段采用1 200@1 800 mm鉆孔樁，圍護樁采取3 m的嵌固深度。在盾構洞門影響區(qū)間內的圍護樁使用1 200@1 600 mm玻璃纖維筋樁。樁間土采用8.0@150×150 mm鋼筋網、150 mm厚C20網噴混凝土封閉。鉆孔樁共計329根，樁長31.394 m，抗拔樁118根，樁長16 m，圍護樁設計為水下C35，附屬圍護結構180根。其中工程樁主筋采用HRB400E級鋼筋，其它樁基主筋采用HRB400級鋼筋。格構柱型鋼四根角鋼及綴板焊接而成，格構柱長度為12.9～21.7 m。

嬌子立交站共計鉆孔灌注樁659根，樁徑為1.0 m、1.2 m，根據綜合考慮，計劃投入3臺旋挖鉆機進行施工，每臺樁機日平均完成2根樁，采取跳槽法施工，完成一個樁基后做好防護隔天進行回填，泥漿護壁，導管法灌注水下混凝土，施工順序自大里程向小里程方向進行施工。鋼筋籠采取分節(jié)加工，分節(jié)鋼筋籠采用25 t吊車起吊。

嬌子立交站支撐立柱在基坑開挖面以上采用格構式鋼柱，在開挖面以下鉆孔樁作為基礎樁，格構柱插入鉆孔樁的長度為2.5 m，并與樁內鋼筋籠焊接一次成樁。格構柱采用角鋼180 mm×180 mm×16 mm和鋼板380 mm×300 mm×10 mm制作。格構柱主要包括鋼立柱和灌注樁兩部分，上部鋼立柱為鋼構件，下部為鋼筋混凝土鉆孔灌注樁基礎。格構柱分節(jié)吊裝，兩節(jié)格構柱拼接采用焊接連接，接頭錯開1 m，固定時格構柱必須居于鋼筋籠正中心。格構柱對接完成后，整體下放插入已經安放就位的鉆孔樁鋼筋籠內（圖3、圖4）。

灌注水下混凝土時，導管和漏斗之間設置閥門關好，導管距孔底0.3～0.5 m，將儲料斗、灌注漏斗裝滿混凝土后，開啟事先設置好的閥門進行水下混凝土澆注?；炷凉嘧B續(xù)進行不得中斷。灌樁時導管提升高度不宜過大。為確保樁頂質量，混凝土澆筑應比設計標高增加500 mm，澆筑底板（梁）前，應將樁頂浮漿鑿除清理干凈，保證暴露的樁頂混凝土達到強度設計值，樁頂以上露出的鋼筋長度應達到設計要求。

3.2 車站基坑開挖

車站均采用明挖順筑法施工，嬌子立交站主體基坑深度約29.4～34.88 m，標準段寬度為22.9 m，端頭井寬度為29.9 m，基坑開挖由大里程往小里程開挖，基坑開挖工藝流程如圖5所示。

根據車站地質及地下水情況，開挖前在基坑外設置地面截水溝，防止雨水流入基坑?；娱_挖過程中做好基坑降水、防排水工作。基坑側壁應在24 h之內完成封閉，以防基坑側壁變形過大造成坍塌。

采用明挖順作法進行嬌子立交車站施工。依據“時空效應”原理，橫向是先中間后兩側、先主體后附屬，縱向采用“分段、分層、留土護壁、限時、減少無支撐暴露時間”的原則，滿足基坑開挖、坑底降水、支撐圍護、監(jiān)控量測、結構作業(yè)等相關工施工序緊密結合。

采用機械開挖為主的土方開挖施工，人工配合修邊、清底，以防對樁身結構的擾動破壞。挖掘機在基坑內作業(yè)時，須有專人指揮，防止碰撞鋼支撐發(fā)生支撐掉落危險。

嚴格按施工方案分層厚度進行開挖，及時架設鋼支撐，確?；影踩；娱_挖至支撐設計標高以下0.5 m時必須停止開挖，在8 h之內安裝好鋼管支撐，并按設計要求預加力。

在進行基坑開挖時，基坑內支撐軸力是監(jiān)測的重點，對收集的數據進行及時的分析處理。當開挖至基底以上0.3 m后便停止基坑開挖，驗收合格后進行接地系統(tǒng)施工。在接地系統(tǒng)驗收合格后，立刻開挖至基底標高，質量達標后澆筑混凝土墊層封閉基底。

基坑開挖質量控制措施為：

（1）設置專門負責按設計長度配置、檢查與及時提供開挖面上所需支撐的作業(yè)人員，從而保證支撐長度和支撐軸線偏差滿足規(guī)范要求。

（2）在完成一定范圍的土方開挖并具備鋼支撐安裝條件后，立即架設鋼支撐，第二道、三道、四道支撐位置開挖面暴露長度不應大于12 m，其支撐軸向預應力需依據規(guī)范要求進行施加。提供預應力的油泵設備必須要經常檢查，保證正常運行的同時確保預應力值的準確測定。為保證在有限的時間內完成鋼支撐和噴錨支護，項目部計劃成立網噴小組、牛腿安裝小組、圍檁安裝小組，分專業(yè)流水作業(yè)，提高效率。對于每一根支撐，提前一天完成拼裝完畢，待使用時直接使用門吊吊裝。

（3）按開挖段邊坡土質特性進行邊坡穩(wěn)定性判定，確定安全坡度，整個開挖施工務必確保邊坡坡度大于安全坡度，時刻關注并及時排除流出邊坡的水流，避免滑坡發(fā)生。在每段土方開挖時，2 m以上的陡坡或垂直土壁嚴禁出現，以防邊坡土體塌方傷人，確保橫向支撐的穩(wěn)定安全。

（4）水土流失病害若在基坑開挖施工中發(fā)生，需對水土流失縫隙進行引排，嚴防基坑支護結構被小股流砂沖破，避免發(fā)展成急劇涌砂造成大量地面沉陷和支護結構失穩(wěn)，甚至造成嚴重的人員傷亡事故。

（5）為確?？拥组_挖平整，防止開挖時局部區(qū)域發(fā)生超挖現象，坑底標高0.3 m的基坑土方采用人工結合小面積開挖修平，保證基坑底部土體保持原狀。用砂對局部開挖的洼坑進行填實，嚴禁使用爛泥回填，同時布設集水坑結合抽水泵排除坑底積水。

（6）對最下道支撐下土方逐小段開挖后，澆筑混凝土墊層須在12 h內。為方便基坑開挖好后施作下道施工工藝，需事先做好施工準備工作，包括澆筑鋼筋混凝土底板的機械設備、人員配置、施工材料等。

（7）實行信息化基坑開挖施工，設置實時現場視頻監(jiān)控工作室，在整個基坑開挖施工過程中，每層開挖支撐的施工進展實現實時動態(tài)調整，地層位移實現實時監(jiān)測。

（8）在整個開挖施工進程中，基坑內外防水作業(yè)務必做好?；油夥浪扇≡诨铀闹茉O置截水溝（450 mm×500 mm），同時通過排水溝將基坑內部的雨水、滲水等引流至集水井中，并及時排至基坑外，基坑內嚴禁有水侵泡坡腳。

4 結束語

地鐵車站的建設是城市軌道交通系統(tǒng)中的重點內容，其中基坑開挖又是重難點項目，其施工環(huán)境滾錯綜復雜，開挖難度大，需要采取高效安全的深基坑開挖技術，創(chuàng)造安全穩(wěn)定的施工環(huán)境。本文結合成都軌道交通13號線一期工程嬌子立交地鐵車站工程實例，對其基坑圍護結構及基坑開挖施工技術展開分析，對類似地鐵車站基坑施工具有一定的參考價值。

參考文獻

［1］ 彭宇.地鐵車站深基坑支護體系設計研究［D］.西安：西安科技大學，2008.

［2］ 劉建航，候學淵.基坑工程手冊［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1997.

［3］ 高文華，楊林德，沈蒲生.香港廣場深基坑圍護結構變形的時空效應分析［J］.湖南大學學報（自然科學版），2000（1）：86-91.

［4］ 劉國彬，黃院雄，侯學淵.考慮時空效應的等效土體水平抗力系數的取值研究［J］.土木工程學報，2001（3）：97-102.

［5］ 范益群，鐘萬勰，劉建航.時空效應理論與軟土基坑工程現代設計概念［J］.清華大學學報（自然科學版），2000（S1）：49-53.

［6］ 侍倩.流變性地層中的深基坑開挖的環(huán)境保護［D］.武漢：武漢大學，2001.

［7］ 張燕凱，桂國慶，趙撫民.深基坑工程中考慮開挖深度和時間效應的土壓力計算公式的探討［J］.南昌大學學報（工科版），2002，24（1）：5.

［8］ 張念，朱雪健，萬飛.地鐵車站深基坑拉槽分層開挖穩(wěn)定性分析［J］.華僑大學學報（自然科學版），2021，42（3）：7.

［9］ 田憲國.地鐵車站深基坑開挖圍護結構與施工技術研究［J］.鐵道建筑，2010（6）：3.

［10］ 惠吉會.地鐵車站基坑換撐設計對基坑變形研究［J］.四川建材，2021，47（7）：3.

［作者簡介］黨偉松（1990—），男，本科，助理工程師，主要從事地下工程相關工作。