王胡砦地鐵車站基坑開挖施工工藝

章鄭遠

（中鐵上海工程局集團有限公司，上海 201906）

1 引言

地鐵工程的基坑支護對保證施工安全和減少工程風險至關重要。基坑支護施工過程中，需要進行監測和控制，通過監測基坑周邊土體的變形和沉降情況，可以及時發現和處理地面沉降、土地變形及地下水位變化等問題，確保施工安全。因此，在地鐵工程中，基坑支護的設計和施工是非常重要的環節。

2 案例概況

鄭州市軌道交通7 號線一期工程北起惠濟區東趙北，南止于二七區南部大學路與規劃豫一路路口，工程全長約26.81 km，均為地下線設20 座車站。其中，王胡砦站為軌道交通7 號線與14 號線換乘車站，地下兩層三跨箱形框架結構（14 號線為預留換乘節點，地下3 層），建筑面積16 171.41 m2，車站主體結構外包長度245m，標準段寬23.1 m，標準段基坑深度17.63 m，換乘節點深度為26.31 m，設有3 個出入口，2 組風亭，車站采用明挖順作法施工。

3 基坑降水

1）本場區地下水類型屬第四系松散巖類孔隙潛水，地下水主要賦存于約40 m 以上粉砂、細砂、粉質黏土、黏質粉土層中，多為弱透水層，根據最新地下水位探孔顯示，本場區內地下水位埋深在17.74～18 m。

2）本工程地下水的補給主要為大氣降水、河流下滲、地下水側向徑流等補給。地下水由西、西南向東及東北徑流，水力坡度約0.5‰，徑流條件稍差，受開采的影響，徑流方向可發生局部改變[1]。

3）地下水的排泄，主要有蒸發排泄和徑流排泄、入滲河流等形式。

4）換乘節點開挖前15～20 d 開始降水，基坑內布置疏干降水管井，降水深度控制在坑底下1.0 m 內。

5）在開挖15～20 d 前，通過疏干降水管井抽取地下水，控制降水深度在坑底以下1.0 m。可以使用抽水泵進行抽水，將地下水排出基坑。

4 基坑開挖

4.1 開挖前的準備工作

4.1.1 技術準備

1）查明影響范圍內建筑物的結構類型、層數、基礎類型、埋深、基礎荷載大小及上部結構現狀，并應注意留下相應的證據。必要時，還應請權威部門進行相應的鑒定。

2）查明基坑周邊各類地下設施的分布和性狀是為了避免在基坑開挖過程中對這些設施造成損壞或影響運行。

3）了解施工期間當地歷年的雨水等氣候情況，并進行科學合理的分析。

4）掌握基坑距四周道路的距離及車輛荷重情況。

4.1.2 勞動力配置

為了確保施工的組織保障、技術管理和質量控制，項目組選擇了技術、質量、安全、測量和試驗等方面能力較強的人員組成施工隊伍。考慮到地鐵車站的施工規模大、工期緊、任務重、難度大，項目部決定派遣經驗豐富的現場管理人員來協調基坑開挖施工的各個環節。另外，根據工期安排還需要選擇施工組織能力強、信譽好、能吃苦的施工人員進行基坑開挖[2]。

4.1.3 機械及物資準備

根據現場平面布局，在開工前要做好物資和臨時建筑的準備工作，包括制訂施工材料的計劃，選擇合格的廠家和產品，并簽訂供貨合同，同時需要按計劃分期分批組織物資進場；根據主要機械設備的需求量，需要及時組織機械設備的進場、安裝和調試，以確保其處于可使用狀態；大型設備在進場前需要進行設備報驗，只有經過監理批準的合格設備才能進場進行施工。

4.2 基坑開挖施工流程及注意事項

4.2.1 基坑開挖

本工程項目基坑開挖采用明挖順作法施工，標準段基坑深度17.63 m，換乘節點深度26.31 m；王胡砦站圍護結構采用鉆孔灌注樁+ 止水帷幕（換乘節點）+ 內支撐體系。其中,鉆孔樁盾構洞門范圍鋼筋采用玻璃纖維筋； 車站兩端盾構井的圍護采用1 200 mm@1 500 mm鉆孔和長度為40.31 m 的灌注樁，共采用了五道支撐，其中第一道、第三道為混凝土支撐，第二道、第四道、第五道為直徑φ48 mm、壁厚3.25 mm、長度3 000 mm 的鋼管支撐。

4.2.2 注意事項

1）基坑開挖嚴格按照“時空效應”原理，在開挖過程中遵循“先撐后挖、分層開挖、嚴禁超挖”的原則，做到“按需降水、分層開挖、及時支撐、快速封閉”，減少開挖過程中的土體擾動范圍。

2）王胡砦站基坑開挖先開挖表層土，再開挖北端頭①～④節段，待第④節段見底后同時兩端向中間同時開挖。

3）當基坑開挖過程中發現地質情況與設計不符時，應立即報告駐地監理、設計和項目經理部，并做好記錄。

4）繪制施工工程地質素描圖，以清晰表達實際地質情況。如果基底持力層與設計不符，應及時通知設計和監理人員，進行協商解決，以確保施工的安全和穩定性。

5）嚴禁機械碰撞支撐、排水設施、圍護墻等工程設施。在挖土時，應先掏空立柱四周，避免立柱承受不均勻的側向土壓力。這樣可以防止工程設施的損壞和安全事故的發生[3]。

4.3 鋼支撐架設

1）本工程項目鋼支撐架設采用龍門吊進行吊裝，換乘節點以北鋼支撐在車站北端頭進行拼接，再采用16 t 龍門整體吊裝至指定地點安裝，考慮到高壓線的影響，計劃配備70 t 汽車吊配合吊裝，換乘節點應當采用16 t 龍門吊進行，在端頭井拼接后再吊至基坑內安裝。鋼支撐施工流程如圖1 所示。

圖1 鋼支撐施工流程

2）鋼圍檁采用雙拼45c 工字鋼，并采用C35 細石混凝土填充密實。

3）鋼支撐架設完成后采用2 臺100 t 千斤頂對鋼支撐施加預應力，先施加40%，再施加20%，逐級遞增至設計軸力。

4）鋼支撐施工要緊隨挖土作業，隨挖隨撐，不允許延誤，各層土必須遵循“開槽支撐、先撐后挖、分層開挖、嚴禁超挖”原則。

5 基坑監測

5.1 監測項目

為了保證基坑開挖過程中結構及周邊建筑物體的安全，根據施工組織設計方案及工程項目所在區域內的地形地質條件、支護類型、施工工藝等，確定監測項目和需要使用的監測設備。

5.2 監測變形控制標準

在基坑施工過程中，監測地表沉降、圍護結構水平位移等變化非常重要，這些監測數據可以幫助項目部了解施工的影響和變化，及時采取相應的措施來確保施工質量和安全。監測周期的確定取決于施工進度和施工環境。一般情況下，監測間隔時間可以為2～3 d。但是，在基坑降水或者土方開挖等情況下，必須每天進行監測，甚至需要每天多次進行測量。這是因為這些因素可能會引起較大的地表沉降和圍護結構的變化，需要密切關注和及時調整。

同時，要進行連續監測，并將監測結果及時報告給相關單位，如設計單位、施工單位和監理單位等。

6 保證基坑開挖安全穩定的措施

6.1 規范施工操作流程

為確保基坑施工的質量和安全，需要嚴格按照制定好的基坑工程施工組織設計進行規范施工。如果需要對施工計劃進行變更，必須重新進行審批并獲得相關方的批準。

為了避免基坑開挖過程中引起周圍管線或建筑物的破壞，應采取分層開挖和分段開挖的方式。分層開挖是指將基坑的開挖分為多個層次，逐層進行開挖，確保土體的穩定性和結構的完整性；分段開挖是指將基坑分為多個段落，逐段進行開挖，以降低土體的位移，減小對周圍結構的影響[4]。

6.2 充分做好基坑排水

為了避免在基坑施工過程中出現浸水情況，應采取一系列的排水措施。

1）可以在基坑坡頂外設置擋水堤，防止地面積水沖刷坡面，并阻止基坑外的排水回流。擋水堤可以采用臨時的擋土墻或擋水板等形式，以確保外部積水不進入基坑。

2）在基坑內部可以設置排水溝和集水井。排水溝可以沿著基坑邊緣設置，用于收集和排出基坑內的積水。集水井可以供污水泵排出基坑內的污水，保持基坑內的清潔和干燥。

3）為防止地面積水進入基坑，還可以在基坑外側開挖排水溝。排水溝應具備足夠的寬度和深度，以確保地面積水能夠迅速流入排水溝中，并離開基坑區域。

6.3 加強變形監測

基坑變形監測是基坑施工過程中非常重要的一項工作，可以及時發現存在的安全隱患，并采取相應的措施進行調整和加固，以確保施工的安全性。在基坑變形監測中，應重點關注圍護結構的形變以及地表沉降等項目。通過使用測量設備如全站儀、傾斜儀等，可以對圍護結構的水平位移、豎向位移等進行監測，以了解圍護結構的穩定性和安全性。同時，通過監測地表沉降，可以及時發現和評估基坑開挖對周圍土地和建筑物的影響。

6.4 注重縱向邊坡防護

對于縱向邊坡的防護，在邊坡施工的時間較短或者面對普通土質的情況下，可以采取將水導入排水溝中或在坡面上鋪設彩條布等簡單的方法進行防護。這些方法可以有效地幫助水流分散和排泄，減少水分對邊坡的侵蝕和破壞。對于施工停留時間較長或者夾砂層土質的邊坡，可以考慮使用掛網抹面法進行防護。具體操作是在邊坡坡面上鋪設鋼絲網，并插入1 m 長度的鋼筋將鋼絲網固定起來，然后在鋼絲網上鋪設厚度為5 cm 的M7.5 標號的水泥砂漿層。這樣的做法可以增加邊坡的穩定性和抗沖刷能力，抵御長時間的水流沖刷和侵蝕。

6.5 注重周邊環境保護

1）基坑開挖后，主要會引起墻體的水平和豎向變形，以及基底的隆起和地表的沉降。為了確保施工質量和遵守施工組織設計要求，需要在開挖過程中正確設置支撐，并密切關注基坑周圍環境的影響。

2）在基坑開挖中，正確設置支撐是關鍵。支撐系統需要能夠承受墻體的水平和豎向變形，并提供足夠的支撐力，以確保墻體的穩定性和安全性。支撐設計應根據工程實際情況和工程地質條件進行合理選擇，并嚴格按照設計要求進行施工。

7 結語

綜上所述，每個地鐵車站基坑的開挖技術和圍護措施都需要根據具體的地質條件、 基坑結構特點和設計要求進行研究和設計。不同的地理位置、地下水位以及車站結構和設計風格都會影響基坑開挖的方法和圍護方案。在實踐中，工程建設者通過不斷探索和總結經驗，以及應用新技術、新材料、新工藝和新設備等，不斷提高地鐵建設的效率并降低成本。這些努力大大改善了城市交通，并為保證施工安全和質量做出了重要貢獻。