明挖法施工技术及其在地铁车站基坑中应用

2013-12-10陶刚

科学时代·上半月 2013年11期

陶刚

【摘要】明挖法是地铁车站施工的首要选择方案，具有施工进度快、施工技术简单、造价低、便于大型机械化施工的优点。挖法的关键技术包括降低地下水位，边坡支护，土方开挖，结构施工及防水工程等。本文对明挖法施工技术进行概述，并以某地铁车站工程为例介绍了明挖法的降水与支护两大施工技术。

【关键词】地铁车站；明挖法；降水；支护

一、明挖法施工技术

明挖法是传统的地面框架结构施工方法，需要有宽阔施工场地和环境，具有施工进度快、施工技术简单、造价低、便于大型机械化施工的优点。在施工时首先需要在地面先做基坑围护桩，然后从上而下的进行基坑土方的开挖施工，必要时需要在基坑周围进行加固防止基坑变形，开挖到底后由下而上的进行框架结构的施工。一般明挖法被作为地铁车站施工的首要选择方案。但是明挖法也有破坏、污染环境较为严重，影响市区区民的生活、施工风险较大等缺点。明挖法的关键工序是：降低地下水位，边坡支护，土方开挖，结构施工及防水工程等。其中边坡支护是确保安全施工的关键技术。

边坡支护施工技术主要包括：①放坡开挖技术，主要适用于地面开阔和地下地质条件较好的情况；②连续墙支护技术，一般采用钢丝绳和液压抓斗成槽，也可采用多头钻和切削轮式设备成槽。连续墙不仅能承受较大载荷，同时具有隔水效果，适用于软土和松散含水地层。③混凝土灌注桩支护技术，一般使用的是人工挖孔或机械钻孔两种方式，支护可采用双排桩加混凝土连梁，还可用桩加横撑或者是锚杆形成受力体系；④土钉墙支护技术，在原位土体中用机械钻孔或洛阳铲人工成孔，加入较密间距排列的钢筋或钢管，外注水泥砂浆或注浆，并喷射混凝土，使土体、钢筋、喷射混凝土板面结合成土钉支护体系。⑤锚杆支护技术，在孔内放入钢筋或者是钢索后注浆，达到预定强度之后与桩墙进行拉锚，并加预应力苗谷后共同受力，使用与高边坡及受荷载较大的场所。

二、地铁车站基坑结构问题

1、采用明挖法施工的车站，基坑范围内的管线需改移或采取悬吊、架空等措施，基坑设计一般不考虑周边管线保护要求。对于基坑周边一定范围内的建筑物和构筑物，基坑应根据有关规程及安全等级采取相应的防护措施。

2、围护结构类型选择

根据地下车站的结构形式、埋深、场地地质情况及周边环境，同时参考北京地区地下工程建设经验，地下车站主体结构部分的基坑围护一般采用地下连续墙、灌注桩及土钉墙等几种形式。

3、对于采用连续墙及灌注桩围护形式的围护结构，支锚一般单独采用内支撑及锚索或两者结合使用，内支撑一般采用600或800的钢管，壁厚14 ～16mm，横向间距一般为3米，竖向间距一般为5～6米，锚索一般采用钢绞线。

4、根据坑底土层的工程力学指标，经墙体的抗滑动、抗倾覆、抗隆起、整体稳定、抗管涌等验算，确定连续墙及围护桩人土深度。

5、围护结构计算。对于连续墙及灌注桩，计算时将其模拟为竖向弹性地基梁，采用有限元分析方法计算，计算时需根据基坑开挖、加撑和内部结构回筑、拆撑的不同工况，分步计算结构的内力、基坑位移、地面沉降，并验算基坑的抗滑移、抗隆起、抗倾覆、内部稳定性、整体稳定性。

三、明挖法在地铁车站基坑中应用

（一）工程概述

某地铁车站是某地铁2号线一期工程最长地铁站之一，车站长度有258米，包括车站与车站停车线区间。车站采用明挖法施工，车站基坑支护结构对整个工程的造价施工与安全有密切影响，因此施工重点在于基坑支护。本车站主体围护结构采用800mm厚地下连续墙，连续墙接头采用H型钢，接头外增设两根三重管旋喷桩墙间止水；主体结构围护体系支撑标准段设四道撑，第一道为钢筋混凝土支撑，二、三、四道支撑均为φ800，t=16的钢管支撑；两端盾构始发井段设五道撑，第一道为钢筋混凝土支撑，二、三、四、五道支撑均为φ800，t=16的钢管支撑。

（二）降水效果控制措施

1、材料的选用

为控制降水井运行效果，我们首先从材料进场入手，保证管材第一要符合强度要求，第二要具有规范要求的渗透性，要求管材必须有强度报告和透水性实验报告；滤网选用60目优质滤网，并经过有关部门的检验达到要求方可进场使用，滤料选用要进行筛分实验，保证含泥量、级配等指标符合要求。

2、加强降水效果监测

（1）在降水工作启动之前，统一测量井内的水位。降水工作启动后，动水位和出水量的测量时间在抽水开始后每10min各测量一次水位和水量。当水位和水量趋于稳定时可每隔2～3h观测一次，当水位趋于设计水位后可每天测量一次。

（2）当降水井中的水位趋于稳定尚不能达到水位下降值，加大水泵出水量，以达到设计降深值。

（3）对水位、水量观测记录进行整理，绘制流量与时间和水位降深与时间过程曲线图，分析水位下降趋势，预测达到设计降水深度的时间。

（4）降水过程中随时观测出水含砂量，当含因及时解决涌砂问题，防止涌砂引起地面塌陷并对附近基础造成影响。

（5）在基坑开挖过程中，及时观测基坑侧壁和坑底的渗水现象并查明原因，以便采取必要的处理措施。

（6）降水监测为确保降水不影响周边环境安全，降水作业应均衡进行，抽水连续，不得采用突击降水；并对周边建筑物做好监测，对地面一定范围内实施监测保证安全。由于降水期较长，降水使场区地下水均衡关系发生较大变化，必然对周边环境产生影响。为了较准确地掌握场区地下水动态变化，及时采取必要的处理措施，在降水工程实施的同时，建立地下动态监测网。

（三）支护技术施工要点

1、钢支撑安装

安装顺序：第二道钢支撑—→第三道钢支撑—→第四道钢支撑—→第五道钢支撑。

安装方法：本工程基坑支撑长度在19.7m左右，由于中间没有连系梁，因此可以整根钢支撑吊装。安装时先测量支撑安装中心位置，后按牛腿安装标高凿除地下连续墙砼保护层并暴露预埋焊接钢牛腿，最后将支撑安装在牛腿上并施加轴力。吊装采用50t履带吊车起吊安装，用钢丝绳在钢支撑上绑上两个着力点，安放在墙壁三角牛腿上。

第二道钢支撑安装：当支撑工作面出来后，按照设计标高焊接钢牛腿，同时丈量两侧地下连续墙间距离，调整已拼装好的支撑长度当支撑工作面出来后，及时丈量两地下连续墙间实际距，并调整已拼装好的支撑长度，按照设计安装水平位置和标高分别在地下连续墙预埋钢板上施焊钢牛腿。支撑安装标高、长度经复验无误后，再由一台50T吊车架设钢支撑，及时按设计要求施加预应力，本道支撑每次要求在8小时内安装完毕。

第三、四、五道支撑安装，施工顺序同第二道支撑安装，每道支撑安装完，经验收合格后方可进行下一层土方开挖。

2、钢支撑加力

用吊车架设支撑并迅速设定支撑轴力监测点，取得初始读数后按设计分级和围檩反应决定的加载速度加载，严格控制预加力。钢支撑轴力预加方法：用吊车将两个千斤顶吊放到活络头加压处，定位加压，观察加压器压力表，达到设计预加轴力值后，停止加压，将钢楔用大锤打入活络头预留孔内，然后减压卸掉千斤顶，如采用两个以上钢楔时，上下交错布置。钢支撑加力见图1。

钢支撑预加力后，在土方开挖和结构施工时，每天做好监测工作，根据监测结果，发现异常及时采取补救措施。同时，监管好钢管支撑的安全，杜绝危害支撑安全事件的发生。

3、钢支撑复加轴向预应力

（1）在第一次加预应力后12小时内观测预应力损失及桩体水平位移，并复加预应力至设计值。

（2）当昼夜温过大，导致支撑预应力损失时，立即在当天低温时段复加预应力至设计值。

（3）当桩体水平位移速率超过警戒值时，可适量增加支撑轴力以控制变形，但复加后的支撑轴力和挡墙弯矩必须满足设计安全度要求。

四、结束语

地铁车站采用明挖法施工使工程便于大型机械化施工，保证了施工进度，降低了工程。明挖法的一些施工工艺，如降水、土方开挖、支护形式的选择与施工控制等有待进一步探讨效果更好的技术措施。

参考文献：

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[4]杨思谋，严洲.复杂条件下某地铁站某出人口基坑方案设计[J].广东土木与建筑，2008（9）.