密集支撑条件下深基坑开挖施工技术

施伟

引言

随着我国经济建设的迅猛发展，全国掀起大型高层建筑、城市轨道等建设热潮，深基坑随处可见，地下空间结构向深大方向发展，在基坑工程施工过程中，经常会发生基坑坍塌、围边环境受损、坠落物伤人、工期延误等质量（安全）事故。特别是市中心繁华地段，周边环境复杂，如何安排施工顺序，顺利地进行土方开挖成了基坑施工的重中之重的工作，在施工中采取各种技术安全措施和应急措施，这些都关系到工程的质量、工期、成本、安全。

1 工程概况

诚毅广场站位于厦门市集美区集美新城中心，在纵八路与规划新盛路的交叉口。车站沿纵八路敷设，呈东南-西北走向，为地下两层高度为12m的岛式站台车站，双柱三跨钢筋混凝土框架结构，车站建筑面积11192m2，附属结构包括4个出入口和2组风亭。工程地质情况：根据详勘报告，车站范围地层为：＜1-2-1＞粘土质素填土，＜3-1-2＞黏土，＜3-4-1＞中砂，＜3-4-2＞粗砂，＜4-2＞淤泥质土，＜11-1-2＞残积可塑状砂质粘性土，＜11-1-3＞残积硬塑状砂质粘性土，＜17-1＞全风化花岗岩，＜17-2＞散体状强风化花岗岩。车站底板主要位于＜11-1-3＞残积硬塑状砂质粘性土和＜17-1＞全风化花岗岩，部分位于＜3-4-2＞粗砂。

2 密集内支撑条件下的基坑施工难点及技术方案比选

2.1 密集内支撑条件下的基坑施工难点

（1）本工程工期非常紧张，根据地铁整体施工工期要求，本站需要在年底前具备盾构机始发条件。车站内支撑体系密集，中间设计有格构柱、钢连系梁，操作空间狭小，机械开挖难度大，出土方式困难。如何合理地安排机械开挖并选择合适的开挖方法，满足深基坑安全和车站的节点工期成为最大的难点。

（2）基坑开挖深度大，车站结构段为淤泥质黏土、含有机质粉砂、全风化花岗岩，均匀性、自稳性差，遇水易软化及崩解，在动水头作用下，容易产生管涌、流土等渗透变形现象，因此基坑期间如何保护密集的支撑体系，严格控制围护结构水平位移及垂直不均匀沉降，确保基坑稳定是本工程的重点。

2.2 密集内支撑条件下的基坑施工技术方案比选

明挖顺作法深基坑应根据工程设计工况和水文地质条件制定基坑开挖方案时，充分利用"时空效应"以提高工程施工质量，确定合理的开挖顺序及每步开挖土体的空间尺寸，根据监测结果不断调整优化深基坑开挖施工技术参数。

2.2.1 纵向放坡开挖技术

采取从基坑一端向另一端延伸的分仓放坡开挖技术，由端头井进行土方开挖，拉坡出土，开挖到基底。优点是基坑土方运输方便，投入机械少，可有效地减少基底外露时间。缺点需要提供运输通道，钢支撑，混凝土支撑不能及时架设安装，影响基坑的总体安全。本站地质条件复杂，存在砂层、淤泥质黏土层，因此开挖技术不适合本站深基坑施工

2.2.2 分层开挖技术

采用反铲挖机与小型挖机配合分段、分层开挖，挖至第二层支撑下采用小型挖机挖土、倒土，由大挖机装车分层开挖技术。优点是小挖机灵活，不影响钢支撑的架设，同时两侧预留梯形土壁作为基坑临时支撑，抵抗基坑两侧土压力，防止基坑变形，降低了基坑安全；赶工期时可投入长臂挖机进行开挖装土。缺点是投入机械多。

根据盾构工筹的要求，既要保证基坑安全又要满足施工进度的前提下，确定本站采用分层分段开挖技术施工。

3 密集内支撑条件下的基坑开挖施工关键技术

3.1 诚毅广场站基坑开挖施工段划分

为保证按期提供盾构始发条件，本站土方开挖及结构施工从车站小里程端向大里程端施工，每段开挖长度约为20m，实际施工中考虑断面变化、变形缝、跨度等因素，按实际情况分段，并根据支撑位置调整每段开挖长度。在每段开挖长度范围内再分小的亚层，每个小的亚层长度为6m，高度为3m，进行开挖，严禁挖成锅底状；每开挖一小段（6～8m）后，及时架设支撑，首层开挖完成后施作钢筋混凝土冠梁及支撑梁，达到混凝土强度后，开挖第二层，并及时施作支撑系统，以此类推，逐层向下开挖详见图1纵向放坡土方开挖平面图。

图1 纵向放坡土方开挖平面图

为3个单元块，每单元块的土方量约为230～350m3，根据基坑开挖的“时空效应”的原理，每个工作面施工时在8～10h内各完成两个单元块的土方开挖，同时架设4根钢管支撑。每天一个循环。基坑开挖配备2台小松PC200型挖机、3台PC110-7型挖机进行土方开挖。

（1）第一步开挖及出土方法

第一层土方开挖前，先将原混凝土路面以及纵八路的中心绿化带上的人行道破除，然后采用PC200挖掘机开挖，自卸运输车直接进入基坑装土；车站冠梁底部位于地面下约2m，分一层进行开挖，在挖至第一道支撑设计标高后施工第一道支撑、冠梁及挡土墙。

（2）第二步开挖及出土方法

第二步土方开挖采用2台PC110-7型挖机进行土方开挖，开挖到第二道腰梁及支撑以下50cm，高度约6m。每段分为2层进行开挖，高度为3m，开挖长度为6m，层间坡率为1：2；两侧预留1～1.5m梯形土壁作为基坑临时支撑，抵抗基坑两侧土压力，防止基坑变形；两每开挖一小段（6～8m），开挖到支撑设计标高后及时架设支撑，采用PC110-7型挖机接力翻土倒运至一道支撑后再用一台PC-200挖机挖土外运。

（3）第三步开挖及出土方法

第二步土方开挖采用2台PC110-7型挖机进行土方开挖，开挖到第三道腰梁及支撑标高以下50cm，高度约5m。第三步土方开挖按第二步开挖方法进行基坑开挖。

（4）第四步开挖及出土方法

第四步土方开挖采用2台PC110-7型挖机进行土方开挖，开挖到基坑底，高度约4.8m。基坑第四步开挖时按第二、第三步开挖方法进行基坑开挖。第四步开挖至基坑底上方200mm左右时，采用人工开挖至基坑底部，底部剩余约800方土体采用小型挖机配合25t汽车吊吊运出土，吊斗采用2方吊斗详见图2开挖步骤纵剖面图。

图2 开挖步骤纵剖面图

3.2 基坑监测

本工程主要监测项目包括：桩顶（桩体）水平位移、桩顶沉降、支撑轴力、立柱沉降与隆起、地表沉降监测、地表开裂的观测、基坑周边建（构）筑物和地下管线沉降及位移监测。基坑自开挖至所有土方挖完，全过程中基坑日变形量、累计变形量均稳定受控，因此在集内支撑条件下采用分段分层开挖是可行的。

4 基坑开挖控制要点

（1）基坑土方的开挖必须配合内支撑、分段、分层施工，基坑须分层开挖，挖一层支护施工一层。基坑内共有146根钢支撑，20根格构柱，内支撑体系密集，开挖过程中，挖机必须指派专人负责指挥，在格构柱边上做好黄色警示标志，防止挖机碰撞立柱和钢支撑。随时关注基坑变形、边坡稳定情况，及时调整开挖长度和放坡坡率。

（2）每层开挖底面位于各层内支撑底。土方开挖后须及时支护，不许暴露过长时间。

（3）当基坑开挖遇土砂层、淤泥层时，加强基坑开挖的监测控制，要专人指挥，减小放坡坡度，及时进行支护，必要时采用喷射混凝土封闭。

5 结束语

经过诚毅广场站深基坑施工的实践证明，针对类似内支撑体系密集、地质条件较差、作业空间狭小、工期非常紧张的明挖深基坑，采用分段分层开挖，基坑两侧预留土壁反压的开挖技术完全可行的。通过基坑开挖控制及监控量测，诚毅广场站安全顺行的完成了开挖，为主体结构施工赢得了时间，确保了盾构按时始发，顺利的完成了施工任务，取得可观的经济效益和社会效益，为类似的工程提供了可借鉴的经验。