地铁深基坑开挖施工技术应用研究

2020-03-01李敬浩LIJinghao

价值工程 2020年36期

李敬浩LI Jing-hao

（中交第一航务工程局有限公司路桥分公司，天津300450）

1 地铁深基坑技术难点

1.1 深度大存在较为复杂地质

我国城市地下工程建设项目越来越多，导致地下空间利用过程中容易受到其他项目影响，加上地铁深基坑深度不断延伸导致面临更加复杂多变地下地质情况，在实际施工中地质情况可能与勘察资料存在一定不同之处，导致无法准确地判断施工情况，一旦遇到软弱土层那么后期施工很容易出现难以控制的沉降、基坑侧壁稳定性不够等情况，这也导致不断增加基坑支护难度和安全风险。为确保工程施工安全性就要严格控制坑外水位降深。施工中应当对岩土体内部应力分布提高重视，在开展基坑开挖前需要确定应力状态处于平衡不会发生坍塌。原有应力平衡状态会随着基坑开挖深度增加而逐渐被打破，如果设计阶段没有对这一问题给予全面细致地考虑没有采取有效加固措施那么后期施工中很容易出现坍塌、变形等情况，对整个地铁工程施工活动顺利开展产生严重不良影响。

1.2 周边环境影响

1.2.1 地下管线

现如今城市地下分布着较多管线，在开挖地铁深基坑之前首先需要勘察地下管线分布情况。大部分地铁工程建设于电缆、通信等工程之后，地下管线基本和城市建设进度同步，而地铁是在城市发展成熟后方开展施工，在前期没有将地铁位置预留出来，加上部分地下工程建设资料没有合理管理出现缺失，导致地铁工程深基坑施工难度增加，容易和地下管线发生施工冲突，对工程进度甚至是质量安全产生影响。

1.2.2 临近建筑物

地铁工程位于城市当中穿梭于各个繁华区域，可以方便居民出行，这也说明地铁深基坑开挖会处于较多建筑物之间，一旦发生开挖，必然会对周围建筑物产生影响，加上深度不断延伸导致基坑施工中会受到周围构筑物带来的侧压力，影响地铁基坑稳定性。

1.3 加强支护确保安全

地铁深基坑开挖中重点工作内容之一就是基坑支护。基坑稳定性主要取决于是否采取有效稳定的支撑体系。在具体施工中需要保证支护工作紧跟基坑开挖，两者密切配合严格遵守标准规范和设计图纸要求。比如在应用钢支撑过程中需要提前设计好标高将无支撑暴露时间尽量缩短。在施工中严格按照设计位置定位好各个支撑点并且测量工作，全过程监督支护过程，将深基坑开挖安全性提高。

2 地铁深基坑开挖技术

2.1 施工准备

很多因素都可能影响到深基坑施工技术应用效果，加上基坑深度增加导致施工质量安全备受关注。为了确保顺利完成基坑施工作业应当提前做好充足准备工作。首先，工作人员需要深入勘察基坑周边环境、地质条件，对地下岩土特性有明确了解，合理确定支护方法。当前地下连续墙、排桩支护等都是常用支护方式。在实际施工中需要根据具体情况进行客观考虑，合理设置支护方案，确保支护稳定性和安全性。如果深基坑处于既有道路上那么需要采取有效措施保证正常交通，同时做好围挡和安全警示确保安全施工。其次，对支护材料尽心合理选用，当前钢结构和混凝土是常用支护材料。钢筋混凝土材料安全性高、不容易变形，但是需要较长施工周期而且后期如果需要拆除难度会较大。钢结构支护绿色环保可以重复利用，但是需要较高施工工艺要求。

2.2 土方开挖

严格坚持“均衡、对称、先撑后挖、先探后挖、先中间后周边再退台”的原则开展基坑开挖作业。在开挖前，可以利用挖掘机探挖深层土壤，如果不存在渗漏水那么可以进一步加大开挖深度。首先，应当将表层土去除，开展冠梁钢筋混凝土施工，然后按照从中间到两端方式纵向完成基坑分层取土，采用阶梯状开挖，用小挖掘机收平钢支撑下土方。在基坑两侧用挖掘机装土，具体土方开挖过程如下：

第一，开挖表层土土方。按照地面到冠梁底标高深度开展第一层土方开挖工作，冠梁施工及时完成。当完成冠梁后监测冠梁设计强度并且做好降水试验工作。通过降水试验能够将降水井质量情况进行明确检验，明确单井出水量情况。通过群井试验能够将疏干效果确定，对基坑内降水井布置情况进行检查，确定是否达到标准要求。对坑外井水变化进行细致地观察，明确止水帷幕封闭情况。第二，开挖主体结构土方。当基坑降水试验达到验收标准且冠梁混凝土满足设计强度标准后可以开挖主体结构土方。用挖掘机开挖钢支撑下的土方，用长臂挖掘机按照从下到上顺序依次垂直倒土，随着开挖深度增加需要适当将预加轴力增加，在施加完预加轴力后可以开挖下方土体。挖掘机配合地面长臂挖掘机和自卸车将开挖土壤运输到指定地点。第三，开挖局部。局部开挖量不大容易受到支撑布置影响，可以在基坑混凝土垫层上布置小型挖掘机，用长臂挖掘机配合自卸车运走所挖出来的土壤。第四，开挖零星土壤并且修整基底。用小型挖掘机或者人工将零星土壤挖掘出来运输到堆土场。人工挖除部分主要为基底以上30cm 厚土方，从而避免严重扰动基底土体。在达到设计标高后可以检查开挖质量，质量达标后可以浇筑基底。

2.3 钢支撑轴力

钢支撑轴力是深基坑开挖控制关键点，重点从如下方面加强控制：

第一，严格按照分级加载方式预加钢支撑轴力，按照至少五分钟持荷时间控制，同时对材料是否发生变形进行密切观察。加压工作严格按照每级持荷五分钟、设计轴力按照60%、80%、100%完成。第二，将钢楔子改良，并且按照自锁角3-8°标准控制，可以加大钢楔子平块厚度将钢楔子使用数量适当减少，同时要确保打紧楔子，将钢楔子外露体积、间隙尽量减少，确保密实地加固。用记号笔标记好具体位置，对钢楔子在千斤顶退压后位移情况进行准确判断，从而保证下一根钢支撑施工质量控制合格。第三，清理干净预埋钢板表面，为保证平整度可以用3cm 厚钢板填充不平整钢板面之处。第四，严格检查钢支撑结构垂直度、钢管直径、壁厚、活动端、固定端等外观质量，严禁不合格品投入使用。第五，严格控制钢支撑拼装长度，避免用钢板垫块改善定身长度不够的问题。第六，将正常预应力损失考虑进去，将预加轴力值适当提高，同时如果损失较大轴力可以在十二小时内及时复加。

2.4 基坑降水

基坑降水系统包括疏干降水井、降压备用井、观测井等。在基坑降水过程中对降水速率进行严格控制，避免发生超降、降水不足等问题。整个工程安全都会受到降水效果影响，为此，可以重点做好如下方面管控：

第一，正式抽水前需要在疏干井坑外潜水位设置观测孔。完成观测孔施工后即可以开展降水施工。通常连续24h 抽水同时观测降水井情况，根据降水实际情况合理调整降水方案。第二，提前20 天开展降水井降水作业，降水后应满足基坑分层开挖需求。只有降水达到超过1m 设计标高以下方可开挖土方。第三，用观测井对承压水水位进行动态监控，如果自由水头高度不符合理论值那么需要立刻分析原因并且计算修整抗突涌结果。第四，每日监测承压水观测井水位，严格监测第一承压水观测井水位情况，在开挖期间每日都要进行至少两次观测，在浇筑底板后可以每日减少为监测一次，如果发现异常情况可以将监测频率适当增加。第五，加强巡视坑内维护结构，对维护结构是否出现渗漏水进行仔细查看，如果发现渗水及时采取有效措施进行补救，避免酿成严重安全事故。后期需要对观测井水位开展动态监测，确保整个支护结构安全。第六，周围建筑物可能会因为基坑降水发生不均匀沉降，为了保证周围建筑物稳定性，需要设置回灌沟或者回灌井来将建筑物周围土地沉降量减少，将降水速度放慢。

2.5 基坑监测

基坑监测主要是检查和监控建筑基坑和周边的环境，从土方开挖开始到工程主体结构施工结束需要进行全过程监测。在开展基坑施工前需要利用基坑监测技术和勘察技术了解基坑周围环境和地质情况，做好基坑监测方案的详细编制，指导基坑施工工作的有效开展，同时利用数据为基坑的设计规划提供参考。之所以要采用基坑监测，主要是因为基坑地质土体、负荷等是十分不确定的。

在监测基坑水平位移过程中可以采用多种方法，比如当前常用的小角度法和投点法等。在监测任意方向上监测点时通常采用的是极坐标法或者前方交会法。如果预先埋设的基准点距离基坑较远那么可以采用GPS 测量法等现代信息测量技术。如果距离较远，那么应当在基坑相应距离之外进行水平位移监测点的基准点埋设，并且在选择埋设位置时要注意对周围环境进行考察，避免选择低洼容易积水的位置，应当科学地监测基坑情况。工作人员可以通过增加监测次数来达到提高监测准确度的效果，从而科学地得到监测数据，为安全施工奠定基础。

竖向位移监测常用的方法包括几何水准或者液体静力水准等方法。工作人员要注意修整一些传递高程的工具，从而确保竖向位移监测的准确性。监测点需要根据工程实际情况合理布置，在坑底回弹区要布置回弹监测点，工作人员还要秉持客观、严谨的态度开展基坑监测工作，确保得到真实可靠的数据，确保数据结果能够切实为基坑安全提供参考。