地铁明挖车站基坑土方开挖施工技术

2020-11-17孙英奎

设备管理与维修 2020年20期

孙英奎

（中铁十九局集团第五工程有限公司，辽宁大连 116100）

1 工程概况

项目为青岛地铁1 号线土建2 标05 工区北岭站基坑开挖工程，车站位于人民路与瑞昌路交叉口北侧，沿人民路南北向布置，车站主体沿人民路暗挖施工。为地铁1 号线与5 号线（远期）的换乘站，双层岛式站台，北岭站车站主体采用大拱脚拱盖法施工。

本站为外挂设备用房明挖四层，主体暗挖两层，起讫里程K41+801.624～K41+964.375，总长162.75 m，共设4 个出入口，1部无障碍电梯，3 组风亭（其中1 组为预留5 号线车站风亭），2个安全出口（兼做消防专用出入口）。车站标准段宽23.58 m。

车站范围内沿人民路方向现状存在贯通的人防硐室，人防硐室沿车站行车段主体南北向分布，防空洞净空2.3 m，宽约2.0 m，于车站北侧拐向西，再拐向北，对车站外挂段基坑、B 号出入口影响较大。

车站行车段主体结构采用圆拱曲墙复合式衬砌断面，开挖高度18.8 m，开挖宽度26.4 m，拱部覆土17.2～24.5 m。设备外挂段主体结构为地下四层（局部五层）明挖结构，采用明挖顺作法施工，基坑开挖深度29 m（局部35 m），基坑形状为梯形，采用吊脚桩支护结构，上层岩坡采用桩锚支护，下层岩坡采用直立开挖岩石锚喷支护。

2 明挖法基坑土方施工方案

2.1 明挖法施工技术

地铁车站工程建设中，明挖法是极为典型的方法，需要得到宽阔施工场地的支持，具有效率高、成本低等特点，在场地足够宽阔时能够安排大型机械作业[1]。开挖时主要采用挖掘机进行，人工予以配合。需在作业区内配备1.6 m3的挖掘机3 台，1.2 m3的挖掘机1 台，10T+5T 龙门吊2 台。采用分台阶方式进行基坑开挖作业，并为各个台阶适配一台挖掘机负责向上倒运土方，最上方台阶可采用大型反铲挖掘机，连同挖土带一起装运。此外，为了保证降水井的运行效果，首先从材料方面把关，施工期间应对管材进行质量检测，保证其强度、渗透性符合规范要求。本项目采用60 目优质滤网，滤网需经过相关部门检测合格后方可进场。滤料需经过筛分实验，确保其级配、含泥量符合项目标准后方可投入使用。

明挖法施工中的基础工作为设置基坑围护桩，再完成基坑开挖作业，特殊情况下可增设加固措施以免出现基坑变形现象，再由底部开始逐步向上设置框架结构。

（1）放坡开挖技术。在施工现场较为开阔的环境中具有适用性。

（2）连续墙支护技术。施工中以液压抓斗成槽最为关键，部分情况下也可选择切削轮式设备，在其支持下完成槽作业。所设置的连续墙总体质量较好，在有效承受荷载的同时还具备隔水效果，此技术在松散地层中可行性较高[2]。

（3）混凝土灌注桩支护技术。挖孔作为此步骤关键环节，可采用人工挖孔方式或着机械钻孔；关于支护作业，较为典型的是双排桩与混凝土连梁相结合的方式。

（4）土钉墙支护技术，基于机械钻孔的方式在施工现场钻适量孔，随后向其中置入钢筋并注浆，从而形成完整的支护体系。

（5）锚杆支护技术，钻进成孔后向其中置入钢筋（部分情况下也可放入钢索）后再对该处注浆，检验该处强度情况，满足要求后与桩墙进行拉锚，此方法在高边坡施工环境中应用效果较好。

2.2 土方开挖方法

按分层的方式完成开挖作业，为给下层开挖创造便捷条件，于中间拉槽，并优先完成小里程处的开挖，逐步向大里程推进，根据基坑的布置情况，采取四层开挖方式，各层开挖方式大体相同，分别到达下道支撑中心线以下1 m 处。施工设备方面，以挖掘机为主，安排适量员工辅助施工。开挖作业时加强处理措施，每开挖2 m 后，均要暂停施工并于该处的桩间挂网喷砼，以达到封闭的效果，达到设计位置后，在该处完成钢管支撑的安装作业。基坑土方竖向开挖过程分为四步，各自都遵循分台阶开挖的原则，现场选择机械作业的方式，形成的台阶宽度为6～7 m，坡度1∶1，具体情况见图1。

图1 土方开挖示意

2.3 地铁车站基坑结构

（1）车站基于明挖法展开施工作业时，应加强对现场管线的处理，可行方式为改移或设置为悬吊状态。若基坑周边分布有建筑物，则以安全规范为准则，采取合适的防护措施，以免因基坑开挖而对周边造成扰动性影响。

（2）围护结构的设置是实现安全施工的重要前提，根据本车站的结构特点以及所在区域的地质情况确定，如地下连续墙是较为典型的形式，或选择土钉墙等。

（3）若选择连续墙，支锚结构设置时选择内支撑方式，可选择钢管辅助操作，锚索材料最为典型的是钢绞线。

（4）做好围护结构计算工作。当工程中使用连续墙或灌注桩，进行计算分析时将此类结构模拟为竖向弹性地基梁。为确保分析结果的准确性，可选择有限元分析法，计算中应兼顾各种工况，分别求出在基坑开挖、加撑等施工环节所对应的结构内力、地面沉降等方面的实际情况，并做好基坑抗滑移、抗倾覆等方面的检验工作。

3 明挖车站基坑土方开挖施工技术

3.1 基坑土方开挖

（1）开挖期间应严格遵循“随挖随撑”的施工原则，土方开挖纵向长度每段应≤6 m，挖出工作面后立即安装钢支撑，并施加轴力。

（2）在开挖每层每小段的过程中，当开挖出一道支撑位置时，即按设计要求在地下墙两侧墙面上放出该道支撑两端与地下墙的接触点，确保支撑与墙面处于垂直状态且位置准确。接触点应先进行表面整平处理，随后进行标记，并测量两个相对应接触点的职称长度，为后续施工提供依据。

（3）复加支撑预应力：钢支撑必须有复加预应力装置，当第3、4、5 道支撑加设后均应对以上各道支撑按设计复加预应力。

（4）当开挖至坑底设计标高后，根据诱导缝或施工缝的设置位置，对混凝土垫层的跟进施工，遵循“分段分块”的施工原则。为了避免基底土体结构破坏，应事先预留300 mm 厚土层，由人工清除，若存在超挖现象，采用砾石砂回填，禁止直接填土。

3.2 基坑支撑施工

（1）直撑安装。在地面进行预拼接并检查其平直度，出现损坏或变形的直撑不得投入工程应用。其两端中心连线的偏差度控制在20 mm 以内，经检查合格的直撑按部位进行编号以免错用，支撑采用整体一次性吊装到位。

（2）斜撑安装。端头井、临时封堵墙等拐角处设计采用斜撑。因斜撑与围护结构有一定的夹角，不易直接安装支撑并施加预应力，斜撑安装前先将斜撑支座与预埋在地下连续墙的钢板进行焊接，将斜撑支座连成整体，然后进行支撑安装作业。斜撑牛腿应与支撑相密贴、垂直，其安装方法与直撑相同。

（3）预应力施加。预应力施加前，必须对油泵及千斤顶进行标定，使用中要经常校验使之运行正常，确保预应力值准确，每根支撑施加的预应力要记录备查。对施加预应力的油泵装置要经常检查，保证其运行正常、所量预应力值准确。

3.3 降水效果控制措施

（1）材料质量控制。降水井的稳定运行对基坑内降水效果有重要影响，此方面的工作应从材料质量入手，根据施工要求选择合适的材料，应兼具强度和渗透性两方面要求[3]，如管材等均要出具此方面的实验报告。关于滤网的选择，较适宜的是60 目优质滤网，经全面检验质量合格即可进入现场；所有滤料都要得到有效的筛分处理，以免出现含泥量不达标的情况。施工全程都要加强对出水含砂量的观测，以免出现涌砂等不良现象。

（2）加强降水效果监测。为给正式降水施工创造良好条件，需在前期测量井内的水位，正式进入降水环节时，应以10 min为间隔依次测量现场情况，明确水位与水量，二者趋于稳定时可将观测时间延长至2～3 h，后续若与设计水位大体持平，则采取每天测量一次的方式。部分情况下水位虽然处于相对稳定的状态但并未满足水位下降值要求，此时需在原基础上加大水泵出水量。若基坑开挖时发生坑底渗水现象，需暂停施工，查明原因后采取处理措施，将该问题彻底解决。