狭长型深大地铁基坑快速安全施工关键技术——以北京市上清桥地铁车站为例

张丽丽

北京市政建设集团有限责任公司，北京 100048

城市地铁车站的建设往往位于城市繁华地段且开挖深度较大，特别是深大基坑，由于规模大，其岩土工程问题更为复杂，为了避免基坑事故发生，保证施工项目的安全与进度，必须选择合理的基坑开挖方案。目前国内对于不同地质情况下深基坑开挖施工与支护施工的研究还不足，尤其在富水地层进行大型基坑开挖时围护结构易失稳，存在较大的施工安全隐患。因此，在施工之前，应根据相应的工程条件制订合理的开挖及支护方案，在保证施工安全的基础上，减少基坑变形且提高施工工效。文章以北京上清桥站为背景，研究深基坑开挖过程中，不同支撑体系对于基坑开挖变形的影响以及最优支护方式。

1 工程概况

上清桥站为地下明挖三层三跨岛式叠落车站，采用双柱三跨结构形式。车站规模为351.2m×28.9m，车站底板埋深为32.652m，中心里程处顶板覆土为7.772m。车站主要地层地质为粉质黏土、细中砂、卵石、粉细砂等，场地赋存3层地下水，分别为1层潜水和2层承压水。

2 狭长型深大地铁基坑开挖方法

该地铁站全长352.1m，基坑共划分为15个流水段，每段长度约为20～27m，基坑由北向南依次开挖。该基坑土方工程存在地质条件复杂、基坑体积大、基坑出土量大、基坑开挖面积大和基坑开挖深度大等问题，且工期紧迫，因此制订以下施工方案，可以在保证施工安全的前提下，极大地提高施工效率。基坑平面如图1所示。

图1 基坑平面图

2.1 深大地铁基坑开挖原则

开挖遵循竖向分层原则，将该基坑竖向分为6层。在基坑纵向施工时，应按规定长度逐段开挖，并及时架设支撑，开挖及钢支撑的安装时间不得超过16～20h。再将基坑横向分块，分3块进行开挖，每块平均宽约10m。

2.2 深大地铁基坑开挖方法

（1）第一层土方开挖。该工程主体基坑开挖深度为33.3～34.9m，由南北两端向中间破除混凝土路面，先由北端向南开挖第一层土方至22轴，同时在南端具备条件后，由南向北开挖至24轴，开挖第一层土方。

（2）第二层土方开挖。开挖至基底标高后，由南北两端向基坑中间及时施作腰梁及第一道混凝土支撑。预留22～24轴范围内3根混凝土支撑暂不施工，该范围作为前期渣土出口及平台；同时预留39～40轴范围内2根混凝土支撑暂不施工，为后期出土车预留足够放坡空间。北侧端头开挖用机械配合挖掘机倒土至扩大端处，地面采用长臂挖掘机配合出土。22轴平台处直接采用挖掘机装车出土。同时，基坑上方用长臂挖机从中部向两端开挖，加快打通运输通道。

（3）第三层土方开挖。若单侧通道未打通，北侧扩大端继续向下开挖，施工第二道钢支撑。采用通道内存土，长臂挖掘机站至基坑一侧进行场地内倒土，土方运输至车站南侧扩大端存土。待南端具备开挖条件后，开挖第一层土，开挖后及时施作混凝土支撑，当混凝土支撑强度满足设计强度要求后，回填坡道至地面，作为后期出土运输通道。同时挖掘机在24轴平台处及40轴扩大端处同时向基坑中部开挖通道。打通南侧土方运输通道，向下拉槽，由中部及南部向中间开挖单侧通道，尽早打通运输道路。通道打通后横向倒边开挖另一侧通道，通道净空为10m（宽）×6m（高）。北侧扩大端继续向下开挖，利用22轴平台出土。开挖至第二道钢支撑下500mm处，及时架设钢支撑，并施加预应力，预留平台宽度不小于3m。

（4）第四层土方开挖。在南北两侧土方运输通道开通后，回填22～24轴范围平台土方，施作该部分混凝土支撑。待混凝土支撑满足设计强度要求后，打通南北纵向运输通道。北侧扩大端继续向下开挖，土方开挖采用台阶倒土形式，土方倒运至运输通道内存土，当通道内不能满足存土要求时，利用长臂挖掘机在基坑一侧进行倒土，长臂挖掘机配合土方运输车运至南侧扩大端存土。北侧扩大端开挖至第三道混凝土支撑下5cm处时，施工扩大端腰梁及混凝土支撑。标准段开挖至第三道钢支撑以下500mm处时，利用预留平台及时架设钢支撑，并及时施加预应力，预留平台宽度不小于3m。

（5）第五层土方开挖。待北侧扩大端第三道混凝土支撑达到设计强度后，北侧扩大端继续向下开挖至第四道混凝土支撑底以下5cm处时，施工扩大端第四层腰梁及混凝土支撑。标准段开挖至第四道钢支撑以下500mm处时，利用预留平台及时架设钢支撑，并及时施加预应力，预留平台宽度不小于3m。标准段中部纵向拉槽，横向由中到边开挖第四层土方，并预留平台。采用台阶倒土至第一层混凝土支撑下方，挖掘机配合运输车进行出土。

（6）第六层土方开挖。待北侧扩大端第四道混凝土支撑达到设计强度后，北侧扩大端继续向下开挖至第五道钢支撑底以下500mm处时，焊接斜支座，及时架设钢支撑。标准段开挖至第五道钢支撑以下500mm处时，利用预留平台及时架设钢支撑，并及时施加预应力，预留平台宽度不小于3m。标准段中部纵向拉槽，横向由中到边开挖第五层土方，并预留平台。采用台阶倒土至第一层混凝土支撑下方，挖掘机配合运输车进行出土。土方横向由中到边开挖第六层土方。机械开挖至基底以上300mm位置后停止开挖，剩余300mm厚土方采用人工开挖。剩余2段基坑未开挖时，及时回填土方至最南侧2根混凝土支撑下50mm处，施工该处混凝土支撑。利用出土通道内存土，长臂挖机站至基坑一侧进行倒土。当剩余最后2段土方开挖时采用台阶倒土至扩大端，利用多台长臂挖机配合出土。当基坑内剩余土方无法由长臂挖掘机倒运至地面时，采用吊车配合土斗垂直运输至地面，安排2～3台挖掘机在基坑下配合，当土方开挖完成后，用吊车将配合的挖掘机吊出基坑。

3 狭长型深大地铁基坑快速支撑体系设计

3.1 组合支撑体系优化

考虑到混凝土构件养护时间过长、材料不易回收、对环境有害、造价高的问题，而钢支撑相比混凝土支撑具有无需养护、可回收利用、环保、造价低等优势，故为了达到增加经济效益、缩短工期的目标，计划将局部混凝土撑更换为钢支撑。主要调整方案：将第一道混凝土支撑（15～24轴、32～42轴）改为钢支撑，南北扩大端斜撑（1～3轴、40～42轴）第三、第四道混凝土支撑调整为加密A800mm×20mm钢支撑；2-2断面第三道φ800mm×22mm钢支撑调整为竖向密排双层A800mm×20mm钢支撑。

3.2 混凝土支撑和钢支撑施工技术

（1）混凝土支撑施工。腰梁及混凝土支撑模板施工：施放出模板控制线，下部采用38mm厚C15混凝土+12mm厚竹胶板作为底模板，侧板采用12mm竹胶板+100mm×100mm木枋+双拼φ48mm钢管@300mm+钢管斜撑作为支模体系。双拼钢管后方布设对拉丝杆，丝杆采用φ14mm圆钢加工，拉杆伸出模板端车丝，以蝴蝶卡固定。模板安装完毕后，在模板内表施放混凝土支撑标高控制线，以控制混凝土标高。

（2）钢支撑施工。基坑南北两端扩大端竖向设置2道钢支撑斜撑，背后配合斜支座进行支撑，标准断面钢支撑在基坑外拼装成整根，采用履带吊吊装就位。钢支撑标准节长为6m，因墙体存在不规则形状，现场配备有4m、2m、1m、0.5m、0.3m、0.2m的短节，活动端长度为1.5m。该工程由于基坑中间布置有临时立柱及联系梁，钢支撑架设时需分3节吊装，利用西侧预留土体平台进行拼装，安装采用2台80T履带吊，履带吊分别位于基坑东西两侧。

4 结束语

文章以北京上清桥地铁车站深基坑开挖为例，介绍了承压水丰富地层基坑开挖施工以及支护方法。基坑开挖的设计支撑为混凝土支撑，在实际施工时，对原设计支撑进行优化并采用混凝土支撑加钢支撑，这使基坑开挖过程中对其基坑变形的控制达到了最优化。