地铁深基坑明挖施工技术研究及风险分析

帅磊，崔辉，丁红艳，孙浩 （合肥职业技术学院建筑工程学院，安徽 合肥 238000）

地铁是地下交通体系的重要组成部分，具有运量大，速度快，安全准时等优点[1]，随着我国城市化进程的加快，城市规模不断扩大，日益增加的交通出行需求也在促使地铁建设进入高速发展阶段。合肥已获批地铁第三期建设规划，目前9条地铁线在建，其中多数地铁车站位于老城区内，邻近地上地下复杂环境给车站基坑开挖施工带来了安全隐患[2～4]。本文以合肥市某地铁车站深基坑工程为例，研究切实可行的明挖施工技术，以期防范共性风险[5]。

1 工程概况及地质条件

1.1 工程概况

合肥市某地铁车站总长度279.8m，标准段宽20.7m，标准段开挖深度15.6 m～17.9m。两端盾构工作井段基坑深度约为17.1m、19.6m。

本车站东端头井采用1000@1300钻孔桩+内支撑的支护形式，其余采用Φ 800@1100钻孔桩+内支撑的支护形式，第一道支撑为C30混凝土支撑，第二、三道采用Φ609mm、t为16mm的Q235钢支撑。

钢围檩采用双拼普通热轧45c型工字钢加焊钢缀板及肋板，截面尺寸为482×700；桩间土喷锚采用A6.5@150×150，加C14@1500水平加强筋，网喷混凝土采用C25早强混凝土。

本车站位于主干道下，周边四个象限内均有高层住宅楼，为11层～18层钢筋混凝土剪力墙结构，距离车站主体约34m～38m。车站站址范围内管线较为复杂，包括供水管、雨污水排水管、供电排管、燃气管线、供热管线、通信电缆等，依据管线迁改方案，部分管线需永久改迁至基坑外侧，部分管线在主体结构施工过程中需进行悬吊保护。

1.2 工程地质与水文地质

结合地质勘察报告分析，本车站主体结构施工穿越杂填土①1层、粉质黏土填土①2层和黏土⑥2层，车站基坑坑底和围护桩桩底均位于黏土⑥2层。

本站属于水文地质Ⅰ单元，车站结构底板以上均为黏土层，渗透系数小，为隔水层。局部浅部地层存在上层滞水（一），其中上层滞水（一）主要赋存于人工填土中，受大气降水补给，水量微弱，施工过程中采取坑内集水明排方式处理。

2 基坑开挖施工技术

2.1 总体施工安排

车站主体结构深基坑开挖采用明挖法，车站两端头井均为盾构接收井，根据节点要求，拟由车站两端向中间组织进行开挖作业。基坑开挖至基底后及时施作垫层防水及底板结构，开挖期间采取坑外截水，坑内明排的措施，以满足防雨防洪要求。

2.2 土方开挖原则

①基坑开挖原则是确保施工过程及周边环境安全的前提下，尽可能缩短开挖时间，在充分考虑时间、空间效应的前提下，控制好开挖“高度、宽度、时间”三要素，遵循“先两端后中间，分层开挖，先撑后挖”的原则进行土方开挖。

②基坑开挖进度应与支撑架设、主体结构施工相匹配，及时架设支撑，及时跟进主体结构，形成流水作业，尽量缩短基坑无支撑暴露时间，有效控制围护结构变形，确保工程安全、质量的前提下快速施工。

③基坑开挖时，加密基坑监测频次，确保围护结构稳定，减小桩顶水平位移及周边建构筑物沉降。

2.3 土方开挖分层、分段

土方开挖竖向分为四层进行：第一层土方由路面至冠梁底；第二层为冠梁底至首道钢支撑轴心下1m处；第三层为首道钢支撑轴心下1m处至第二道钢支撑轴心下1m处；第四层为第二道钢支撑轴心下1m处至基底以上300mm处。

2.3.1 第一层土方开挖

第一层土方开挖应与冠梁、混凝土支撑施工相结合，应在混凝土支撑施工前全部开挖完成。第一层土方开挖至冠梁底部，施作冠梁及挡墙，并施作混凝土支撑。第一层土方采用分段退挖方式，使用普通挖掘机进行开挖，挖完一段及时进行冠梁及混凝土支撑施工，夜间装车将弃土外运至弃土场。

2.3.2 第二～第四层土方开挖

第二层～第四层土方采用反铲接力倒土的方式开挖，依据分台阶开挖对于高度、宽度要求确定：每台阶纵向长度不超过6m，竖向开挖高度一般不超过4m。挖掘机平台纵向长度为6m，倒土平台纵向长度为3m，以便接力倒土。

每层土方开挖坡度不陡于1：1，整个纵坡开挖坡度不陡于1：3。每层每段土方开挖时均采用反铲接力倒土、基坑外侧长臂挖机进行装车，并外运至弃土场，如图1所示，每挖出一根支撑位置，随即架设支撑，要求架设时间不超过8h。钢支撑架设滞后根数不得超过2根，以保证挖机正常工作空间。完成后开挖下一段或下一层土体。

图1 基坑开挖纵剖面示意图

基坑土方用渣土车装运，经工地大门处冲洗平台清洗后方可驶出现场。当基坑开挖至基坑底面以上300mm后，采用人工清底。

2.3.3 车站东、西端头井土方开挖

端头井部位土方开挖方法如图2所示，在遵循土方开挖的分层分段原则基础上，先将端头井中间区域土方挖出，再将端头井两角设置斜撑位置土方挖出，随挖随架钢支撑，开挖顺序为①→②，应沿垂直于斜撑方向开挖。

图2 端头井部位开挖顺序图

2.3.4 车站标准段土方收尾

①随着基坑向中部开挖，当待开挖土方纵向长度无法满足挖土台阶要求时，开挖机械转为采用22m加长臂挖机搭配小型挖掘机出土。网喷混凝土及支撑架设工作需同步做好，并加强围护结构监测，标准段土方收尾示意图如图3所示。

图3 土方收尾开挖示意图

②当剩余土方超过长臂挖机开挖深度时，坑内使用小型挖机开挖并装运至土斗中，坑外使用吊车吊运出土。

2.3.5 人工清底

使用机械开挖至基坑底面以上300mm处后，采用人工清底，防止超挖及对基底原状土产生扰动，即采用人工将剩余弃土装至土斗内，并使用25t汽车吊配合吊出至场地内临时堆土场，夜间由装载机装车外运至弃土场。

人工清底后，立即报设计、建设单位、轨道质安站、监理、勘察等单位进行基底验槽，共同检查基底的地质情况，办理隐检手续，及时进行垫层施工，将基坑底封闭，主体结构紧跟，以防止地基土软化。

2.4 开挖施工技术要点

①为保证钢支撑及时架设，所需钢支撑应由专人进行配置检查，确保支撑长度及轴线偏差满足设计要求。

②钢支撑架设的滞后时间不超过8h，架设完成后需及时正确施加预应轴力。

③对于为保证挖机有效作业空间，钢管支撑安装滞后的钢支撑，在土方开挖后及时架设钢支撑，如果因为天气、交通、机械等因素不能连续出土的情况，应先架设钢支撑，保证支撑的稳定。

④台阶法开挖放坡系数，需严格按照勘察报告结合规范确定，严禁坡度过大，造成坍塌。

⑤基坑开挖过程中，加强场地排水，及时挂网喷浆，防范桩间土流失，以免造成围护结构失稳变形。

⑥基底以上300mm的土方，应采用人工清底，以免对于基底原状土造成扰动。

⑦在整个基坑开挖过程中，加强基坑监测工作。

3 风险分析

①深基坑开挖跨度大，施工中可能发生坑壁坍塌、支撑体系失稳，继而围护结构变形，最终导致基坑坍塌。

②施工中存在立体交叉作业及起重吊装作业，可能造成物体打击事故。

③基坑范围内可能存在未探明地下管线，造成管线破损，甚至造成火灾、触电事故等。

④周边邻近范围内有多个高层住宅小区，基坑开挖过程中可能造成邻近建筑物出现位移及沉降，严重情况下可能造成建筑物坍塌。

⑤施工现场可能出现火灾、触电、物体打击及机械伤害事故等。

4 结语

本文结合合肥某在建地铁车站工程实践，对基坑明挖施工技术进行了研究，梳理了开挖过程中面临的基坑失稳、管线破损、周边既有建筑物安全及施工现场安全管理等四个主要风险源。施工管理人员在基坑开挖过程中，要严格按照技术要点组织施工，保证开挖作业及周边环境安全。