膨胀土基坑邻近既有站明挖法施工工法研究

王富平，叶堃 （中铁二院工程集团有限责任公司，四川 成都 610031）

1 引言

膨胀土是一种具有胀缩性、裂隙性和超固结性的复杂黏土，受其性能影响容易产生工程事故，含水量变化是导致膨胀土基坑边坡失稳破坏的重要原因之一，如何降低膨胀土基坑土体含水量变化对基坑的影响具有重要意义[1～3]。同时，当基坑邻近既有站施工时，如何在特殊地质条件下减弱对既有站结构的影响成为基坑施工工法的核心[4～5]。

国内外学者对于膨胀土基坑稳定性及其对临近结构的影响问题展开了一定的研究。文献[6]以实际深膨胀土基坑为例，分析了深基坑分层开挖对基坑及周边地铁设置的影响分析。文献[7]以合肥地铁5号线为研究背景，采用有限元软件，建模分析了基坑开挖过程对基坑支护结构的影响，通过与现场监测数据对比分析，发现膨胀力对基坑稳定性影响较大。文献[8]采用数值分析动态模拟施工全过程，分析了北京市某长大深基坑工程的施工对京津城际铁路的影响。文献[9]结合天津市某分布于既有车站两侧的异型基坑为例，分析了降雨过程中基坑水位变化对基坑支挡结构和既有车站主体结构的变形影响。文献[10]研究发现当地质情况调查不足，未进行分层分段开挖时，地下水下渗导致膨胀土发育导致基坑严重变形，后期需采用复杂的加固措施才能确保施工的安全。

上述研究成果对膨胀土地区基坑的设计和监测分析提供了广泛的建议，但对膨胀土基坑邻近既有站明挖法施工工法的研究较少。基于此，本文结合实际工程，确定总体施工原则，贯彻“防水保湿”原则，结合施工阶段分别采用了放坡开挖、台阶挖机接力开挖、掏挖和吊挖施工方法，提出了切实可行的施工工法，保证了项目的顺利实施，可为类似工程的施工提供借鉴。

2 工程概况

新建车站位于庐州大道与紫云路交叉口，沿紫云路东西向布置，与既有1号线车站侧、岛十字型换乘，并设置联络线。新建车站主体结构主要位于可塑状粘土<3-1-1>与硬塑状黏土<3-1-2>层中，下蜀组<3-1-1>可塑状黏土膨胀潜势为弱～中等，下蜀组<3-1-2>硬塑状黏土膨胀潜势为弱～强，膨胀土具有显著的吸水膨胀，失水收缩的特性，且具有胀缩变形可逆性，随着胀缩变形，膨胀土内产生裂隙，整体强度降低，尤其是持续的干湿交替作用下，强度会急剧降低。

根据工程情况，新建车站下穿既有1号线车站。在邻近既有1号线车站基坑施工时，采用正常的基坑开挖施工工法会对既有站结构安全产生一定的影响，应调整施工工法，确保既有站结构安全风险性在可控范围的情况进行深基坑工程施工。

3 明挖基坑总体施工流程

新建车站总体施工原则：先围挡、后施工，边开挖、边支护，先主体、后附属，相邻施工互相配合。

开挖和主体结构施工概括为“横向分段、竖向分层、先支后挖”。施工中坚持文明、环保理念，渣土外运安排在夜间进行。施工现场全部实行封闭式管理，采取全封闭施工。在完成管线迁改及绿化迁移后，主要按围护结构（围护桩）、冠梁、挡土墙及第一道混凝土支撑、土方开挖、支撑架设、主体结构的顺序施工。

主体基坑采用纵向分段放坡开挖、水平分层，先中间、后两侧形成反压。每层台阶上的挖掘机将渣土倒运至上一台阶，由上一台阶的挖掘机向上翻倒，通过台阶向上传递，最上层挖机装车外运。随基坑开挖及时进行桩间网喷混凝土、钢支撑架设施工。当车站基坑开挖封底后，分段进行由下而上的主体结构施工。

4 土方开挖原则

①车站基坑开挖严格按照“时空效应”的理论，分层、分段、分区、对称施工，并必须遵循“竖向分层、纵向分段、快速支撑、先撑后挖、严禁超挖”的原则。

②土方开挖必须在灌注桩及冠梁、混凝土支撑达到设计强度，基坑四周设置防护后方可进行。

③基坑开挖前，基坑四周必须设置安全防护，同时地面必须硬化完成，并设置排水沟，在坡底坡顶设排水沟、集水井，确保基坑干燥。

④严格控制土坡坡度，确保边坡稳定，一般纵横向坡面不大于1∶2，开挖完成之后，必须做好坡面防护。

⑤在土方开挖至基坑到底时，集水坑、下翻梁的开挖，用小型挖掘机进行施作，完成后立即进行集水坑、下翻梁及周边垫层的浇筑，使四周不会出现塌方的现象。

5 土方开挖方法

当围护结构施工完成且强度满足设计要求后，进行基坑开挖施工。根据现场施工流程情况，基坑土方开挖主要分为两个阶段。

第一阶段：冠梁以上覆土层揭除，施工冠梁、挡土墙及第一道钢筋混凝土支撑；表层土厚度1.5 m～2.7m，采用放坡开挖。

第二阶段：冠梁、支撑达到设计强度后，开始冠梁以下土方开挖。基坑水平方向按支撑间距分层放坡开挖，并进行支撑架设，基坑纵向分段，采用台阶挖机接力开挖施工方法。

大小里程开挖至邻近1号线施工段处（即第七段、第九段）处，需同步分层对称开挖1号线车站两侧土体。土方分层开挖至既有1号线车站底板下时，应停止开挖，并尽快施工车站两侧范围内的车站主体结构。车站主体结构施工完成并覆土后，方可继续开挖1号线车站两侧土体。

邻近1号线车站基坑开挖：

①采用台阶分层方法开挖至邻近1号线车站，及时调整两侧施工段施工进度，确保两侧施工段分层对称同步开挖第七段、第九段（见图1）；

②第一层台阶土方开挖（见图2）。第七段、第九段同步对撑开挖第一层土方，基坑开挖至1号线车站底板面上，开挖深度约8.1m，该层土方主要位于<3-1-2>硬塑状黏土层，该层分3小层进行开挖，每小层土方开挖深度不超过3m；

③第一层土方开挖结束后，及时架设钢支撑并施加轴力，此段钢支撑采用伺服系统，保留1号线车站底板面以下土方不开挖，形成临时护坡，坡面平台宽度不低于5m，坡度不大于1:1，并设置基坑内排水系统，雨季时采用彩料布全覆盖土体，并同步组织尽快施工两侧车站主体结构，待两侧结构施工与顶板回填完成后，且监控量测信息稳定，方可开挖基坑土体；

④第二层台阶土方开挖两侧分层对称同步开挖，每个工作面配备小挖机，配合长臂挖机装车，基坑四周开挖采用小挖机进行掏挖，该层土方开挖深度为4.0m，该层土方主要位于<3-1-2>硬塑状黏土层，该层分2小层进行开挖，每小层土方开挖深度不超过3m；

⑤第三层及基坑收底土方开挖，采用挖机配合吊斗进行土方开挖。开挖至基坑设计底标高300mm，采用人工铲平修整，并及时报验，报验合格后立即施工垫层、防水、底板，其施工示意图见图3所示。

图3 邻近1号线基坑第三层土方开挖及收土示意图

6 结论

本文针对膨胀土基坑采用常规明挖法施工会对既有站结构产生一定的影响，确定总体施工原则，贯彻“防水保湿”原则，结合施工阶段分别采用放坡开挖、台阶挖机接力开挖、掏挖和吊挖施工方法，提出了切实可行的施工工艺，保证了项目的顺利实施。