紧邻地铁车站建筑土方盖挖施工技术

李文旭，李建峰，尹文龙，代 龙，徐 睿，马 贺

(中建三局集团有限公司，湖北 武汉 430064)

逆作法施工工艺的逐渐普及，土方盖挖施工技术也随之被广泛应用。王练杰[1]依托北京通州区运河核心区IX-11 地块项目，介绍了顺逆结合施工方法，总结了土方盖挖以板代撑的方式有效减少了基坑变形，安全性高。李强等[2]针对地铁车站位于城市核心区，建筑及人口稠密的特点，设计了盖挖顺作的台阶式纵向开挖方法，保证了周边建筑物的安全。本文依托天津市地铁3 号线王顶堤站整理地块（迎顺大厦）项目，介绍紧邻地铁车站建筑土方盖挖施工技术。

1 工程概况

天津市迎顺大厦项目工程地下室基坑周长约为410m，基坑面积约9 800m2。基坑支护采用两墙合一地下连续墙部分逆作的支护方式，利用两层地下室结构梁板作为支撑体系。地连墙外侧设置全封闭水泥土连续墙止水，基坑降水采用钢管井降水。基坑大面开挖深度11.8m，办公楼区域开挖深度12.8m，智能停车库区域开挖深度13.15m，局部电梯井位置最大开挖深度16.4m。

根据该工程岩土工程勘察报告，场地埋深约100.00m深度范围内，地基土按成因年代可分为12层，取其中浅层土按照土体类型在全场地范围内地层自上而下分别为素填土层（厚1.50～3.50m），粉质粘土层（厚3.20～8.90m），淤泥质粘土层（厚1.00～4.50m），粉质粘土层（厚3.90～12.00m），粉砂层（厚6.0～10.40m）。场区内地下潜水稳定水位在2.10m 左右，水位年变幅0.50～1.00m。

2 施工重难点

1）该工程地处天津市南开区迎水道与苑中路交口，北侧为王顶堤地铁站，西侧、南侧为居民小区，西北侧为使用中加油站，周边构筑物及人口都十分密集，并且人流量及车流量较大。

2）该工程基坑围护结构施工、基坑降水、土方开挖等过程中，存在地表沉降、路面开裂、建筑物倾斜、既有地铁和地铁线路轨道差异沉降、管线折裂及基坑自身安全等风险。

3）在开挖最后一步土方时，出现淤泥质粘土，该土质含水量极大，土方开挖及外运极为困难。

3 紧邻地铁车站建筑土方盖挖施工技术

土方盖挖施工工艺流程如图1 所示。

图1 土方盖挖施工流程图

3.1 应对措施

1）选择逆作土方盖挖施工方式，利用地下结构梁板作为水平支撑体系，避免了大量临时支撑的架设和拆除，避免了拆除噪音和视觉恐慌，减少施工投诉问题。

2）为保证既有结构不出现裂缝与结构破坏，要把沉降差异控制在报警值内，首先确定土方盖挖施工的原则：以板代撑，土方对称、分层、抽条、限时开挖、及时进行垫层浇筑，进行全面的基坑监测，随时掌握基坑变形情况，有针对地安排各项安全技术保障措施。地库区施工人员处于相对封闭状态，采用安装轴流风机与低压照明灯解决逆作法通风与照明问题。

3）针对淤泥质土，提前进行降水作业，将土中水分降至最低。采用拌白灰的措施，将淤泥质土体硬化的方式处理。

3.2 土方开挖施工工序

土方开挖整体遵循“由远及近（地铁侧）、分段分块、随挖随撑、及时封闭”的原则，并对临近地铁车站位置采用抽条开挖的方式。结合实际情况设计土方开挖阶段的划分，如表1 所示，竖向划分为3 个施工阶段；水平根据出土口区域将该工程地下室分为A、B、C 3个大区，A 区分为3 个小区，B区分为2 个小区，C 区位于场地中间首先施工（图2、图3）。

表1 土方开挖竖向划分

图2 水平分 区示意图

图3 原始工况

1）第一阶段土方开挖 在桩基和基坑支护施工养护完成，水位降至-9.85m 时，开始地下车库的第一步土方开挖，地下车库第一步土方量约3.5 万m³。地下车库区域第一步土方开挖首先自南向北开挖两出土口中间区域土方，并形成该区域内的零层梁板；其次按照整体由西向东的原则开挖土方，开挖靠近地铁一侧土方时应分块抽条开挖，抽条开挖时每块面积不超过400m2。具体开挖顺序划分：第一阶段设计开挖至地库地下一层顶板下1.6m，首先自南向北开挖C-1 区土方，浇筑此处梁板形成整个场地区域内的南北对撑，待混凝土强度达到100%，再进行其他区域的第一阶段土方开挖。A、B 区土方开挖，整体按照由西向东、由北向南退挖的原则开挖土方。开挖靠近地铁一侧即A-2、B-1 区土方时，将土方开挖对地铁结构的影响降到最小。第一阶段土方开挖完成后，在土方开挖完成面上铺设纵横向木跳板搭设满堂支撑架再进行施工地库顶板及1#、2#出土口处混凝土角撑，其中水平钢筋绑扎前先进行预压处理（图4、图5）。

图4 第一阶段土方开挖工况

图5 地下一层顶板及出土口角撑施工工况

2）第二阶段土方开挖 待地库顶板和出土口位置处的角撑混凝土强度达到100%后，开始第二阶段土方开挖作业，水位维持在-9.85m，开挖底标高为-8.85m，土方开挖量约5 万m3。

采用小挖机在基坑内向各出土口接力转土，大挖机在地库顶板上往上转土的出土方式。具体开挖顺序：先进行A-3、B-2 预留出土口区域土方开挖，然后进行C-1 区域土方开挖，并浇筑此处梁板形成整个场地区域内的南北对撑。形成C-1区域结构强度达到100%后进行A-1、B-3 区土方开挖。然后开挖靠近地铁一侧即A-2、B-1 区土方。地铁侧土方进行抽条开挖，先进行A-2 区域土方开挖，然后B-1，且抽条开挖时每块面积不超过400m2。进而完成第二阶段土方开挖。第二阶段土方开挖完成后，在土方开挖完成面上铺设纵横向木跳板搭设满堂支撑架再进行施工地下二层顶板及1#、2#出土口处混凝土角撑，其中水平钢筋绑扎前先进行预压处理（图6、图7）。

图6 第二阶段土方开挖工况

图7 地下二层顶板及出土口角撑施工工况

3）第三阶段土方开挖 待地下二层顶板和出土口位置处的角撑混凝土强度达到100%，基坑水位降至-17.40m 后，开始第三阶段土方开挖，土方开挖量约3.3 万m3，开挖至槽底。本次开挖与第二阶段土方开挖技术方式相似，采用小挖机在基坑内向各出土口接力转土，长臂挖机往上转土的出土方式。夜间挖土并出土，白天将楼板下土方转至首层板指定位置，夜间用大挖机直接装车运出。具体开挖顺序：首先进行出土口区A-3、B-2 区域土方开挖，其次进行A-1、B-3 区域土方开挖，然后按照由远及近的原则进行C-1 区域土方开挖。地铁侧土方进行抽条开挖，先进行B-1区域土方开挖，然后进行A-2 区域土方开挖。第三阶段土方开挖结束，进行地下车库底板和逆作地库地下二层墙柱结构施工，土方开挖结束。后续相应混凝土强度达到100%，开始破除出土口处地下二层角撑进行下阶段施工，直至完成基坑工程（图8、图9）。

图8 第三阶段土方开挖工况

图9 破除出土口处地下二层角撑工况

3.3 基坑监测情况

本基坑为一级基坑，基坑监测从开始施工水泥土连续墙到降水井全部封闭的时间段内进行，以便信息化施工。基坑监测分为水平位移监测、竖向位移监测、支护结构内力监测和地下水位监测4 项，监测点布置如图10 所示，监测内容为：地连墙墙顶的水平和竖向位移、地连墙的深层水平位移、立柱的竖向位移、水平支撑的内力、周边地表竖向位移、周边的管线位移、周边建筑物沉降/倾斜、基坑外地下水水位。

图10 基坑监测点布置图

水平位移监测中，测定特定方向上的水平位移时，采用视准线法、投点法；测定监测点任意方向的水平位移时，视监测点的分布情况，采用前方交会法和极坐标法；当测点与基准点无法通视或距离较远时，采用GPS 测量法与基准线法相结合的综合测量方法。

竖向位移监测采用几何水准方法。坑底隆起（回弹）通过设置回弹监测标，采用几何水准并配合传递高程的辅助设备进行监测，传递高程的金属杆或钢尺等进行温度、尺长和拉力等修正。

内力监测传感器在基坑开挖前1 周埋设，并取开挖前连续2d 获得的稳定测试数据的平均值作为初始值。支护结构内力采用安装在结构表面的应变计进行测量。混凝土构件采用钢筋应力计测量，钢构件采用应变计测量。水位管在基坑开始降水前1 周埋设，且逐日连续观测水位并取得稳定初始值。基坑区域监测数据如表2 所示，显然基坑及各支护结构均没有过大变形，变化量均在设计值之内，表中累计最大变化量是所有监测点位中变化最大量，可见基坑整体结构稳定。

表2 基坑区域监测数据记录表

4 结语

1）结合现场实际情况编制了土方盖挖专项方案，设计了分部、分层、抽条等开挖和转运工序，避免了周边居民投诉，保证了基坑施工安全和较高的施工效率。

2）将地下室顶板适当区域加固作为施工平台和材料堆场，可有效解决基坑周边场地狭小问题，为后续施工提供便利，加快施工进度。

3）自基坑工程施工至结束，基坑监测数据与地铁保护区监测数据始终保持稳定。为土方盖挖施工领域又提供了一个成功案例。