城市轨道交通明挖隧道开挖技术

卫泽亮

摘要：近年来，随着我国地下工程快速发展，城市城市轨道交通、隧道及深基坑开挖工程也越来越多。然而，城市建设的高速发展也造成了城市中地下工程面临的施工环境越来越复杂。因此，研究地下工程施工对周边环境影响也成为热点问题。通过建立三维有限元模型计算得到，当拆除支撑而不及时施作新梁板结构时，将减弱整体支护刚度，引起地层水平位移与沉降。由此可见，目前大部分研究主要集中于监测项目的规律研究。比如地表变形、内支撑轴力及深层土体位移在不同工况下变形规律，而较少研究围护结构形式的不同及内支撑拆除过程中的变形规律。基于此，本篇文章对城市轨道交通明挖隧道开挖技术进行研究，以供参考。

关键词：城市轨道交通;明挖隧道;开挖技术;应用分析

引言

城市轨道交通明挖隧道施工场地越来越局限，对我们的施工技术提出了更高的要求。关于明挖隧道的研究，通过建立具体且完善的施工方案，提出了合理的施工开挖方法，解决横穿道路的明挖隧道施工问题，对同类型的明挖隧道具有指导作用，可供其他类型明渠隧道参考。

1工程概况

某市某城市轨道交通车站总长度279.8m，标准段宽20.7m，标准段开挖深度15.6m～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Φ800@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。

2基坑开挖总体施工方案

由于基坑较长，明挖工程工作井结构完成并回填后，开始进行隧道矿山法施工;然后分别从大源站大里程及明挖段小程两端向中间分层分段开挖。根据内支撑设计情况，基坑开挖共分为5层，即：表面土至第一支撑底、第一支撑底至第二支撑底、第二支撑底至第三支撑底、第三支撑底至第四支撑底、第四支撑底至基底，对应开挖深度分别约为2～3.5m、6.5～7.4m、5.6m、5m、4m。围护桩完成后，施工工作井冠梁及挡土墙，然后对基坑进行开挖和支护施工。基坑开挖遵循“开槽支护，先支护后开挖，分层开挖，禁止超挖”的原则。开挖采用垂直分层垂直提升法，地下连续墙施工完成后，施工除工作井外的大源站及其站前明挖段基坑。此段基坑较长，采用从两端向中间靠拢的方式，水平分段、竖向分层开挖施工。在开挖过程中，混凝土应及时喷洒，直至开挖达到第一阶段、三道混凝土支撑底标高以下5cm后，施工5cm后垫层，然后在垫层上放置隔离布，在隔离布上及时施工混凝土支撑。在第二、第四钢支座高程以下50cm开挖后，应及时安装钢锚、钢支撑，并根据设计要求施加预应力。严禁在支护达到正常使用之前，同时过挖低水平土石方和基坑整体长度。基坑开挖至基坑垫层下方30cm时，其余土方应人工开挖，并对基坑体结构进行检查，总体施工流程如图1所示。

以14m作为基坑桩撑的支护深度，选定四种不同的宽度进行模拟。围护桩不同部位位移统计如表1所示。

由表1可知，围护桩的变形在不同开挖宽度下表现出两边小而中间大的趋势。围护桩各个部位的位移，随着不断增加的基坑宽度表现出不断增加趋势。最大水平位移在7m的基坑宽度上升到42m时，约有134%的增长率，但水平位移最大值所在点未改变，均处于桩顶下11.4m位置。在28m以下基坑宽度时，桩底和桩体最大位移的比值均随着不断增长基坑宽度而表现出不断增加的趋势，且相比之下，桩底位移有较为显著的增长。若围护结构嵌入較差土质，则容易导致围护结构出现“踢脚”现象。故在设计基坑时，若基坑的宽度过大，则应将围护结构刚度以及嵌固深度适当提升，以保证其稳定性。同时，可通过适当降低窄基坑的相应参数来降低成本。地表沉降随基坑宽度变化曲线如图2所示。

由图2可知，地表最大沉降速率在13.4m的基坑开挖宽度上升到28m时最大，沉降值随着不断增大的基坑宽度而不断增加，但其位置基本保持不变，均在坑边约5.5m位置。当基坑在42m宽度下时，与坑边有37m距离的地表约有1.95mm的沉降值，说明基坑深度2倍范围内是坑外土地沉降影响区域。同理，对比基坑隆起值可知。基坑的最大隆起值在各种基坑宽度下均出现在围护桩周围。且基坑隆起最大值在42m基坑宽度下约有53.6%的增长率。分析原因在于，桩体出现较大朝向坑内的位移，导致基底遭到较强挤压，引起土体出现过大隆起量。围护桩最大弯矩值如表2所示。分析围护桩弯矩可知，围护桩弯矩在仅改变基坑宽度而不改变支撑位置时，有基本一致的变形曲线。围护桩第一道支撑在增加基坑宽度时，表现出正弯矩也随之上升规律，而第二、三道支撑则表现出随之减小的规律，各支撑间负弯矩均有所增加。

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。考虑到城市轨道交通明挖基坑施工过程中的多数安全风险均具备显著的外在特征与稳定的客观发展规律，管理人员可以根据所收集信息、施工现场情况来提前预测各类安全隐患及突发事件的出现概率。因此，需要同步开展基坑施工监测工作，持续观测基坑结构和围护结构的稳定状态、变形情况，切实掌握稳定性变化规律，及早发现施工安全风险并采取有效防范措施。。

结束语

综上所述，在城市轨道交通明挖基坑施工期间，施工单位必须认识到实际存在与可能形成的施工安全风险，树立安全生产意识，积极采纳上述提及的问题解决对策，建立起现代化施工安全管理体系与风险防范机制，消除施工安全管理盲区，突破传统管理体系局限性，严防施工安全事故的出现。

参考文献

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