深基坑开挖及支撑体系施工方案研究

2022-06-09王蓉

交通科技与管理 2022年11期

摘要随着城市地下工程的发展，城市深基坑周边的建（构）筑物不断增多，产生许多工程问题。文章依托济南市轨道交通某深基坑项目，研究了基坑深度大、变形要求高、临近建（构）筑物情况复杂等不利因素共同作用下深基坑的施工技术与支撑体系。确定了基坑开挖方法为纵向分段、竖向分层开挖，支撑体系为钢支撑体系。为城市复杂环境下的深基坑工程提供了借鉴。

关键词深基坑;地铁车站;施工工艺;支撑体系

中图分类号TU473.2文献标识码 A文章编号 2096-8949（2022）11-0118-03

引言

随着经济与社会的发展，我国的基础设施建设也得到了迅速发展，对我国的隧道工程的建设规模和质量都提出了更高的要求[1-2]。目前城市内地铁建设存在着施工场地狭小、周围环境复杂以及对沉降值要求较高等问题[3-4]。导致对深基坑的施工方法以及支撑体系有着更高的要求。

由于深基坑项目周围环境复杂，为控制深基坑施工过程中基坑的变形以及周边土体的沉降对邻近建（构）筑物的影响[5-6]，许多学者通过数值模拟、室内试验等研究方法，研究深基坑开挖对临近建（构）筑物的位移沉降及变形控制措施[7-8]。该文以济南轨道交通某深基坑项目为基础，对深基坑开挖及支撑体系施工进行分析，对今后济南及周边地区的基坑开挖及支护设计与施工有一定的指导意义。

1 工程概况

济南市轨道交通某站深基坑工程，该站中心里程为SK17+706.761，车站主体结构长284.558 m，车站标准段宽度与高度分别为22.9 m、14.241 m，底板埋深约为19.889 m，车站盾构井最大埋深为21.786 m。车站平面图如图1所示。

该工程临近主干道红线宽度为74 m，现状为双向7车道加2人非道道路，为城市主干道，该区域车流量较大，交通繁忙。现有和规划的地面建筑及地下建筑：该站位于河流与交通主干道交叉口，沿交通主干道东西向布置，周边环境极为复杂。

2 工程特点及开挖方案

2.1 开挖深度大、地层条件复杂

该车站主体结构为地下两层，车站主体标准段底板埋深约为20 m，基坑开挖深度约为20 m。车站地层浅层地层为杂填土和素填土，底部地层为风化闪长岩，节理裂隙发育，局部伴有全风化软夹层，基坑开挖范围软弱土层分布广泛。

2.2 施工组织难度大

车站所处位置区域内车流量较大，交通繁忙，车站修建过程中交通组织较为困难。基坑开挖影响范围内管线分布较为密集，涉及临近街道迁改管线问题，沿车站主体结构东西方向主要分布DN800给水管、1 000*1 500污水管、DN300给水管、10 kV电力排管4根管线，以及供水、供电、路灯、信号等管线。

2.3 基坑开挖方法

车站主体结构基坑开挖采用纵向横向分别开挖的方式，纵向为分段开挖，竖向为分层开挖。基坑内土体的开挖应严格遵循基坑开挖的“20字”方针：“纵向拉坡、横向开槽、分段开挖、随挖随撑、量测反馈”。

该车站基坑内土方开挖分三个区域施工。开挖分区及开挖方向示意图2所示。

2.3.1 纵向分段施工

基坑按照支撑平面位置分两期进行施工，一期共一个施工阶段，二期共两个施工阶段，每期土方开挖采用分层台阶法施工，每个工作面配备2台挖掘机接力后退式开挖。

2.3.2 竖向分层施工

竖向施工首先要将原有路面混凝土破开清除，对路面进行开挖，直至第一层开挖至第一道钢筋混凝土支撑底，然后进行冠梁及钢筋混凝土支撑施工，施工完成后进行下部土方开挖。

地下两层车站开挖时，基坑竖向分4层开挖，第一道支撑与第二道支撑之间距离4.7 m，第二道钢支撑的拼装需要在基坑竖向开挖至其设计标高以下0.5 m时进行。第二道钢支撑拼完成后，继续开挖至第三道钢支撑设计标高下0.5 m，此时开挖高度约为4.8 m，进行第三道钢支撑拼装。拼装完成第二道钢支撑后，开挖第2层至拼装完成第三道钢支撑后，开挖第3层至第四道钢支撑设计标高以下0.5 m位置（开挖高度约5.6 m），然后拼装第四层钢支撑。

拼装完成第四道钢支撑后，进行第4层土方开挖，首先使用机械开挖至基坑底以上0.2 m（开挖高度约3.8 m），剩余部分采用人工清底，清底至设计标高后施工混凝土垫层。开挖剖面图见图3。

2.4 开挖关键技术

（1）基坑开挖严格按照以下原则进行：①开槽即进行支撑;②开挖与支撑同时进行;③开挖应分层进行;④严禁超前开挖。基坑开挖过程中及时架设支撑，保证基坑围护结构受力稳定。

（2）基坑内积水主要为土层含水及大气降水。坑内有积水时，要开挖排水沟，将基坑内水汇入集水坑，用污水泵抽排至基坑外。

（3）若开挖后不能及时施作钢支撑，则该区段采用中间拉槽、两侧留土的开挖方法，两侧留土的宽度上顶面不得小于2 m，边坡坡度不得小于1∶0.5，当开挖至一定深度后及时架设钢支撑。

（4）基坑周边降排水措施应在土方开挖工程进行中保持正常运行。

（5）当基坑开挖至垫层以上200 mm时，进行验收，并清除剩余土方，清除方式采用人工清除，开挖至设计标高后，应及时平整基坑坑底，并对基坑进行排水处理，迅速施做垫层。

（6）基坑开挖到坑底后，尽快施做预埋接地装置。

3 基坑支撑体系设计

3.1 钢支撑架设与换撑方案

3.1.1 鋼支撑架设方法

车站标准段支撑为609 mm，16 mm钢支撑，钢支撑间距约3 m，单根长18.80～22.98 m，单根最大重量为6.5 t，安装采用龙门吊。

为了便于安装，现有6 m、5 m、4 m、2.5 m、2 m、1.5 m、1 m、0.3 m、0.2 m等多种型号的标准节。支撑安装前，应对每根支撑位置钻孔桩预埋钢板的实际距离进行实测，然后根据现有支撑标准节的长度及活络头的伸缩长度（不超过30 cm）进行配撑。3C5515BF-98E4-4E44-9906-65AAE18D662F

支撑端头采用活接头的形式便于施加预应力，其构造为嵌套两个活动接头，端头内部还设有加固肋板，钢支撑安装完成后施加预应力，利用楔块调节支撑钢管的长度。钢支撑活络端头、固定端示意图如图4所示。

采用QYS-100型千斤顶对钢支撑进行预应力施加。千斤顶在使用前需要对其进行压力标定，调试时将千斤顶放入实验仪器，壓力增加从0值增加至最大吨位。逐点标定到千斤顶的油表上，并留档记录对应的油表兆帕值，施工时使用内插法设定设计的压力。制作固定千斤顶的吊架，固定千斤顶吊架架立在调节头上，采用履带吊进行支撑钢管的吊装施工。

钢支撑采用M24螺栓连接。钢支撑断面图如图5所示。

3.1.2 换撑施工工艺

工艺流程为：主体结构底板施工完成→拆除第四道钢支撑→施工第三道支撑以下部分边墙→安装换撑钢托盘、架设钢换撑、施加预应力→拆除第三道钢支撑→施工剩余部分边墙→拆除钢换撑。

3.2 钢支撑预应力施加要点

（1）钢丝绳绳卡应配套使用，绳直径在10 mm以下时，绳卡应不少于3个，10～20 mm时应不少于4个。该工程绳卡间排列间距为60～80 mm，排列方式应为一字排列，U形环与压板分别放在绳头与主绳处。

（2）钢丝绳夹头在使用时应注意以下几点：

①绳卡应与钢丝绳粗细相匹配，钢丝绳直径应比U形环内侧净距大1～3 mm，保证绳子卡紧，防止由于无法卡紧绳子发生安全事故。

②安装夹头时需要将螺栓拧紧，具体程度为让绳子直径被压到原先直径的1/3～1/4，此时应再次对螺栓进行拧紧，以保证夹头的牢固。

③夹头的排列方式为一字排列，且U形部分不能与主绳相接触，但应与绳头接触，防止断丝。

（3）预应力的施加采用2次分段施压，第一次施压至设计值的80%，持荷10 min后继续加压至设计值的100%，预压力加至设计规定之后，应在压力稳定10 min后，方可按设计预压力值进行锁定。

3.3 钢支撑架设及换撑施工关键技术

（1）钢支撑端面和预埋钢板接触面应垂直和平整。