北京地铁17 号线工程深基坑施工技术研究

高维杰

（中铁二十二局集团轨道工程有限公司，北京 100040）

0 引言

当前城市化进程加速，地铁工程建设项目越来越多。在地铁建设施工中，明挖车站深基坑施工是一个重大危险源，因此，复杂地质条件下的深基坑工程支护设计和施工尤为重要。本文结合北京地铁17 号线工程望京西站深基坑工程，归纳总结了深基坑支护系统设计及施工关键技术，为类似工程深基坑设计施工提供参考。

1 深基坑支护类型

在对深基坑支护技术进行分析之前，要深入了解深基坑支护工程的特点，以便科学、合理地选用支护技术。当前，深基坑支护类型主要分为加固型和支挡型两类。加固型技术主要有旋喷桩止水、深层搅拌水泥土围护桩等；支挡型支护技术主要有土钉墙支护、钢筋混凝土板桩与地下连续墙支护等。在工程前期设计阶段选用基坑支护工艺时，要结合现场的施工条件，综合可利用施工空间，确保基坑结构稳定性、工期时间效率最大化、利于提高主体结构施工质量等。我国南方与北方土体之间存在较明显的差异，南方地基松软，地耐力值低，现阶段采用地连墙围护结构的施工较多；北方地基硬，地耐力高，地下水相对南方较少，个别地区为湿陷性黄土，一般采用围护桩。

2 望京西站车站概况

车站起讫里程为右K32+986.824～K33+214.824，主体为地下四层岛式车站，车站总长为228m，标准段宽度为27.7m，有效站台中心里程处顶板覆土3.0m，标准段深度为29.00m。车站共设置2 个地面出入口，2组风亭，2 个换乘通道，其中，B 出入口设置在公交枢纽下沉广场内，C 出入口设置在车站东南角，1 号风亭设置在南端顶板上方，2 号风亭与公交枢纽合建，M17-M13 换乘通道从17 号线西侧接入13 号线车站南端，M15-M13 换乘通道从15 号线北侧墙接入13 号线车站北端。

车站为地下四层双柱三跨框架结构，采用明挖顺作法施工，其中北段与公交枢纽一体化建设。C 出入口采用明挖顺作法施工；风亭从主体顶出，与主体同期实施；M17-M13 换乘通道采用矿山法施工，M17-M15 换乘厅结合公交枢纽地下二层设置，采用明+暗挖法施工；既有M15-M13 换乘天桥改为地下通道换乘，采用矿山法施工。车站两端均与矿山法区间相接。

该段地貌单元为清河古道与古金沟河古道之间地区，该区自然地面以下至55m 深度范围内地层以黏性土、粉土及砂土层为主，分布有连续的卵砾石层，一般自上而下可分为人工堆积层和第四纪沉积层两大类，表层主要以厚0.8～8.8m 人工堆积的粉土素填土、杂填土为主，一般结构松散，含有物较复杂，物理力学性能较差。

3 深基坑围护结构与风险源设计

3.1 围护结构施工设计

基坑开挖深度约29.00m，基坑宽度约为27.70～28.25m。根据岩土工程勘察报告显示，望京西站所在区域深度范围内存在3 层地下水，分别为潜水、承压水、层间水，基于地连墙围护结构具有较好的防渗性能，一旦施作完成后，能将地下水隔离在深基坑外，故望京西站采用基坑内疏干井降水，施工期间的地下水位需降至基坑底板以下1.0m。考虑施工时要求振动小，噪音低；需要承受周边人行天桥侧很大的土压力，墙体刚度要求大，而地连墙正好满足挡土结构可以贴近施工的要求[1]。

经过综合比较及计算分析，标准段围护结构采用800mm 厚的地下连续墙，嵌固深度14m，地连墙底部坐落于黏土地层，是较理想的隔水层。墙顶设冠梁，非结建段冠梁兼做压顶梁，结建段冠梁不兼做压顶梁。望京西站共设5 道支撑+1 道换撑，其中第1 道支撑采用1000mm×1000mm 的混凝土支撑，第2 道支撑及换撑采用609mm=16mm 钢支撑，第3～5 道支撑采用800mm、=16mm 钢支撑；与枢纽结建段负一层增设一道609mm 钢换撑（5 道支撑+2 道换撑），钢支撑通过预埋钢板支撑在地连墙及主体侧墙上。

3.2 风险源施工设计

13 号线望京西站东天桥位于车站西侧，邻近车站主体基坑，于2002 年建成，主桥和引道桥均为连续钢箱梁结构，桥墩为钢管混凝土。其中，1～3#桥墩为桩基，桩径为1.0m，桩长15.0m；4～11#桥墩为扩大基础，基础底埋深约5.0m。3#桥墩的桩基距离车站地连墙5.71m，4～11#桥墩的扩大基础距离地连墙最近距离为4.64m，为一级风险工程。

经综合分析及专家论证，考虑车站围护结构采用800mm 厚地下连续墙，支护结构的刚度大，变形小，且地连墙止水，可以避免施工中因地下水流失引起地面沉降。第1 道支撑采用混凝土支撑，抵抗变形的能力强，基坑侧壁变形小。故在地连墙成槽之前，施做一排800@500mm 的旋喷桩加固地连墙槽壁，并加强基坑支护刚度，以减小地连墙成槽及基坑开挖过程中，侧壁变形导致的天桥基础沉降[2]。施工过程中加强监控量测。

4 深基坑土方开挖控制

4.1 施工准备

（1）所有材料、设备、运输作业机械等必须进场到位，做好三通一平工作。

（2）基坑开挖前，落实好弃土场地。通往弃土地点的道路应能承受大型出土车的载荷，否则应做加固处理。

（3）降、排水系统正常运转，检查井点降水效果，当井点降水达到设计要求，方可进行基坑开挖施工。

（4）管线改移、保护全部完成或做好开挖过程中的加固措施。

（5）布置测量网点，先布置好每个基坑的测量网点，放出各轴线位置及冠梁顶标高，以保证支撑的及时安装和控制挖土标高。

（6）将开挖分层位置、标高、深度和各道支撑位置等技术指标和质量标准，向全体施工人员详细进行技术交底，使全体施工人员熟悉并掌握本工程所执行的各项技术措施和技术标准。

（7）根据施工的工作量及工期要求，配备挖掘机和吊车、龙门吊等施工设备。

4.2 开挖方法

基坑主体土石方约1.8×105m3，土方开挖由北向南施工，前期基坑纵向开挖以放坡开挖为主，放坡坡度最大19%，中期采用放坡开挖+挖机接力方式，后期收方采用挖机接力。基坑开挖标准段每个作业面配置4 台挖掘机开挖土方，人工配合清底，挖机配合倒运，后期基坑南段龙门吊挂土斗，人工配合提升出土。

施工过程中，为提高工效，采用台阶接力式开挖，纵向拉槽，两侧预留2m 宽平台。具体就是开挖第2 层土方时，将第3 层的中间部分土体挖除，留设2m 宽的工作平台，便于架设钢支撑，放坡坡度约1:2，开挖第3层土方时，将第4 层的中间部分土体挖除，依此类推。

各端头土方开挖步序及各工序开挖步序如图1 所示。随着待开挖段基坑长度越来越短，自卸汽车不能直接从基坑运输时，即第7 段以后采用坑内两台挖掘机加基坑外地面一台挖掘机装车的开挖方式。单层最大开挖深度3.5m，每层开挖面之间考虑机械施工工作面预留3.5m 宽平台，各层台阶土坡度设为1∶0.75。每层钢支撑处开挖时考虑机械的最大限界，预留基坑侧壁土方代替钢支撑对基坑起支护作用。

图1 土方开挖步序

随着基坑待开挖段长度更短，此时采取在基坑端头处用一台长臂挖掘机进出土，基坑内一台挖掘机配合的出土方式，如图2 所示。

图2 挖掘机进出土

长臂挖掘机的最大开挖深度约为17m，剩余8.7m深度的基坑余土，采用龙门吊吊装出坑，坑内用一台挖掘机配合装土及清理工作。当基坑全部土方吊运完毕后将挖掘机从斜支撑的空隙间吊运出基坑，如图3 所示。

图3 挖掘机装土及清理

4.3 土方运输

车站每天平均出土量为1000m3，外运弃土受出土时间、运距等影响较大，合理组织安排弃土是一个关键环节。弃土外运由专人负责组织安排，场地内、外统一调度，协调内外关系，组织安排出土车辆运输。场地外的运输路线与业主及有关部门协调安排，确保外运弃土按计划进行。

考虑雨天和特殊情况造成的工期滞后等因素及外部环境的影响，弃土场弃土量按平均开挖出土量的120%计，弃土量为1200m3/d。一辆19.5t 自卸汽车每次按20m3装土，外运土距离拟以15km 计算，运土时间从晚10 点到第二天早6 点，来回往返6 次，由此可计算所需车辆：=1200（/20×6）=10（辆）。考虑汽车维修等因素影响，多配备5 辆，即总需要配备数量为15 辆。

5 施工重难点问题的处理

5.1 施工过程中深基坑围护结构的稳定性

施工前，组织专家论证；施工过程中，严格按专家论证方案施工。基坑土方开挖，严守“竖向分层、先撑后挖”的施工原则，施工过程加强围护结构及周边建（构）筑物监测。

5.2 地下连续墙质量控制及防渗处理

施工过程中，要作好施工质量的控制，尤其是地连墙的垂直度和地连墙接头处的防渗水处理。主要通过采用成槽仪器检测地连墙垂直度，及时调整成槽速度和泥浆比重进行处理[3]。

5.3 预防渗漏措施

（1）项目部采用刮壁面与刷壁面相结合的刮壁器，处理接缝间的夹泥、夹渣等现象。

（2）地连墙采用工字钢接头，抗渗路径长，在一定程度上起到了防水、抗渗的作用。

（3）每幅地连墙接缝处预埋两根注浆管，车站基坑开挖前破除墙顶松散混凝土，对每幅地连墙接缝处进行预注浆处理，防止接缝处渗漏水。

（4）保证混凝土连续供应和连续灌注，安排施工技术人员到混凝土搅拌站驻场，确保混凝土原材料质量符合配合比要求并供应及时。

（5）保证导管不脱落、不堵管，确保导管埋入混凝土中的深度保持在1.5～3.0m 之间，及时按导管埋入混凝土的要求深度进行拔、拆导管，以防导管埋入混凝土过深，导致堵管事件发生，并防止导管被拔出。

（6）在深基坑开挖过程，备用深孔注浆机，预防地连墙接头位置混凝土不密实等原因导致的漏水现象，危及深基坑安全。

6 结束语

作为地铁工程建设中的一项关键环节，深基坑工程施工尤其重要，对此，本文在分析具体的地铁工程深基坑施工技术基础上，根据实际情况针对性地总结出关键的作业要点，以进一步保障工程的质量与安全，从而确保地铁工程的顺利建设。