地铁车站深大基坑取消留撑施工技术探讨

游敬杰

(中铁二局第六工程有限公司，四川 成都 610000)

0 引言

随着中国经济迅猛增长、人民生活水平的不断提高，加速推进了大中型城市快速发展，特别是大中型城市的高度开发和人口的高度集中，促进了地铁交通的快速建设。地处城中复杂环境的深大地铁车站建成使用需求紧急，对支护结构的变形要求也越加严格[1]。然而内支撑体系的操作便捷性和稳定性对地铁车站的快速安全建成极为关键。本文结合杭州地铁6号线“丰北站”深大基坑在确保支护变形可控情况下，探讨内支撑体系中的取消留撑施工技术优化，并运用工程实例阐述钢留撑、混凝土留撑施工技术优化的具体操作方式。为类似深大基坑工程的简化工艺、降低难度、缩短工期、降低成本、提高质量等提供参考。

1 案例项目

杭州地铁六号线丰北站位于杭州市萧山区亚运村范围内，距钱塘江不足1km，地下水蕴藏丰富，邻近“亚运村”及市政平澜路工程。该站属高水位富水砂层双岛四线明挖地铁车站，底板主要位于粉砂和淤泥质粉砂层，建筑面积52177m2，总长810m，宽24~56m，基坑开挖深度13.5~24m，设置6个出入口，3组风亭。

丰北站设计留撑段结构交叉异形、板间距较大、行车结构板纵坡大（0~2.9%），见图1。考虑回筑阶段的基坑稳定，采取A区162m第3道混凝土支撑做留撑（图2）、C区140m第2道混凝土支撑做留撑（图3）、B区215m第5道混凝土/钢支撑做留撑（图4）。各区混凝土留撑腰梁永久植入侧墙且需结构封顶后拆除外凸部分，导致主体结构无法顺筑、施工缝渗水风险增大、施工时间增长、施工费用增加、后期留撑拆除难度增加等情况。针对此情况，研究实施了多种取消留撑施工技术，彻底实现工艺简化、难度降低、质量提高、进度加快、成本降低等目标。

图1 取消留撑前（混凝土/钢）留撑范围平面示图

图2 A区第3道（混凝土）留撑典型断面

图3 C区第2道（混凝土）留撑典型断面

图4 B区第5道（钢/混凝土）留撑典型断面

2 常规明挖基坑与设置留撑明挖基坑简介

2.1 常规明挖基坑施工简介

常规明挖顺筑基坑施工方法：开挖阶段分段分层、由上而下、先撑后挖见底，结构回筑阶段自下而上、分层拆撑、逐层施工结构至封顶，见图5。该方法具有工艺简单、工期短、安全性高、质量好、造价低、适用地层广等优点，在建筑基坑工程中应用广泛。

2.2 设置留撑明挖基坑施工简介

设置留/换撑的明挖顺筑法：开挖阶段与常规明挖法相同，结构回筑自下而上、保留支撑、逐层施工结构、封顶后拆除留撑，见图6。常规明挖基坑与留撑明挖基坑施工步骤对比，主要是留撑基坑需在结构回筑期保留支撑，待封顶后凿除，导致诸多问题产生。

3 案例工程设置留撑的主要问题分析

（1）车站总长810m，宽24~56m，最大深度24m，其设置留撑段长517m，占比63.8%，影响范围大；

（2）混凝土留撑腰梁导致侧墙混凝土需2次浇筑完成，施工时间增长、难度增加、人工成本增加较大；

（3）留撑腰梁与侧墙浇筑时间间隔约2个月，存在不同龄期两道接缝的混凝土构件收缩、徐变差异大，接缝裂纹概率高，严重影响永久结构质量及使用性能；

（4）留撑需待顶板完成后拆除，导致结构板支架被支撑分割，其整体性差，同时结构支架不能按模数搭设，极大地增加了难度、时间、费用；

（5）留撑设置时需在下挖阶段预先施作上翻结构侧墙以预埋止水带，导致腰梁施工功效降低，严重制约开挖进度；

（6）留撑腰梁宽1000mm，侧墙厚800mm，腰梁下方侧墙浇筑需设置斜牛腿以确保混凝土骨料灌入及振捣，增加了非主体结构留撑段腰梁范围斜牛腿混凝土浇筑、凿除工序，其费用增加较多、施工操作难度较大；

（7）留撑腰梁下方无法设止水钢板，遇水膨胀止水胶+多次注浆+出气孔难以保证混凝土密实和有效防水，多次注浆补救实施难度大、质量保证难（一次注浆后无法再注浆）；

（8）留撑腰梁隔断侧墙导致侧墙钢筋接头增多、无法按规范要求设置错接，既增加成本又有损钢筋连接性能；

（9）留撑与结构板、中隔墙冲突，导致结构回筑时结构板与中隔墙无法顺作，仅能封顶后施作，增大了站内结构工程量；站内结构施工受限无法快速高效推进，其施工难度大、工效低、成本高。

综上所述，设置留撑情况下，导致施工难度、费用增加，施工进度、工效降低，工程质量、结构性能降低；针对此情况，探寻设置留撑情况下的深大基坑工程施工技术优化对其高质量、高效率、低成本实施极为必要和关键。

4 深大基坑工程取消留撑施工技术优化

案例项目地处高水位富水砂层区，孔隙潜水位距地表下1m，淤泥质粉质黏土隔水层距地表下16.8m。根据详勘报告，坑外素填土水平渗透系数8×10-4cm/s，垂直渗透系数7.5×10-4cm/s；砂质粉土水平渗透系数6×10-4cm/s，垂直渗透系数3.8×10-4cm/s；粉砂水平渗透系数5×10-3cm/s，垂直渗透系数4.5×10-3cm/s。根据杭州地铁丰北站工程周边环境情况、围护及结构设计、地层透水情况，并结合《满堂支撑架体在深基坑换撑中的可行性分析》、《地铁车站深基坑降水施工坑外地表沉降控制分析》、《斜抛撑在深基坑支护中的应用研究》等[2-5]相关研究分析，综合实施项目取消留撑施工技术优化。

4.1 结构板支架对撑取消留撑施工技术优化

4.1.1 核心控制方法

该项目的地铁基坑宽24~56m、深13~24m且结构交叉异形，基坑竖向设置多层钢/混凝土留撑，无法正常进行明挖顺筑施工。因基坑宽大异形，结构板支架对撑的横向轴力传递后衰减较大，单纯依靠结构板支架对撑轴力难以控制围护变形，故此结构板支架对撑取消留撑施工技术优化综合采用四项核心控制方法以实现顺作：

（1）结构板支架对撑侧墙以分摊围护传递给主体结构的侧压力；

（2）坑外控制性降水以减少围护结构外侧土体侧压力；

（3）结构跳段回筑封顶以避免围护结构因大范围拆除留撑后破坏；

（4）自动化无线传感监测设备系统实时监测、收集、分析，以准确预判风险。

4.1.2 实施方法要点

结构板支架对撑取消留撑施工流程见图7，主要实施方法要点如下：

（1）结构板支架对撑侧墙分摊侧压力。

①结构底板施工完成后，优先施工留撑下方可施工段侧墙，留撑下方侧墙采用结构板支架对撑方式支撑，侧墙浇筑后横向对撑支架不进行松脱，起到预加轴力作用；

②待侧墙强度达到设计要求后拆除上部留撑，以达到拆除留撑的轴力分摊至结构板对撑支架且不损坏侧墙结构。

（2）坑外降水控制方法。

①根据工程具体情况及计算分析，坑外距基坑3m设置间距10m的深井降水，开挖见底时启用深井降水，保证拆除留撑前15d内静水位降至地表下8m，以固结坑外土体增大土体自稳能力，大幅降低围护结构侧压力[6]；

②设置坑外降水管理小组，安排专人管理控制性坑外降水；取消留撑段回筑期间，3次/日进行水位测量，雨期加密监测至6次/日；

③坑外降水井采用独立开关箱及自动水位监测设备，同时标识明确开关箱对应降水井口编号，做到标识清晰、管理有效、操作便捷、抽排及时；

④配备专用双路供电设备，并安排专业电工每日巡查设备工况，保持双路供电设备运转正常，以达到坑外控制性降水24h运行。

（3）结构回筑跳段避免大范围失稳。

结构底板采取见底及封闭原则快速施工，仅底板以上主体结构采取跳段方式。首先拆除一段结构的留撑，保留相邻段留撑，顺筑先拆留撑段结构封顶并达到强度后，再拆除相邻段留撑顺作结构至封顶。

（4）监测控制措施。

①将地下水位监测纳入必测项目，每日编制监测报告，及时反馈坑外水位降深情况：对水位降深不满足要求的降水井立即更换大功率水泵或增加降水井；坑外降水井安装水位自动化监测显示设备，做到实时监测动态控制。

②施工监测采取自动化无线传感监测设备系统，同时开发使用“一种基于多种传感器组合的基坑拆撑监测系统”专利，可确保监测数据的及时收集、处理、分析，根据土体测斜、墙体测斜、墙顶位移、支撑轴力、地表沉降等变形监测数据情况，采取相应的应急措施。

（5）外排保通方法。

外排管网沿基坑环向设置管网30m/段留接收井点降水入水口，统一收集后排入市政管网以防止回流入控制性降水区地层，确保控制性降水降深；对外排管网系统进行24h巡查，确保外排水通畅。

（6）必要的应急措施。

采取自动化监测技术实时取得监测数据，并根据监测数据及基坑变形具体情况，采取增大坑外井降深、增加降水井、增设临时支撑、降水井回灌、双液注浆等应急处理方式应对突发情况，以控制监测指标达标。

4.2 斜抛撑取消留撑施工技术优化

常规斜抛撑主要用于房建地下室宽大浅基坑工程中，而本项目基坑深度达24m、宽度达56m且竖向存在4~5道支撑，无法适用传统斜抛撑。优化后的斜抛撑由于主体结构空间限制其架设角度和位置，导致斜抛撑轴力较大而水平反力提供不足，故案例项目在传统斜抛撑的基础上综合运用四项核心技术措施实现取消留撑目的：①结构板支架对撑侧墙以分摊围护传递给主体结构的侧压力；②坑外控制性降水以减少围护结构外侧土体侧压力；③结构跳段回筑封顶以避免围护结构因大范围拆除留撑后破坏；④自动化无线传感监测设备系统实时监测、收集、分析，以准确预判风险。②~④项已在本文“4.1 结构板支架对撑取消留撑施工技术优化”中介绍，不再赘述，本节主要介绍案例项目实施的非传统斜抛撑取消留撑施工技术方法。

4.2.1 传统斜抛撑工序

（1）围护结构设置斜抛撑支墩或预埋件→基坑盆式开挖→浇筑开挖部分底板并设置斜抛撑支承支墩或预埋件→安装斜抛撑→开挖坑边剩余土体→施作剩余底板→顺作结构至封顶→斜抛撑及其附件拆除。

（2）围护结构设置斜抛撑支墩或预埋件→基坑盆式开挖至斜抛撑支承桩体→支承桩设置斜抛撑支墩或预埋件→安装斜抛撑→开挖坑边剩余土体→整块浇筑底板（斜抛撑嵌入结构设止水环）→顺作结构至封顶→斜抛撑及其附件拆除。

4.2.2 案例项目斜抛撑优化实施方法

基坑开挖及验槽→结构底板及预埋件施工→结构侧墙及预埋件施工→拆模养护→斜支座安装→斜抛撑安装→上部留撑拆除→顺作结构至封顶→斜抛撑及其附件拆除。

（1）替换原则：采取先安装斜抛撑再取消留撑的方式，减少基坑变形以降低风险。首先根据原留撑位置高度确定侧墙浇筑高度及斜抛撑角度，其后精确选择斜抛撑底板和侧墙支撑点位置。

（2）底板及侧墙斜支座锚固钢板严格按照确定的支撑点位置进行安装，并根据斜抛撑水平分力和竖向分力大小，在锚固钢板与混凝土接触面上设置足够的抗剪钢筋。底板安设的锚固钢板中部开孔以便于捣鼓密实增强支承力及摩擦力。

（3）斜支座安装：斜支座安装前清理并打磨预埋锚板，检验其位置、平整度、标高、混凝土密实度，合格后刻画斜支座外轮廓线以准确定位。斜支座与锚板接触各边进行满焊，同时在斜支座及锚板提供反力的根部处设置剪力销。

（4）斜抛撑安装：为保证斜抛撑轴向受力稳定，其安装的角度需与斜支座的板面倾斜度相匹配，斜抛撑与斜支撑接触面处的缝隙采用钢片或橡胶板垫实，完成后预加轴力。

（5）拆撑顺作:监测数据稳定后拆除留撑替换为斜抛撑受力工况，持续监测替换后的基坑变形数据，无异常则进行结构顺作施工，施工至主体结构框架完成并达到设计强度后拆除斜抛撑及其附件。

5 结束语

本文结合案例项目详细阐述地铁车站深大基坑取消留撑施工技术优化实操应用，为类似深大异形基坑实现取消留撑施工提供有力理论及实践支撑，开辟了复杂深大基坑内支撑体系设计与施工的新思路、新方法。总结得出如下结论：

（1）针对砂质、粉砂质等具有一定渗透性的土层，采取坑外控制性降水可有效提高坑外土体自稳性能，减少基坑围护结构侧压力及变形。

（2）坑外控制性降水在减少围护结构外侧土体侧压力的同时，将引起基坑周边10m范围内地表产生2~5cm沉降，实施前需探测分析周边建构筑物、管线、便道等的沉降要求是否允许或采取回灌措施。

（3）针对宽大异形深基坑，结构板支架对撑轴力传递后损失较大，单纯依靠结构板支架对撑轴力难以控制围护变形；斜抛撑支撑方式由于结构空间限制，其架设角度、位置导致轴力较大而水平反力提供不足。两种方式均配合降水、跳段、监测等措施可有效分摊侧压力、控制变形、确保安全。

（4）结构板支架对撑和斜抛撑取消留撑施工技术优化的研究应用，彻底消除了结构侧墙内咬合不同材料或不同龄期混凝土，引起的内衬墙开裂、渗水问题，提高了结构安全使用性能及防水质量。

（5）取消留撑施工技术优化充分利用结构施工支架体系或较短的斜抛撑支撑体系，以实现顺作施工，避免封板后大量拆除站内留撑、降低施工难度、缩短施工工期、减少施工成本、提高施工质量。