地铁车站明挖基坑施工技术研究

刘小琦，张宇明

（中国水利水电第十一工程局有限公司，郑州 450000）

1 引言

纵观地铁车站施工全流程，基坑施工属于重要环节，但由于现场施工条件复杂多变、施工工序丰富，易出现质量或安全问题。因此，需要加强对基坑施工技术的探讨，根据地铁车站基坑工程的实际情况选择适宜的施工技术。其中，明挖法是地铁车站基坑施工中的常见方法，加强对此项施工工法的分析具有必要性。

2 工程概况

深圳市城市轨道交通12号线土建五工区，包含3站4区间，全长6 757.59 m。其中，黄田站基坑开挖深度16～21 m，采用了明挖顺作法，开挖时间安排在围护结构封闭且地连墙、冠梁等相关支护结构建设成型后。以分段、分层、分区、对称的基本方式进行基坑开挖，根据现场地质、环境条件合理控制安全坡度，在安全的前提下精准开挖到位。

3 基坑明挖法施工方案

根据分段开挖的原则，将本车站划分为9个施工段，开挖采用台阶法，按照先两头、后中间的顺序开挖，为各工作面适配3～4台挖掘机和10～15台自卸车，分别用于开挖土方和外运土方。开挖土方输送安排在夜间10点至次日5点，目的在于避免交通拥堵和环境污染。为满足清基土方难以及时外运而产生的临时堆放需求，在车站两端开挖临时弃土场。自卸车装载土方后，先将轮胎冲洗干净，再按照指定的路线将土方运送至堆放场。土石方开挖分层依次推进，基坑内安排1台挖掘机，用于向地面倒土，再由自卸车装载、外运。联合应用龙门吊和坑内小型挖掘机，协同完成基底土的出土作业，首先用龙门吊将土方吊运至基坑周边，再由挖掘机辅助，将吊运后的土方装载至自卸车上，以便外运。严格控制各层的开挖量，避免超挖、欠挖。

4 明挖基坑施工方法、流程及要点

4.1 施工方法

按竖向自上而下分层的方式有序开挖土石方，横向先开挖中间土体，再转向两侧，纵向形成台阶。开挖期间采取基坑降排水措施，削弱水对基坑的侵蚀作用，并采取边坡防护措施，用于维持边坡的稳定性。注重对基坑的防护，基坑开挖后的暴露时间不可超过24 h。根据支撑位置、断面变化等，灵活调节每段的开挖长度，确定开挖段后，进一步细分为多个长为6 m、高为3 m的小层，依次开挖各层。遇淤泥质土层时，为保证开挖安全，小层的高度不超过1 m。首层开挖后，施作冠梁和支撑梁，待支护结构的强度达标后，安排第二层的开挖，并在开挖后随即采取支撑措施，如此类推，直至完成各层的开挖作业为止[1]。

4.2 开挖流程

根据分层开挖的要求，将整个开挖范围划分为4层，具体如下：

1）冠梁底以上（第一层）：开挖设备采用反铲挖机，开挖深度1.5 m，从车站大里程端开始向小里程端推进，从小里程端外运土方。

2）第一道钢支撑以上（第二层）：台阶法开挖，开挖深度7.2 m，多台反铲挖掘机接力作业。本层以淤泥质土、砂砾、粉质黏土居多，根据土层的特殊性做针对性的开挖。其中，淤泥质土层的开挖陡坡不超过1∶2，为保障坡顶机械的安全运行，在基坑内挖机下铺设钢板平台。局部地质条件较差而无法开挖成台阶，此时开挖采用长臂挖掘机完成。

3）第二道钢支撑以上（第三层）：台阶法开挖，开挖深度4.5 m，开挖陡坡不大于1∶1.5，多台反铲挖掘机接力开挖。

4）基底以上（第四层）：台阶法开挖，开挖深度4.4 m，开挖陡坡不大于1∶1.5，多台反铲挖机接力开挖[2]。基底土方开挖设备选用长臂挖机，土方运输用10 t龙门吊完成，及时输送开挖产生的土方，具体如图1所示。

图1 第四层土方开挖示意图

4.3 开挖要点

1）为强化对基坑开挖质量的控制，根据总体开挖量分段、分层，逐步开挖。每完成一部分开挖后，随即安排质量检验，及时发现问题、妥善处理问题。优先对两端开挖，再转向中间区域。在分段的前提下，进一步细分为多个小段和层次，有条不紊地开挖各细分部分。

2）土石方开挖施工示意图，如图2所示。开挖设备采用反铲挖掘机，深层土方由多台设备接力完成，开挖产生的土方及时转移至地面，用自卸车运输至指定堆放场所。每层土方开挖厚度不大于3 m，每层适配2台反铲挖掘机。

图2 基坑“分层台阶法”开挖示意图

3）每层开挖时，首先在中间成槽，再向两边扩展，按照此顺序开挖。考虑到开挖稳定性的要求，及时架立钢管支撑，适当施加轴力，实现对围护桩体变形量的有效控制。待该层支撑装置设置成型且具有稳定性后，方可安排下层土方的开挖[3]。

4）基底设计标高以上0.2 m部分不再继续机械开挖，宜由人工作业，目的在于避免超挖。开挖至基坑底部时，土方转运难以采用台阶法反铲接力的方式实现，该部分调整为汽车起重机和提升吊运共同配合的方案。开挖产生的土方应及时转运，禁止过度堆积在开挖现场。

5 基坑挂网喷锚防护

5.1 挂网喷锚施工流程

按照如下基本流程完成挂网喷锚作业：开挖→修整基面→挂设钢筋网→喷射混凝土→抹面收光。

5.2 喷射混凝土

1）喷射前检验机械设备的运行状态，发现故障后安排维修；检查风、水、电管路和电线，保证水电等基础资源供应的可靠性。

2）纵向单次开挖长度取5～10 m，开挖后及时挂网喷锚，缩短开挖基坑暴露至外界的时间。

3）钢筋焊接时，单面焊、双面焊的焊接长度分别取10 d、5 d，接头避开受力较大的部位，每次挂网应在下部预留30 cm的搭接长度。

4）混凝土喷射环节，喷射机的风压稳定在0.3～0.5 MPa，喷头距受喷面1.5～2 m。分段、分片喷射混凝土，首先完成钢筋网与围护桩间隙的喷射作业，再喷射钢筋网间部分。混凝土喷射过程中喷头连续做圆周运动，后一圈压前一圈1/3。

5）遇桩间土超挖时，喷射适量的素混凝土，用于弥补超挖的部分。

6 基坑支撑施工要点

6.1 冠梁及混凝土支撑施工

施工灌注桩顶层冠梁，借助此结构实现对钻孔灌注桩顶部的连接，构成完整的整体结构，进而提升灌注桩的稳定性，避免桩体因基坑开挖的扰动而出现异常；为确保基坑在开挖期间不变形，还需设置第一道钢筋混凝土支撑。基层表层土开挖至支撑底标高处时，施工冠梁和第一道支撑施工要点如下：

1）钻孔桩及止水帷幕旋喷桩施工30～40 m后，组织冠梁上方首层土方的开挖作业，而后凿除冠梁顶部疏松部分，向该区域外露的钢筋搭接钢筋混凝土支撑、冠梁钢筋。钻孔灌注桩顶伸入冠梁底面5 cm，灌注桩钢筋与冠梁钢筋连接。

2）支撑梁底模施工环节，采取填平夯实、覆盖尼龙薄膜的处理方法，或是先将模板铺设到位，具有平整性后再开展垫层施工、油毛毡铺设等相关工作。钢筋绑扎建立在测量放线结果的基础上，要求绑扎的钢筋位置准确并维持稳定，此后将侧模板安装到位。

3）用拉杆螺丝固定支撑梁的侧模，根据设计要求对撑梁适当起拱。

4）在钢筋绑扎、模板安装等各项准备工作均完成后，用滚浆法浇筑混凝土，辅以振捣措施，提升混凝土的密实性和表面平整性。混凝土浇捣后，洒水养护，防止开裂。

6.2 冠梁和支撑施工技术措施

清理灌注桩顶的浮浆，适度凿毛，用清水冲洗使凿除部位保持干净；绑扎冠梁及第一道支撑钢筋；为顺利与下节冠梁主筋搭接，钢筋绑扎时预留适量的主筋长度。

侧模选用组合钢模板，联合应用方木和木条对模板做支撑处理。支模前，先清理模板上附着的杂物，再均匀涂抹隔离剂，以便顺利脱模。

经过冠梁和第一道支撑梁的混凝土浇筑后，安排不少于7 d的养护，养护期间加强对温度和湿度的控制，以便混凝土的有效成型。

6.3 钢筋混凝土支撑的拆除

顶板混凝土强度达到设计标准的75%时，人工手持风镐拆除第一道钢筋混凝土支撑，用氧割的方法切断多余的钢筋。支撑的拆除流程如下：

1）拆除前的准备工作（搭建操作平台）。用钢管搭设架体结构，采取临边防护措施，提供安全防护，供支撑拆除人员在该平台上高效作业。立杆、水平杆的布设间距均为1 500 mm，支撑底水平杆距梁底200 mm。于梁底水平杆中间的部位设置立杆，避免支撑断裂时冲击水平杆。

2）支撑的拆除。根据地铁车站施工进程适时拆除支撑结构，全程遵循分段、分层的基本原则。结构施工成型同时强度达到设计标准后，具备拆除支撑的条件。正式拆除时，由人工用风镐剥除支撑钢筋外面的一圈混凝土，露出的无用主筋用气焊割断；为便于吊装支撑，拆除后用风镐分段破碎，根据龙门吊的吊装能力控制每段的重量；破碎时加强对混凝土块尺寸的控制，要求散落部分的单块直径不超过200 mm。

7 结语

综上所述，明挖法是地铁车站施工中代表性的方法之一，本文结合地铁车站工程实例对该施工技术展开了分析，提出在地铁车站基坑开挖、喷锚支护、冠梁和钢筋混凝土支撑设置等方面的施工要点。在未来的地铁车站建设中，施工单位仍需加强对明挖法的技术探索，从理论的深化、作业方式的优化、机械设备的升级等角度着手，全面提高明挖法在地铁车站中的应用水平，促进地铁车站基坑开挖工作的有效开展。