地铁明挖车站工程中的深基坑开挖及支护施工技术

朱春柏

摘要 文章以某地铁工程作为案例，从土方开挖、弃土外运和覆土回填、支护施工技术等方面研究了地铁明挖车站工程中的深基坑开挖及支护施工技术，重点探讨了钢筋混凝土支撑施工、钢支撑安装、预应力施加和拆除等技术。

关键词 地铁明挖车站；基坑开挖；支护技术

中图分类号 U231.3文献标识码 A文章编号 2096-8949（2023）12-0075-03

0 引言

深基坑开挖和支护施工是地铁工程中复杂而关键的环节，对于确保车站结构稳定和施工顺利进行至关重要[1]。该文旨在深入探讨深基坑开挖的原则、顺序和方法，以及钢筋混凝土支撑和预应力施工等支护施工技术，希望能够提供一套完整的解决方案，以确保地铁明挖车站工程的质量和安全，为地铁明挖车站工程的顺利进行提供实用的技术指导和参考。

1 工程概况

某地铁工程的车站起止里程为SK0+（?017.900）～SK0+392.555，车站站台中心里程为SK0+158.300。車站为地下两层岛式带配线车站，车站站台宽度为12 m，车站长度为410.46 m，覆土高度为3.44 m。地铁车站选择明挖顺作法来进行施工。

2 土方开挖

在该地铁车站工程的施工过程中，采用了明挖顺作法，对项目主体基坑和车站附属结构基坑进行了开挖。封浜站车站标准段基坑的开挖深度达到了17.64 m，而端头井基坑的开挖深度为19.93 m。为了保证开挖工作的安全和顺利，施工单位采取了一系列的有效措施，在实际开挖过程中，使用了科学的土方开挖施工方法，选择了合理的挖掘机械和附属设备，确保了开挖工作的高效性和精确性[2]。

2.1 主体基坑开挖原则及顺序

2.1.1 开挖原则

（1）分层原则：按竖向钢支撑的道数分层开挖槽组。每层开挖深度要求在同一层支撑中心以下30 cm处。

（2）放坡原则：按照1∶1.5比例进行放坡，纵向总坡比不得超过1∶3。

（3）开挖单元：将2～3根支撑作为一个单元，每个单元需要在8 h内完成开挖操作。开挖后6 h内需对钢支撑结构施加应力，减少基坑对外裸露时间。

（4）分块原则：先挖端头井斜撑部位，然后挖支撑段。支撑段按照先中间后两边的原则分块，两边需要预留一定的土质[3]。

2.1.2 开挖顺序

由于地铁车站为地下二层岛式结构，在主体基坑标准段规划设计了五道支撑，端头井规划设置了六道支撑。其中第一道支撑选用混凝土支撑，其余选用钢结构。将基坑按照顺序划分为三个小基坑，第6～7层采用混凝土支撑及钢支撑开挖。开挖方向：西区段基坑按自西向东方向开挖放坡；东区段基坑按从东向西开挖放坡；中段基坑按照先两侧后中间的方式来开挖放坡[4]。

2.2 基坑开挖的方法

按照历来的施工经验，不同开挖深度需要有针对性地选择开挖方式。主要分为以下几种：

（1）第一层选用标准臂液压挖掘机，将开挖的土方装至运输车直接运输出去。

（2）第二层至第六层，土方道支撑的土体选用小型液压挖掘机水平开挖、加长臂液压挖掘机垂直运输，通过两种开挖方式结合进行挖土操作[5]。

（3）因施工现场条件不同，当选择加长臂挖掘机无法完成开挖作业时，可以选择吊车抓斗和小挖掘机水平运输的方式完成挖掘作业。

通过以上3种方式分析，实现水平挖掘运输与垂直运输操作分离，解决了纵坡问题和支撑延搁问题，提高挖土速度，确保基坑的安全[6]。

2.3 弃土外运及覆土回填

2.3.1 弃土外运

基坑土内土方开挖后，为避免对城市环境造成影响，必须采取一定的措施使施工现场保持清洁。特选用了专用土方运输车辆来搬运土方，保证土方安全高效运输。另外，当所有车辆行驶出施工现场时，要求对车辆进行彻底清洁。使用高压水枪对车辆的外侧、车轮等部分进行冲洗，彻底清除车辆表面的污垢和泥土，减少对城市道路和周边环境的污染。为了保证运输车辆安全有序地驶离施工现场，施工团队应安排专人对运输车辆进行指挥，包括对过往的行人和车辆及时疏导，保持施工区域和交通通道的畅通，避免发生意外。

2.3.2 覆土回填

地铁主体结构顶板、防水层、保护层等建成后都需要进行维护，当强度维护到设计强度时，再进行覆土回填操作。

基坑采用纵向分层和对称回填方式，每层回填的覆土厚度未达到0.3 m时保证所有的机械设备不损坏防水层。当对结构两侧和顶板上0.5 m以上进行覆土回填时，借助蛙式打夯机对地下管线周围区域夯实。已经填土的边坡需要作成台阶状，台阶设计宽度为1 m，回填高度不超过0.5 m。

3 支护施工技术

3.1 钢筋混凝土支撑施工工艺

选择现浇筑的方式浇筑钢筋混凝土，要求支撑和圈梁同步施工。

（1）施工顺序。土方开挖至钢筋混凝土支撑底垫层底面→钢筋混凝土支撑垫层施工→绑扎支撑及圈梁钢筋→支立侧模板→混凝土浇筑→养护混凝土、拆模、清理混凝土表层杂物。

（2）为了缩短施工周期，可将一定数量的早强剂掺入在混凝土中并加以维护，在混凝土强度满足要求的情况下再次土方开挖操作。

3.2 钢支撑安装工艺

根据土方开挖的进度要求，需提前准备所需钢管和相关配件。按照设计要求对支撑进行拼装处理，在每段土方开挖完成之后及时设置支撑结构并施加预应力。支撑部位的土方开挖作业需要凿除地墙混凝土保护层，将预埋钢板露出，借助焊接工具焊接钢牛腿。在吊车辅助下支撑结构通过分段进行吊装作业，千斤顶根据设计要求施加预应力。同时采用细石混凝土填充支撑端头与地墙之间的缝隙，保证支撑的稳定性。安装完成后需观测预应力的变化。

（1）支撑预埋钢板的安装。按照设计要求安装支撑预埋钢板。选用φ25锚固钢筋和20 mm厚钢板焊接为整体，作为支撑预埋钢板。选择穿孔塞焊和预埋接驳器相结合的方式将φ32锚固钢筋与20 mm钢板焊接为整体，并用作斜撑预埋钢板。

（2）支撑安装操作。支撑安装前，需进行地面预拼操作，检查支撑的平直度，以保证两端中心连线偏差度处于控制范围内。经检查满足要求的支撑结构必须做好编号并按编号摆放整齐，对于跨度短的支撑进行一次起吊。与此同时，支撑安装前对地下连续墙上支撑位置进行找平，找出连续墙的主筋位置，再采用焊接的方式对处理后的钢牛腿与主筋进行焊接，最后再对钢支撑进行吊装，并借助千斤顶进行轴力预加处理。

（3）斜撑安装作业。对端头井拐角处进行斜撑作业。由于斜撑和围护结构有一定的夹角，不能直接支撑安装和应力施加。所以斜撑的安装需借助螺栓将斜撑和预埋钢板进行焊接，再施加预应力。按支撑角度计算斜撑轴力，以保证预应力数值满足要求。

（4）留置钢的支撑安装。以工程设计图纸为基础，对于车站回筑阶段需要选择留置钢支撑结构。选择厚度为4 mm的钢套筒作为留置钢支撑端部，将钢端与钢套筒进行焊接，并且在套筒外设置止水法兰，如图1所示。

3.3 施加预应力

钢支撑吊装至指定区域时，吊钩保持不动，先将活络头子拉出稳定住钢垫箱，然后将液压千斤顶放入活络头子顶压部位，预应力到一定数值时，对活络头子进行焊接，确保其牢固，再松开千斤顶，解开钢丝绳。当千斤顶预加应力不断增加时，做好数据记录。使用前检查油泵装置以保证正常工作，同时还需要检查轴力计是否“归零”，确保数据的准确性。预应力施加时，安装设计要求逐步增加。

3.4 预应力复加

在进行开挖工作并连续施加下道预应力时，上道支撑结构的应力会相对减少。为了满足设计要求，钢支撑结构需要安装复加预应力装置，并采取以下措施：

（1）下道支撑架设完成后，根据设计要求对各道支撑进行复加预应力装置的安装。这确保了支撑结构能够承受持续的预应力施加，并提供了足够的支撑能力。

（2）在施加首次复加预应力12 h内，对预应力的损失和墙体水平位移进行观测。逐步增加复加预应力直至达到设计数值，以确保支撑结构的稳定性和可靠性。

（3）因昼夜温度变化引起的预应力损失，需要在当日的低温时段进行预应力的复加。通过适时的复加预应力，确保支撑结构能够达到设计要求的预应力数值。

（4）当墙体水平位移速率超过限制时，可以增加支撑轴力来控制墙体的变形。复加后的支撑轴力和挡墙弯矩必须符合设计要求，以保证结构的稳定性和安全性。

综上所述，针对下道预应力施加时上道支撑的情况，通过安装复加预应力装置和观测预应力损失和墙体位移，以及适时进行预应力的复加，可以确保支撑结构的稳定性符合设计要求。此外，通过增加支撑轴力来控制墙体变形，进一步保证了结构的安全性和可靠性。

3.5 支撑拆除

采用50 t履带吊拆除钢支撑结构。首先在50 t履带吊的辅助下起吊钢支撑，再使用切割机切除与其连接的区域，最后再从基坑中起吊。单根支撑拆除时，需要拆除对撑，释放应力。按照先两边再中间的方式逐根对支撑结构进行拆除。

3.6 支撑体系安装允许偏差

在支撑体系的安装过程中，必须注意允许一定的偏差，但需要合理控制这些偏差，确保其在设计允许范围内，是保证支撑结构安全可靠的重要措施。表1为钢支撑轴线竖向偏差表。

3.7 鋼支撑安装和拆除技术

当结构强度满足设计要求后再进行支撑拆除工作。支撑拆除后由于支护结构的受力有较大的改变，支撑拆除过程中需保证支护结构的受力变化趋于稳定。拆除遵循以下原则：

（1）支撑安装采用分段分区的方式进行；支护拆除选择分段和分区拆除。

（2）按照从中心向两边的顺序分段对支撑进行拆除。

（3）以支撑钢连杆和牛腿作为分段点的方式拆除支撑，拆除时需要借助吊机。先分级释放轴力并下落支撑，拆除之后再将其运出施工现场。

（4）在中板下方进行拆除操作。借助预埋吊钩将支撑进行紧吊，释放预应力。支撑拆除后需借助预留孔洞将支撑运出施工现场。

3.8 混凝土支撑的拆除措施

由于受到施工现场情况和结构的影响，当拆除第一道钢筋混凝土支撑后，需通过人工凿除的方式来对其他部分进行拆除。

按照分段进行凿开作业，按照起重机的起重能力分段起吊。钢筋保护层凿开之后，切断纵向钢筋，再将切割断的钢筋混凝土块吊至地面。

（1）在结构顶板混凝土的强度满足要求的情况下，再拆除第一道钢筋混凝土支撑结构。

（2）拆除顺序。做好拆除准备工作→吊车起吊混凝土支撑→按照分段方式来对支撑进行凿除→吊装出基坑。

（3）支撑拆除之后及时对顶板进行清洗，并做好顶板防水工作。

4 结语

该研究对地铁明挖车站工程中的深基坑开挖及支护施工技术进行了深入探讨和分析。研究结果表明，在基坑开挖方面，主体基坑开挖原则和顺序的合理性以及不同的开挖方法在实践中的适用性得到验证。针对支护施工，钢筋混凝土支撑施工工艺和钢支撑安装工艺在提供结构稳定性方面具有重要作用。预应力施加和拆除技术在支撑体系的强度和稳定性方面发挥着关键作用。该研究的结果具有实用价值，可为地铁明挖车站工程的设计和施工提供参考和指导。该文研究未涉及基坑开挖过程中的土体变形与应力分布等问题，未来的研究可对上述问题进一步完善和深化，以便进一步提升地铁明挖车站工程的施工质量和效率。

参考文献

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[2]郭凤志， 赵凤. 建筑深基坑支护工程施工技术[J]. 企业文化， 2018（2）： 21-25.

[3]刘镇. 近海复杂地质条件下深基坑围护结构施工难点及重点工艺研究[J]. 施工技术， 2018（20）： 97-98.

[4]宁兴萍. 地铁站深基坑复杂工况下围护工艺综述[J]. 北方建筑， 2019（4）： 21-23.

[5]陈东海. 地铁明挖车站中深基坑支护施工技术分析[J]. 建筑工程技术与设计， 2017（19）： 243.

[6]徐怀利. 地铁明挖车站超深基坑开挖支护施工工艺[J]. 北方建筑， 2022（1）： 46-50.