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地铁车站深基坑开挖施工技术研究李家帅

发表时间：2020/9/15 来源：《基层建设》2020年第15期作者：李家帅1 周天豪2

[导读] 摘要：在我国，随着城市地铁、地下综合管廊等大量地下工程的迅速发展，地下空间断面尺寸日益增大，其施工开挖给高耸建(构)筑物带来潜在安全隐患。

        1.北京建工土木工程有限公司北京市 100015；2.北京建工集团有限责任公司北京市 100055
        摘要：在我国，随着城市地铁、地下综合管廊等大量地下工程的迅速发展，地下空间断面尺寸日益增大，其施工开挖给高耸建(构)筑物带来潜在安全隐患。例如城市的高架桥、人行天桥极易因大断面地下空间开挖而出现基础开裂、下沉现象，不仅影响桥梁的正常使用，也会产生安全隐患，进而酿成安全事故。在北京、上海等一线城市，因地铁建设较早，规模较大，地下频繁的大断面开挖而产生的此类安全隐患问题较突出。鉴于此，本文对地铁车站深基坑开挖施工技术进行分析，以供参考。
        关键词：地铁车站；深基坑开挖；施工技术
        引言
        社会持续发展的大环境下，城市地铁建设规模逐步扩大，但受既有建（构）筑物、地质条件、地面交通等多方面因素影响，导致地铁施工难度加大，此问题在地铁车站深基坑施工中体现得更为明显。深基坑开挖工作量较大，必须以实际情况为立足点，采取相适应的加固措施，营造安全的基坑开挖施工环境，推动地铁车站深基坑结构施工工作。
        1主要施工流程
        （1）以时空效应理论为指导，合理组织基坑开挖和边坡防护工作，明确具体单元数，及时掌握现场监测结果，以此为参考灵活调整施工参数[1]。开挖作业做到分层、分段，通过及时架设钢支撑的方式达到增强围护结构稳定性的效果。
        （2）土方开挖时加强防护，以免对周边环境造成不良影响，最大限度减小围护结构和边坡位移。
        （3）依据规范合理放坡，严格控制好开挖进度，以免出现超挖现象。
        （4）施作排水沟以疏导场地积水，针对地下水的处理可通过集水井抽排的方式实现。
        （5）检测开挖标高并按照设计要求采取控制措施，及时掌握开挖情况，当快要接近标高时应暂停施工，预留30cm厚的土层，安排人员完成清底作业，超挖区可通过回填夯实的方式加以处理。
        2基坑土方开挖顺序及分区
        围护结构有助于维持基坑开挖稳定性，选择地连墙+内支撑的方式。根据勇士营站基坑施工条件，于该处竖向设置3道支撑+一道换撑，此部分施工选择明挖顺筑法。此外，对于望勇区间风井基坑的围护措施，除竖向设置5道支撑外还增设了一道换撑，此部分选择明挖顺筑法。勇士营站主体结构基坑开挖施工中优先从两侧端头开挖，再逐步转向基坑中间区域，综合考虑变形缝和施工缝的布设方案，合理划分开挖单元，流水段长度约25m-30m。其中勇士营站主体结构为15个，望勇区间风井主体处设为1个。
        3基坑钢支撑架设方案
        （1）钢筋砼支撑设置。①考虑到基坑开挖过程中易发生失稳的情况，增设钢筋砼支撑，创造安全的施工环境[2]；②形成钢筋砼支撑体系后，将此部分与墙体钢筋搭接，设置组合钢模板并完成该处的浇筑作业；③按如下流程设置钢筋砼支撑：测量放样→开凿基面→原材料加工并制作钢筋→支立模板→浇筑砼→养护。④冠梁、砼支撑两处选择组合钢模板的方式，模板拼缝处易发生漏浆，需加强对该处的质量控制，提高其严密性。现场绑扎钢筋，在拌和站集中生产后转移到施工场地，要求单次浇筑长度至少达到30m，此处利用滚浆法完成浇筑作业，再使用插入式振动器处理，提高混合料的密实性，最后洒水养护。
        （2）钢支撑设置。①勇士营站主体基坑支护结构采用地下连续墙+内支撑支护型式，3道内支撑及换撑，第一道支撑采用φ609（t=14mm）钢管支撑，横撑标椎段间距6.0m，第二、三道支撑及换撑采用φ800（t=16mm）钢管支撑，横撑标椎段间距3.0m。望勇区间风井主体基坑支护结构采用地下连续墙+内支撑支护型式，5道内支撑及换撑，其中第一道支撑为砼支撑，第二、三、四、五道内支撑及换撑采用∅800mm，t=20mm钢支撑。②按如下流程设置钢支撑：支撑编号→对号运到现场→焊接U形钢板托架→钢支撑就位→施加预应力→紧固钢楔→防坠落措施→拆除千斤顶。③每层土方先开挖至钢支撑下50cm左右，立即安排钢支撑架设工作，并施加预应力。在施工中必须保证钢支撑位置、尺寸、预应力、刚度及稳定性等满足设计和规范要求。④施工中对支撑轴力加强监测，如发现轴力损失，及时补充预加力，防止支撑脱落。施工时密切注意防止施工机械碰钢支撑，避免钢支撑因受横向荷载而造成失稳。
        （2）支撑拆除。各层结构板混凝土浇筑完成后，检验其强度情况，若为设计强度的100%即可将预先设置的钢筋砼支撑拆除，采取人工手持风镐的方式，并割断钢筋。凿除时各段长度控制为2~4m，利用吊车将凿除所得物吊运至场地上方，进一步使用振动锤处理，形成小块后装车外运。钢支撑标准段由下至上依次撤除支撑，换撑处需待换撑上方板混凝土强度达到设计强度的80%后方能拆除。
        4车站深基坑开挖变形控制措施
        4.1基坑放坡控制
        基坑纵向开挖放坡坡度控制根据地层不同略有不同，开挖层为②-1、⑤-1、⑤-2、⑦-1粉质黏土时纵坡可为1∶1.5（高∶长）；当开挖层为④-1、⑥-1淤泥质粉质黏土时纵坡可为1∶2.5（高∶长）；单个土块开挖小坡度应控制在1∶1.5。为避免基坑土层滑坡，格构柱两侧的土方高差不能过大，造成单侧土压过大，造成格构柱倾斜。
        4.2变形规律分析
        （1）混凝土支撑稳定性强于钢支撑。区间风井基坑的支撑体系由两部分构成，分别为混凝土支撑梁和钢支撑体系，其中第一道为混凝土支撑，第二、三、四、五道支撑为φ800t=20的焊接钢管。
        （2）基坑变形最大的在基坑深度2/3位置。基坑开挖过程中，笔者对每一层的单日变化和累计变化进行了分析。对每块土层开挖过程中，支撑轴力施加后大约12小时左右基坑变形稳定。通过对变形数据的分析，在开挖第一、二、三层土过程中，基坑最大变形在开挖面以上2～3m位置。随着开挖深度的增加，变形最大位置相对于开挖面将逐渐上移，待基坑开挖见底，第一块底板浇筑完成，基坑变形最大处在第四道支撑位置，大约在基坑深度2/3位置。
        4.3监测项目及监测频率
        对于密集建筑老城区的地铁车站基坑开挖施工过程的监测应重点加强，不仅要对支护桩的水平位移和竖向位移、地下水位、钢(混凝土)支撑轴力等常规施工监测项目进行监测，还要对周边建(构)筑物的沉降、倾斜、周边管线的沉降和地表路面的沉降进行监测，具体的监测项目和监测工具如表1所示。
        4.4对基坑进行全面的监测监控
        依据设计单位设定的警戒值和报警值等预控指标，做为动态基坑监测施工的依据，对基坑开挖进行动态信息管理;将管线变形和围护结构的位移控制指标分解为各步序分控指标，步步满足预控数值;若有异常，则考虑增设支撑、减小分段长度、分层厚度、调整支撑轴力及对周边建(构)筑物采取注浆保护等措施。
        表1 密集建筑老城区地铁车站施工开挖监测项目

        结束语
        地铁车站深基坑施工具有特殊性，相比普通的建筑施工存在较大差异：一是工程建设规模较大，结构形式及组成较为复杂；二是基坑开挖过程中伴有明显的扰动，对变形控制技术提出较高要求；三是地下管线分布密集，其中含有大量不可预见因素。安全是深基坑开挖的首要追求目标，探讨合适的开挖施工技术具有必要性。
        参考文献
        [1]周诚.地铁工程深基坑开挖围护结构及其施工安全质量的分析[J].价值工程,2019,38(03):93-95.
        [2]曾德成,荆涛.地铁车站基坑开挖对周边建筑质量影响分析[J].路基工程,2019(06):89-93.
        [3]陈涛,张敏,耿司,潘小波,张成君.邻近深基坑工程地铁结构位移现场监测与数值模拟分析[J].路基工程,2019(06):205-210.
        [4]林开营.关于深基坑支护技术的研究及工程应用分析——以某地铁站为例[J].福建建材,2019(12):55-56+82.
        [5]施有志,柴建峰,赵花丽,林树枝.地铁深基坑开挖对邻近建筑物影响分析[J].防灾减灾工程学报,2019,38(06):927-935.
        作者简介
        李家帅（1991.09.01），男，汉，河北邢台，本科，助理工程师，土建施工以及地下工程。