王仙海
广州轨道交通建设监理有限公司，广东广州，510000
摘 要： 土方开挖是工程初期以至施工过程中的关键工序。在明挖车站、区间明挖隧道等施工中，土方开挖是工程进度控制中的关键工作。随着施工周边环境的日益复杂和设计支撑系统的增加等其他因素影响，深基坑土方开挖已经成为项目工程管理中的重点和难点。本文以广州十三号线施工九标区间明挖段为例，针对该段地铁工程中狭窄支撑密集的深基坑土方开挖施工过程进行深入技术分析，并提出合理的解决措施和处理方案，为今后轨道交通工程等深基坑开挖技术作为一个参考和案例。
关键词：广州十三号线 深基坑 土方开挖 狭窄型基坑 支撑密集
1 工程概况
新塘站~官湖站区间明挖段明挖段基坑长约627.627m，宽约7.8～26.7m，深约12～21m，为明挖暗埋的一层（局部二层）框架结构。基坑内有明挖隧道三条，分别为13号线左线明挖隧道、十六号线左、右线明挖隧道，13号线左线与16号线左、右线隧道平行后斜交穿过。本段结构设三个盾构吊出井，分别为十三号线左线31#盾构井、十六号线左线和右线各预留一个盾构井。整个基坑分为三个A、B、C三个区施工。为满足107国道施工便道的通行，基坑分两期开挖，第一期施工东端C区基坑，待一期东端主体结构施工完成，107国道疏解到一期基坑上方后，第二期先施工二期A区范围，新塘站施工完成后施工二期B范围。分期施工基坑已经施工完成的部分回填覆土时采用放坡，分期中隔墙侧暂不覆土，后期施工范围中隔墙处没有支撑抵抗土压力。
基坑围护结构采用800/1000mm厚地下连续墙,使用C30P6水下混凝土浇筑，连续墙深度13.5~27.5m，嵌固深度按照不同地质条件分为5m、6m、8m，支撑系统布设2/3/4道内支撑，第一、二道支撑为700/800/900X1000mm钢筋混凝土混凝土支撑，第三、四道为直径600mm，t=16mm钢支撑。
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2 工程地质及水文条件
明挖区间起始点位于新新大道及港口大道北交汇处，呈东北走向。工程范围内除现有通车中的港口大道及新新公路及相关管线外，无永久性建筑物。地面略有起伏，工程范围内地面高程为14.3～26.0m，地面主要为拟建市政道路。地貌形态属于珠江三角洲冲积平原。
本区间分布的主要特殊土层有淤泥、淤泥质土层<2-1>，局部揭露有冲洪积淤泥质土层<4-2B>混合花岗岩、混合岩风化残积土层<5Z>、全风化混合花岗岩、混合岩带<6Z>。海陆交互相淤泥、淤泥质土层<2-1>及河湖相淤泥质土<4-2B>，主要分布于本次勘察区间的后半段，软土层厚度较大。淤泥、淤泥质土层<2-1>、<4-2B>呈流塑～软塑状，并具有含水量特高、透水性差、压缩性高、高灵敏性、抗剪强度低、承载力低等特征，当发生地震或受其他震动力的影响时，土层结构容易受到破坏，使土的抗剪强度低、承载力大大降低，造成土体下馅或土体的变形，并引起建筑物的下馅。
3 C区基坑开挖施工过程分析
明挖段C区位于区间明挖段东端头，整个基坑呈不规则异型结构。由于受现场条件及交地等影响，C区基坑2/3处设置有分隔墙，东段为31盾构吊出井及部分13线隧道区间段，整个C区基坑分两个作业区开挖。基坑最狭窄处为分区中隔墙位置，长度仅为7.8米。整个基坑支撑系统分四道支撑，第一、二、三道为钢性混凝土支撑，第四道为钢支撑，从冠梁至基底，支撑从上至下竖向间距依次为6米、4米、3米、2米。混凝土支撑、斜撑间距为2.5~3米，钢支撑水平间距为2.5~3米。支撑异常密集，基坑极其狭窄，出土难度极大。
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3.1 C区基坑开挖原施工方案
明挖一期C区施工基坑开挖分2段，东段和西段。西段基坑深21.5m，设4道支撑，分5层开挖；东段（含31#盾构井）该范围内基坑深12.8米，设2道支撑，分3层开挖。东段和西段第一至第三层为同个水平层面，同步进行开挖。
东段（含31#盾构井段）（ZDK59+718.149~ZDK59+757.050）基坑深12.8米，设两道支撑，分3层开挖。开挖在基坑内从中间向两端进行开挖，开挖至东端基底上50cm后，挖机进入一西段基坑做台阶向下挖土，挖取西段剩余两层土方，最后一层土方，由西侧转至东侧十三号线左线台阶处后，使用吊车配合调出，整个工期约74工作日。
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3.2 C区土方开挖实际施工情况
C区基坑土方开挖施工过程中，一期开挖先对分隔墙东端头土方实施开挖工序，二期对分隔墙西端头进行开挖，但是按照原方案实施土方开挖作业，现场条件无法满足。东西端头土方开挖并未采用阶梯式开挖，而是利用在基坑面积较宽阔地段，平行运土，再采用挖机定点吊斗出土。由于施工现场条件受限，加上下雨频率较高，工期严重滞后，初步统计比原工期74天滞后约60天。
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3.3 原因分析及改进措施
3.3.1 基坑土方未能按原方案实施原因分析
C区基坑土方开挖未能按照原方案施工，起主要原因有一下几个方面。1）作为编制方案主编人员，应切实考虑方案的可操作性和适用性。由于未能充分考虑施工现场实际条件，方案实施预估不足。对于C区狭窄、支撑密集型基坑采用阶梯式中间挖土，两边出土的方式难以实现；2）现场土质条件较差，粉质粘土层较厚，且部分地层有高岭土，遇水即软化（详见图6 基底土样遇水即软化）。对于阶梯式开挖此地质条件不允许；3）C区部分支撑层高仅2米，支撑间距仅3米，层高短，支撑密，加上支撑错撑，出土段亦有斜撑干扰（详见图7 C区现场支撑图），挖掘机不具备工作面，采用阶梯两边出土，难度极大；4）未能有效考虑天气等其他客观条件影响。由于雨季下雨频繁，导致开挖后地层软化，出土难度大。
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3.3.2 相应措施和改进办法
作为本工程的C区异型狭窄基坑，采用常规方法出土难以实现。从节省工期角度及方案优化等考虑可以进行以下优化：1）考虑到基坑有四道支撑，其中有三道刚性支撑，基坑深度最深处约21米，且周边地质不复杂，未有较大建筑物及管线，可以对原设计方案可以适当优化，重新调整支撑间距和竖向间距；2)若钢支撑架设不做调整，在此异型狭窄基坑中，为有效出图，第一块出土作业面适当先间隔支撑，待工作面打开后，立即架设剩余支撑；3）加大机械设备投入，采用多点吊运出土作业方式增加每日出土量；4）开挖机械优先考虑长臂挖机，一次性采土开挖至运输面，减少二次转运时间，提高挖土效率；5）开挖土方时，宜密切关注天气情况。特别是开挖至基底作业面时，应避免雨季开挖，保证基底干燥，若在雨季施工，必须按雨季施工专项施工方案，做好防范措施，避免基坑泡水过长，导致基底软化。6）出土速度较快，应加强基坑监测频率，发现基坑监测出现报警，应立即停止施工开挖，并及时采取有效措施处理。
4支撑密集狭窄基坑开挖难点
工程基坑周边电力、通讯、污水、雨水、给水等市政地下管网密布，如十三号线区间明挖段B区基坑有一条横跨基坑的10KV电缆沟。基坑开挖时容易出现一些不良的基坑效应，基坑支护工程的施工以及降排水可能将对其造成不良甚至破坏的影响，主要表现在：管线的不均匀水平位移、垂直位移，从而引起管线拉裂，造成通讯中断、水电不能供应等引发的社会经济损失是严重的。
基坑内地质若有砂层、软弱下卧层等不良土层，施工时容易出现一些不良的基坑效应，这些原因对基坑开挖进一步增加难度。此外，在基坑开挖过程中，常会出现涌水、涌沙等险情，对基坑开挖造成又造成了不利影响。
狭窄型基坑，由于其外观条件决定，基坑内的支撑系统也因基坑外形的多变而密集不规则，导致挖土机缺少工作作业面，出土难度大，出土效率慢。狭窄是基坑开挖的难点所在，狭窄型支撑密集狭窄由于基坑作业面受限，常规的放坡拉槽开挖、阶梯式开挖难以有效使用。多数情况下，需要采用多种方法有效结合出土作业。
5支撑密集型基坑开挖方法探究
5.1 基坑开挖一般施工方法
a、放坡开挖
当基坑开挖深度不大、周围环境允许，经过验算和放坡系数（确定，能够确保土坡的稳定性，方可采用放坡开挖。此中开挖方法主要采用与无支护结构工程。但是随着目前工艺的进步，放坡也常用于有支护结构的施工中，特别是对于大型规则基坑等，采用放坡拉槽的方式，能有效节省工序时间和增加出土效率。
b、中心岛式开挖
中心岛式开挖宜用于支护结构的支撑形式为角撑、环梁式或边（桁）框式，中间具有较大空间情况下的大型基坑土方开挖。此方法可以利用中间的土墩作为支点搭设栈桥，挖土机可利用栈桥下道基坑挖土，运土的汽车可利用栈桥进入基坑运土，具有挖土和运土的速度快的优点。但是由于首先挖去基坑四周的土，支护结构受荷载时间较长，在软黏土中时间效应显著，有可能增加支护结构的变形量，对于支护结构受力不利。
c、盆式开挖
盆式开挖时先开挖基坑中间部分的土，周围四边留土坡，土坡最后挖除。采用盆式挖土方法可使周边的土坡对围护墙有支撑作用，有利用减少围护墙的变形。但是其缺点是大量的土方不能直接外运，需要集中提升后装车外运。
d、阶梯式开挖
阶梯式开挖，是利用层高搭设土方平台，利用多台挖土机在平台上倒土，最后土方直接运至地面装车的出土方式。此种出土方法，常用于长方形基坑，特别是在轨道交通工程地铁车站等工程中。阶梯式开挖的主要缺点，是需要地质情况较好，且宜在晴好天气下进行。
5.2 支撑密集狭窄基坑开挖方法
在土方开挖施工前，需根据工程规模和特性，地形、地质、水文、气象等自然条件，施工导流方式和工程进度要求，施工条件以及可能采用的施工方法等，研究选定开挖方式。明挖有全面开挖、分部位开挖、分层开挖和分段开挖等。全面开挖适用于开挖深度浅、范围小的工程项目。开挖范围较大时，需采用分部位开挖。如开挖深度较大，则采用分层开挖，对于石方开挖常结合深孔梯段爆破（如深孔爆破）按梯段分层。分段开挖则适用于长度较大的渠道、溢洪道等工程。对于洞挖，则有全断面掘进、分部开挖和导洞法等开挖方式。
基坑开挖应遵循总体原则：在基坑开挖过程中应掌握好“分层、分步、对称、平衡、限时”五个要求，按照“竖向分层、纵向分段、快速封底”的原则，并做好基坑内的降排水。对于长形基坑，应沿纵向按限定长度的开挖段逐段开挖，在每个开挖段中分层，分小段开挖，做好基坑内的排水，并尽量减少基坑的暴露时间。
基坑较狭窄的土方开挖，应结合现场实际情况，宜编制多种方案，并对方案实施审查及性价比对，优先采用安全、经济、实效方案。同时，在方案的实施过程中，由于施工过程中出现的情况不确定性，相关技术负责人应结合实际情况，对方案进行优化和修改。
对于支撑密集基坑土方开挖时，应从基坑内较开阔地方作为开挖突破口。向两边逐段逐步开挖放坡，将土方倒运至开阔点实施吊运出土。基坑内宜安排多台挖土机，协调作业，均衡开挖。对于有架设龙门吊条件的场地，可以利用龙门吊配合挖土机出土作业。如果基坑极其狭窄，且支撑密集度较大，可以考虑租用按照皮带传送带式出土作业，连续出土，即能保证每日出土量，而且能最优化节省人力。
6深基坑开挖注意事项
6.1基坑降水
a.施工期间施工降排水应连续进行。主体结构不具备抗浮条件时，不得停止降排水。
b.基坑面降排水要保持水位在基坑面底部以下至少0.5m以上，并随时要观察水位变化。
c.采用管井井点降水，管井施工过程中成孔后，应及时安装井管，并检查降水效果。
d.不具备采用管井降水的作业面，可以在开挖面设置明沟集中抽排，沟槽避免设置在连续墙脚部，避免该部位软化。
e.对有厚砂层的降水作业，还应考虑连续墙内外的水位变化，检查连续墙接缝处的渗漏水情况，避免基坑发生管涌坍塌等地质灾害。
f.对于地质较差，雨水软化的地基部位，要采取碎石换填的措施，对软化的淤泥渣土替换。保证基底的抗剪能力。
6.2基坑支撑
a.基坑开挖时，支撑系统应及时架设。不应大面积开挖，应分片区开挖，边挖边撑。
b.开挖下层土方，应保证上层支撑系统砼强度满足设计要求，钢支撑已按要求施加预应力。
c.架设钢支撑时，应注意保证钢围檩与连续墙或腰梁有效接触，不留有较大空隙。
d.支撑架设应基坑深度的变化，按设计要求调整轴线，保证受力点在开挖面顶部。
6.3基坑监测
a.基坑开挖前，要对周边所有的监测点按要求布设，并设置观测墩及操作作业面。
b.开挖作业后，必须实时关注基坑周边的监测数据，发现数据超限，应立即采取相应措施。
c.开挖过程中要注意对基坑周边监测点保护，定期巡视检查监测点，发现破坏及时修复。
7基坑开挖前后施工管理措施
7.1 基坑开挖前管理措施
深基坑开挖前，监理单位应组织参建各方及专家等召开深基坑开挖前节点验收专题会议。根据支护结构形式、挖深、地质条件、施工方法、周围环境、工期、气候和地面荷载等资料制定专项施工方案、环境保护措施、监测方案等，经过相关单位审批后方可实施基坑开挖作业。具体如下：
1)深基坑专项施工方案应按照设计图纸、规范以及现场实际情况，充分利用现有条件，考察方案执行性后再实施编制。
2)方案应经施工单位技术负责人审批完，并总监理工程师审查合格后方可实施深基坑作业，对于需要专家论证的方案还需组织专家组对方案开会审查。
3)基坑的围护结构和降水等工程已经全部施工完毕，并经相关单位合格验收。
4)已调查基坑周围的保护构筑物、管线等现有状况，以及能承受变形的能力，并且制订好切实可行的保护措施。
5)基坑周边的监测控制点已按监测方案布置，且监测点已测取初始值。
6)施工所需要人员、机械、设备等资质已经报监理部审查并备案。
7)总承包单位和分包单位已经签署相关安全协议书，并已明确了各自的责任和义务。
8)相关作业人员已经进行安全技术交底和三级安全教育等工作。
9)基坑周边的临边防护措施已经监理部合格验收。
10)应急救援方案已经各单位审查备案，应急救援抢险物资满足要求。
7.2基坑开挖后管理措施
基坑开挖后，会出现各种问题，如边坡超挖，基底泡水，基槽开挖过程中遇到流沙等现象。开挖过程中，相关作业人员一定要按照技术交底要求实施作业，管理人员应切实履行岗位职责，加强施工现场过程监管，严禁先挖后撑，掏空挖等危险土方开挖方式。基坑开挖应做到以下注意事项：
1)开挖时应严格按照设计图纸要求和已审批的方案施工。
2)应严格执行“先撑后挖、边挖边撑，分层开挖，严禁超挖”的原则实施作业。
3)监测人员按要求及时对基坑及周边各项监测项目实施监测，对数据异常时应及时通知有关单位处理，若数据连续波动较大，应停止开挖。
4)基坑开挖后出的土方，不宜堆在基坑周围。重型设备也不宜长时间停在基坑边。
5)土方开挖宜在晴好天气下连续作业，雨季不宜动土开挖作业。
6)应及时排查开挖后的支护墙上的漏水点、渗水点，并及时采取措施封堵。
7)基坑内的降水应满足开挖要求，及时设置好降水井和基坑内集水明排等相关措施。
8)基底开挖时，不宜采用机械设备一次开挖到位，应采用人工开挖，基底满足验槽条件后，应尽快实施垫层施工，避免基槽暴露时间过长。
9)对开挖时的土质岩样应保存好样板，并对地质勘探资料进行比对。
10)加强应急演练救援体系建设，定期组织基坑坍塌等专项演练。
8结束语
狭窄型基坑开挖施工一直干扰着进度节点工期，有效利用现场实际条件，合理优化施工方案，是解决基坑开挖的最有效办法。作为施工过程中的监理方，在深基坑开挖时，要结合设计和实际情况严格审查土方开挖专项方案，并在施工过程中，注意督促对方案的优化和调整，提高土方开挖效率，加快工程施工进度。
本文结合十三号线首期工程中区间明挖段C区基坑土方开挖过程中遇到的问题，对深基坑狭窄支撑密集的基坑土方开挖施工技术进行探讨，并从基坑开挖管理者的角度，阐述如何做好基坑开挖过程中的有效管理。
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