膨脹土地區地鐵車站基坑開挖及支護

摘要：地鐵建設作為近十幾年新興的一項有效緩解城市交通擁堵的事業，已成為當今社會城市發展必不可少的組成部分。本例地鐵車站根據地勘報告顯示，施工范圍內土方具有微膨脹性。考慮到施工及結構安全，開挖過程中重點控制的工藝參數等本文都進行了詳細的介紹和闡述，實踐證明，本技術具有施工環節簡捷明確、工序間銜接緊密、科學、實用等特點。

關鍵詞：地鐵 基坑 支護 監測

1 概述

基坑土方開挖作為地鐵車站施工的關鍵節點，也是地鐵車站明挖施工過程中的重點監控環節，對安全、進度、及經濟效益產生決定性的影響。特別在地質較差，有微膨脹性的粘土地區進行土方開挖，無疑給施工更增大難度，增加了施工風險。

本例地鐵車站為成都市地鐵2號線站東廣場站，車站主體兩端明挖部分長分別東側長59.4m、西側長42.9m米，基坑開挖平均深度為20.97m。針對明挖車站部分基坑深、長度短、地質具有微膨脹性等施工不利因素，中鐵九局成都地鐵項目部在微膨脹土地區明挖車站土方開挖前進行了多次研討和方案比選，并最終經專家評審完善膨脹土地區地鐵施工基坑開挖及支護方案。

2 工藝原理

車站明挖施工為地鐵工程首選施工方法，在環境和地面交通允許的條件下，通常選用明挖法施工。明挖法具有施工作業面大、速度快、易組織施工、施工投入低等優點，明挖施工適用于淺埋車站，適合施工場地寬闊，可修建的空間比較大的車站。

3 基坑開挖及支護施工操作要點

3.1 降水井施工

根據地質資料及招標文件要求、圍護結構類型及基坑開挖方法，本工程擬在開挖前在基坑外進行管井井點降水，降水深度要求為基底底面及圍護樁底以下0.5m。同時，若開挖過程中基坑內出現少量地下水采取基坑內設臨時排水溝、集水坑及集中抽排。

本次采取的井點降水施工中井孔直徑600mm，濾管采用φ300mm混凝土預制管，濾管外層為網眼5×5mm的鐵絲網，鐵絲網（φ1鐵絲編織）。降水井布設在距基坑挖孔樁邊緣1.5米處。

基坑涌水量計算：■

式中：Q—基坑涌水量；K—土壤的滲透系數，按《工程勘察報告》取平均值K=1.5m/d；H—潛水含水層厚度，按《工程勘察報告》5.6.2中取承壓含水層厚度為18.6m；S—基坑水位降深，根據《工程勘察報告》5.6.2中取最大降水深12.5m考慮；R—降水影響半徑；對潛水層計算公式如下：

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r0—基坑等效半徑，車站為非圓形基坑，計算公式如下：

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式中a、b為基坑長、短邊。

因為該場地地基基巖埋深在24～28m，而基坑開挖深度設計在23m左右，設計圍護樁長度為26.02-27.67m（含冠梁），所以將降水井深度確定為35m，兩基坑共布置降水井12口，經驗算，滿足圍護樁及基坑開挖施工的降水要求。

3.2 基坑開挖施工

本車站主體兩端明挖部分長分別為：東側長59.4m、西側長42.9m米，基坑平均深度為20.97米，采取東側從西向東推進，分段開挖，西側基坑從東向西推進分兩段開挖，東側基坑從西向東分兩段開挖。每段土方開挖采用4臺挖掘機分5個臺階按同一方向開挖，自卸汽車在基坑上方直接裝土運輸。開挖到支撐設計標高后，安裝鋼支撐，樁護壁鑿除，進行樁間網噴混凝土施工。車站基坑開挖嚴格按照按“豎向分層、縱向分段、逐層開挖、逐層支護”的方式進行施工。

3.3 基坑支護施工

3.3.1 鋼圍檁安裝

①鋼圍檁加工。鋼圍檁采用兩片I45a工字鋼通過連接鋼板焊接而成。鋼圍檁分段加工，一般分段長度取2～3個支撐間距，轉角部位應根據實際長度加工。②鋼圍檁安裝施工。鋼圍檁隨支撐架設順序逐段吊裝，鋼圍檁安裝后應檢查鋼支架是否因撞擊而松動，并用鋼楔將支架與鋼圍檁間縫隙焊實，C25細石混凝土將鋼圍檁與圍護結構間縫隙填充密實，以便鋼圍檁均勻受力。

3.3.2 鋼支撐安裝施工

本車站基坑支護采用直徑Φ630mm壁厚14mm的鋼管支撐按設計指定間距架設形成基坑整體支護體系，鋼支撐通過鋼圍檁作用于圍護結構樁體及冠梁上，每根鋼支撐的配置按總長度的不同，配用一端為固定端一端為活動端，中間段采用標準管節進行配置。①鋼管支撐安裝。鋼支撐安裝前先在地面進行預拼接以檢查支撐的平直度，偏心度控制在2cm之內，經檢查合格的支撐按部位進行編號，汽車吊、龍門吊整體吊裝就位，挖機配合。鋼支撐安裝的容許偏差需符合下列規定：a支撐兩端的標高差：不大于20mm及支撐長度的1/600；b支撐撓曲度：不大于支撐長度的1/1000；c支撐水平軸線偏差：不大于30mm。②支撐軸力施加。根據本車站實際情況及設計要求，鋼支撐的預加軸力值自上至下分別按90KN，1200KN，1485KN，

1100KN施加，一次施加軸力不小于預加設計值的50%，然后按20%預加設計值逐級增加支撐軸力，當軸力施加至預加設計值的100%時，查看鋼支撐的穩定情況，如果達不到要求可繼續施加軸力，預加軸力一般不能超過設計值的40%。

3.4 基坑開挖過程中的施工監測

根據本工程周圍地質情況以及結構自身特點，基坑開挖過程中擬進行圍護結構監測、地表沉降監測、支撐監測等幾項監測。支護結構與周圍環境的監測主要分為應力監測與變形監測。

3.4.1 圍護樁頂水平位移監測

監測儀器：徠卡TCA2003全站儀。儀器精度：±0.5mm。測點布置：監測點設在基坑冠梁頂面，測點間距為10～15m。監測方法：圍護結構頂部水平位移宜用視準線和小角度法來監測，基坑開挖前測量不少于2次，取得穩定的初始值，基坑開挖后，根據施工情況1～3天測量1次，異常情況時連續量測。

3.4.2 圍護樁樁身水平位移變形監測

監測儀器：CX-3型基坑測斜儀，數據采集儀。儀器精度：0.01mm。監測點布置：測點分別布置在圍護結構中，按設計要求每隔15m設1孔，在基坑兩端中間位置布設各1孔。監測方法：利用基坑測斜儀及數據儀對基坑的水平變形現象進行持續監測、并對基坑變形性態進行及時的數據分析和變形的發展態勢進行預測，從而達到指導施工的目的。

3.4.3 地表沉降監測

監測儀器：徠卡DNA03電子水準儀，銦鋼尺。儀器精度：±0.3

mm/km。測點布置：沿車站兩側每20米左右布設一處， 測點選用專用測點埋入地下制成。監測方法:利用水準儀觀測測點高程的方法掌握地表垂直位移變化情況。開挖前開始測量且初始值不少于2次，作為沉降監測原始值。

3.4.4 支撐軸力監測

監測儀器：測頻儀、軸力計。儀器精度：≤1／100（F.s）。監測方法：在基坑開挖，支撐安裝和預應軸力施加，主體結構施工過程中，對支撐軸力、圍護結構變形的觀測，記錄支撐軸力的損失情況，指導預應力的復加等作業。

4 結論

中鐵九局成都地鐵項目部采用本方法結合現場實際情況認真組織施工，準確把握施工過程中的各要點，重視信息化指導施工的作用，面對基坑深、長度短、逢雨季等不利因素的影響，項目部嚴格按照 “豎向分層、縱向分段、逐層開挖、逐層支護”的原則組織施工，經過努力，比業主要求工期提前34天完成開挖任務，不但得到了業主及監理的贊揚，同時也節省了現場各種費用的支出，在成本控制方面更起到了巨大的推動作用。

參考文獻：

[1]成都地鐵站東廣場站設計圖紙及地質勘查報告資料.

[2]《地下鐵道工程施工及驗收規范》（GB50299-1999）.

[3]《建筑基坑支護技術規程》（JGJ120-99）.