城市地鐵車站深基坑施工工藝

王 勇

（中鐵航空港建設(shè)集團(tuán)第三工程公司，河北 霸州 065700）

1 隧道工程概況

1.1 概述

本工程由土城車站、人防段、折返線組成，位于天津市解放南路和大沽南路交叉口處，車站沿大沽南路呈東西走向。車站所處位置地面交通繁忙、車流量大、地下管線復(fù)雜。施工起點(diǎn)里程為DK19+136.850，終點(diǎn)里程為DK19+629.000，全長492.15m。

土城站為單層島式站臺局部雙層車站，地面有4個(gè)出入口、5個(gè)風(fēng)亭、1個(gè)混合變電所。車站起點(diǎn)里程為DK19+136.850，車站終點(diǎn)里程為DK19+333.400。車站東端為人防段，起點(diǎn)里程為DK19+333.400，終點(diǎn)里程為DK19+349.600。緊接人防段為折返線，起點(diǎn)里程為DK19+349.600，終點(diǎn)里程為DK19+629.000。車站及折返線埋深約13.28m，車站雙層部分覆土厚1.2～2m，單層及折返線覆土厚6～6.9m。

1.2 工藝特點(diǎn)

可同時(shí)開展多個(gè)工作面，以提高工效、壓縮工期、降低造價(jià)。全部為敞開作業(yè)，施工作業(yè)安全可靠。根據(jù)變形監(jiān)測結(jié)果可及時(shí)增加支撐數(shù)量，很好地控制基坑變形，不危及周邊建筑物安全。基坑內(nèi)作業(yè)空間大，施工分段不受限制。

2 施工工藝

2.1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工

深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的主要作用：與支撐體系共同作用抵抗土體側(cè)壓；同時(shí)切斷地下水通道；多采用地下連續(xù)墻形式或鉆孔灌注樁與水泥攪拌樁聯(lián)合支護(hù)形式；施工中對垂直度、抗?jié)B性要求高。從總體效果上講，地下連續(xù)墻在穩(wěn)定性、整體性等方面均優(yōu)于后者，但造價(jià)方面要高一些。

2.2 基坑降水

當(dāng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)達(dá)到一定強(qiáng)度后（一般完成15 d后），即可進(jìn)行基坑內(nèi)土體疏干降水。降水時(shí)間不宜過早，較開挖提前1周開始即可。施工中應(yīng)加強(qiáng)水位監(jiān)測,派專人管理降水，按時(shí)做好記錄。分層開挖時(shí)，水位降至各層以下2m，保證開挖面不淌水即可，最終水位保持在基底以下0.6m，避免降水強(qiáng)度過大引起基坑失穩(wěn)，危及周邊建筑物安全。

降水井多采用大口井，用Ф400水泥礫石管外填塞濾料。大口井有效降水半徑一般不超過15m，其設(shè)置及數(shù)量應(yīng)根據(jù)水文地質(zhì)條件確定。在天津地鐵1號線土城站施工中，大口井深度低于基坑底5.5m，按照15m間距布于基坑中部。

2.3 基坑開挖

基坑開挖要遵循左右對稱、分級開挖、由上而下、分層開挖、及時(shí)支撐的原則，要盡量減少無支撐暴露時(shí)間。

土方施工分層分段主要根據(jù)鋼支撐布置情況進(jìn)行劃分。天津地鐵1號線土城站主體施工中，共分4層開挖：第一層2.5m，第二層3.5m，第三層4.0m，第四層3.1m。沿線路方向縱向分臺階逐層放坡開挖，臺階長度根據(jù)腰梁長度按7.8～10.8m設(shè)置，縱坡按1∶1坡度設(shè)置。分層分段開挖順序見圖1、圖2。

圖1 土方分層分段開挖順序示意圖

圖2 土方開挖機(jī)械平面布置示意圖

第一層土體用普通型挖掘機(jī)開挖。由于鋼支撐的影響，第二層以下各層普通型挖掘機(jī)已無法作業(yè)，在基坑側(cè)面布置兩臺長臂挖掘機(jī)，先后將各級第二、三、四層土體分層挖出。在長臂挖掘機(jī)難以取土的地方，將小型挖掘機(jī)吊入基坑，倒土至長臂挖掘機(jī)作業(yè)范圍內(nèi)挖出。

對于圍護(hù)結(jié)構(gòu)為鉆孔灌注樁與水泥攪拌樁聯(lián)合支護(hù)的形式。從第二層支撐開始，均設(shè)有鋼腰梁，為保證基坑及周邊土體穩(wěn)定安全，基坑開挖后必須快速安裝鋼腰梁及時(shí)支撐。開挖中，可先沿基坑邊挖槽安裝腰梁，當(dāng)本段鋼腰梁安裝完成后，再將剩余土體挖出。

每層土方開挖完畢，隨挖隨在基坑內(nèi)周邊設(shè)置排水溝、集水井，抽排基坑明水，及時(shí)安裝鋼支撐，施加預(yù)應(yīng)力。

2.4 鋼支撐安裝

天津地鐵一號線土城車站主體基坑深度約13～13.5m，沿深度方向設(shè)4層橫撐，水平間距為3.6m。當(dāng)開挖到預(yù)定位置后，及時(shí)安裝縱梁、橫向鋼支撐。鋼支撐采用預(yù)先拼裝，龍門吊吊裝就位后，按設(shè)計(jì)要求施加預(yù)應(yīng)力。

土城車站橫向支撐設(shè)計(jì)軸力以及預(yù)加軸力設(shè)計(jì)值，見表1。

表1 土城車站橫向支撐設(shè)計(jì)軸力以及預(yù)加軸力設(shè)計(jì)值 /車站主體

表2 土城車站橫向支撐設(shè)計(jì)軸力以及預(yù)加軸力設(shè)計(jì)值 /折返線

2.5 基底清理

土方開挖中嚴(yán)禁超挖。機(jī)械開挖至基底以上30 cm后，剩余土方由人工清理，避免擾動(dòng)基底原狀土。基底設(shè)有排水盲溝，采用粗沙、碎石填充。

2.6 封閉基底

基底清理完畢后，及時(shí)澆筑墊層砼、封閉基底，以抵抗基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形速率。墊層砼隨打隨找平，在有變形縫處斷開。為防止大面積墊層無規(guī)則裂紋，在墊層下半部設(shè)分格，形成有規(guī)則的紋理。

2.7 結(jié)構(gòu)施工

墊層砼強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求后，進(jìn)行結(jié)構(gòu)外防水及結(jié)構(gòu)箱體的施工。

3 機(jī)具設(shè)備

本工法所需機(jī)具配備見表2。

表2 施工主要機(jī)械配置

4 質(zhì)量控制

（1）嚴(yán)格按《地下鐵道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》（GB50299—1999）要求進(jìn)行施工和驗(yàn)收。

（2）基坑開挖不得擾動(dòng)基底土壤，基底不得受水浸泡，基坑結(jié)構(gòu)尺寸符合設(shè)計(jì)要求。

（3）網(wǎng)噴砼基面不能出現(xiàn)疏松、起砂，表面平整。

（4）鋼支撐設(shè)置及預(yù)加應(yīng)力滿足設(shè)計(jì)要求。

（5）墊層砼強(qiáng)度、厚度以及盲溝設(shè)置均須滿足設(shè)計(jì)要求。

（6）保證基坑及周邊地面、建筑物穩(wěn)定安裝。

5 基坑土方開挖施工中易發(fā)生的質(zhì)量通病及預(yù)防措施

5.1 降水

基坑開挖前降水不宜過早、過快、過深，否則易造成地面沉降或止水帷幕被破壞。降水可比開挖提前7 d進(jìn)行，降水深度控制在開挖面以下1～2m處。

5.2 鋼支撐安裝

開挖采用分層開挖，及時(shí)安裝鋼支撐并進(jìn)行網(wǎng)噴砼施工。在支撐預(yù)加應(yīng)力時(shí)，要按設(shè)計(jì)值一次加足。

5.3 基坑漏水

開挖中若發(fā)生漏水現(xiàn)象，當(dāng)出水量不大且無大量泥砂涌出時(shí)，可用速凝砼將滲漏處填塞，然后及時(shí)進(jìn)行施工網(wǎng)噴砼，一般情況下，這樣可將滲漏點(diǎn)封住。當(dāng)水量較大，并有大量泥砂涌出時(shí)，馬上取土進(jìn)行回填反壓，外圍用麻包裝土筑堰，然后在鉆孔樁間補(bǔ)打高壓旋噴樁進(jìn)行封堵，利用鉆孔樁高壓旋噴樁相互咬合形成新的止水圍帷，達(dá)到止水效果。

在開挖中出現(xiàn)滲漏水現(xiàn)象，可采取在鉆孔樁間增打高壓旋噴樁，以增加節(jié)點(diǎn)處止水能力，同時(shí)可以阻止?jié)B透所產(chǎn)生的涌砂流泥現(xiàn)象，提高止水帷幕的功能。天津地鐵1號線土城站采用了此方法，經(jīng)開挖證實(shí)效果很好，在后期開挖中未發(fā)生滲漏現(xiàn)象。

5.4 防止基坑泡水

在基坑開挖過程中，隨挖隨修筑排水溝、集水井，并在上游筑壩，防止地面水涌入深基坑造成基坑泡水，集水應(yīng)及時(shí)抽排。

5.5 其他

開挖中重點(diǎn)保護(hù)好大口井，不得損壞、掩埋。對縱坡面應(yīng)隨挖隨修整，防止降雨沖刷淤積基坑。對監(jiān)測資料及時(shí)進(jìn)行分析，通過分析找出發(fā)生變化的原因，真正指導(dǎo)施工。

施工中嚴(yán)防管涌現(xiàn)象的發(fā)生。根據(jù)工程地質(zhì)勘察報(bào)告，查明粉細(xì)砂層確切位置，合理布置降水井點(diǎn)的位置及深度，使降水井底距其下隔水層具有一定的安全距離，切不可將該隔水層打穿，否則極易誘發(fā)管涌等其他事故發(fā)生。

6 施工安全

按設(shè)計(jì)監(jiān)測內(nèi)容、頻率及時(shí)監(jiān)測樁位位移、水位變化、樁應(yīng)力、建筑物及地面沉降等項(xiàng)目，及時(shí)掌握第一手資料。天氣變化時(shí)加強(qiáng)監(jiān)測，確保基坑及周邊建筑物的安全。

（1）基坑四周做好圍堰及地面排水設(shè)施，防止地面水流入基坑。

（2）基坑頂設(shè)置牢固的防護(hù)欄桿，顏色醒目，并掛好安全防護(hù)網(wǎng)。

（3）鋼支撐吊裝過程中，上下左右交叉作業(yè)，必須做好現(xiàn)場的統(tǒng)一指揮，協(xié)調(diào)施工。同時(shí)，堅(jiān)持班前安全教育，提高全員的安全意識。

（4）對地下管線加強(qiáng)保護(hù)，采取懸吊或加固措施。施工中按時(shí)監(jiān)測，如變形過大，應(yīng)立即進(jìn)行加固處理。

（5）各種施工機(jī)械經(jīng)常檢查、保養(yǎng)，確保處于最佳工作狀態(tài)。

（6）各種用電設(shè)備有接地及漏電保護(hù)開關(guān)，規(guī)范用電，嚴(yán)禁超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。

（7）夜間施工照明設(shè)施必須充足。在有障礙物的地方,應(yīng)懸掛明顯警示燈。

7 效益分析

結(jié)合天津地鐵1號線土城站施工的實(shí)例，作業(yè)分析如下：可多作業(yè)面同時(shí)作業(yè)，可以縮短工期，充分發(fā)揮施工機(jī)械及設(shè)備的效率；鋼支撐可重復(fù)倒用，減少了一次性投資；基坑外圍無其他加固措施，不會(huì)給今后臨近新建建筑物的施工造成麻煩；通過施工中的變形監(jiān)測，將結(jié)果及時(shí)反饋給設(shè)計(jì)部門，為其設(shè)計(jì)的安全性提供了大量的技術(shù)數(shù)據(jù)和參考資料；總結(jié)出降水強(qiáng)度的有效參數(shù)，減少后期施工中因降水而造成的無效浪費(fèi)及對周邊環(huán)境的安全隱患。

8 工程實(shí)例

天津地鐵1號線土城站主體基坑寬19.9m，深13～15.5m。所處地層結(jié)構(gòu)自上而下為雜填土、粉質(zhì)黏土與粉土互層，局部夾有薄層粉細(xì)砂層及淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土透鏡體。地下水位埋深為地面以下0.9～2.1m。

土城站采用明挖順作法施工。基坑支護(hù)采用Φ800＠1200鉆孔樁加Φ600＠400雙排水泥攪拌樁止水帷幕相結(jié)合的4層支撐結(jié)構(gòu)型式（局部為5層），支撐體系由Φ600鋼管、Φ402工具柱以及[40組成的鋼腰梁、雙[40縱梁組成。由于所采用工藝合理，管理嚴(yán)格，最后按期完成了一期工程的施工任務(wù)，創(chuàng)造了良好的社會(huì)效益。