黃土地區地鐵車站明挖深基坑綜合施工技術

孟維民 劉玉香 張 斌 張秀枝

1. 山西煤炭建設監理咨詢公司 太原 030012；2. 山西汾西工程建設有限責任公司建安公司 晉中 032000；3. 中鐵電化局西鐵工程公司 西安 710056

1 工程概況

擬建地鐵車站位于西安市金花南路南端，呈“一”字形布置，東側緊鄰西安鐵路信號廠9層辦公樓（辦公樓距離基坑邊3.66 m），西側緊鄰東二環立交橋（橋基礎距離基坑邊11 m）。站長為190.4 m，標準段寬度為19.2 m，擴大端寬度為24.8 m，車站共設置5 個出入口及2個風亭，車站建筑總面積12 805.85 m2。車站主體結構為地下2層兩跨鋼筋混凝土框架結構，車站主體深基坑采用明挖法施工，北端局部鋪設鋼便橋進行鋪蓋法施工。

2 水文地質及工程地質條件

2.1 工程地質

本車站地形總體平坦，地貌單元屬于黃土洼地，車站沿線地層自上而下依次為第四系全新統人工填土，上更新統風積新黃土、殘積古土壤、中更新統風積老黃土及殘積古土壤等地層。該場地地層結構詳見圖1。

圖1 工程地質剖面及支護方案示意

2.2 水文地質

該場地地下水位埋深介于3.30～5.50 m、地下水位高程介于417.86～419.91 m之間，屬賦存于第四系松散層中的孔隙潛水類型。潛水含水層組中無明顯隔水層，也無明顯具承壓性的含水層。根據水文地質試驗結果，結合類似基坑降水工程經驗，本工點降水設計土層的綜合滲透系數取7 m/d。

2.3 周邊環境

擬建車站東側緊鄰西安全路通號器材研究所、西安鐵路信號廠9層辦公樓、西安鐵路信號廠4層辦公樓；車站西側緊鄰東二環立交橋。車站與西安鐵路信號廠9層辦公樓距離僅為3.66 m，與東二環立交橋基礎最近距離為11 m，車站周邊環境相當復雜，見圖2。

圖2 擬建車站周邊環境

3 基坑支護設計方案

本深基坑標準段深度17.4 m，擴大段深度18.84 m，車站圍護結構采用鉆孔灌注樁+高壓旋噴樁＋鋼管（混凝土）內支撐+樁間掛網噴混組合支護。鉆孔灌注樁Φ1 200 mm，樁間距部位分別采用1 600 mm和1 500 mm；基坑內支撐第1道采用混凝土支撐，第2、3道支撐采用Φ609 mm鋼管支撐；Φ800 mm、間距為1 600 mm的高壓旋噴樁作止水帷幕；樁間掛網噴射厚150 mm混凝土，混凝土強度C20。

3.1 支護結構[1-7]

本車站標準段支護結構采用Φ1 200 mm@1 600 mm的圓形鉆孔灌注樁，支護樁嵌固深度為基坑底以下6.5 m；盾構井處支護結構采用Φ1 200 mm@1 500 mm的圓形鉆孔灌注樁，支護樁嵌固深度為基坑底以下7.5 m；鐵路信號廠辦公樓附近采用Φ1 200 mm@1 500 mm的圓形鉆孔灌注樁，樁嵌固深度為基坑底以下6.5 m；鋼便橋處采用Φ1 200 mm@1 500 mm的圓形鉆孔灌注樁，樁嵌固深度為基坑底以下8 m。支護結構采用鉆孔灌注樁+鋼管（鋼筋混凝土）支撐的內支撐型式，結合基坑的深度和寬度，標準段支護結構豎向設置3 道支撐，盾構井處豎向設置3 道支撐（再加1 道倒撐），在車站的北部位置做臨時鋪蓋系統。支護方案詳見圖1。

3.2 降水方案

由于本車站地下水位埋深較淺，在四周支護結構的樁間采用Φ800 mm高壓旋噴樁止水，以防止基坑開挖時的樁間水滲漏，并采用深井降水方案。

4 施工順序及工藝流程

根據工期要求及場地情況，本車站分為10 個施工段，車站基坑開挖及支撐安裝由基坑南端向北端施工。圍護樁施工完成后立即進行冠梁、擋土墻及第1道鋼筋混凝土支撐施工，同時進行降水井施工。

土方開挖施工主要分4 步[8-13]：

（a）第1步開挖至第1道鋼筋混凝土支撐下0.1 m處，開挖高度1.7～2.7 m；澆筑第1道鋼筋混凝土支撐。

（b）第2步開挖時，待第1道鋼筋混凝土支撐達到強度要求后，由南向北從基坑中間拉槽至北端頭，施工出土坡道，然后從南向北分層分段進行開挖至第2道支撐下0.5 m。為確保第3層土方開挖時，第2道支撐不影響挖掘機施工，在第2層土方開挖到第2道支撐下0.5 m時，中間采取拉槽開挖，預留兩側土方架設第2道支撐。采取中間拉槽開挖時兩側土方應預留坡度，拉槽邊坡按1∶0.7～1∶1，兩側預留邊坡頂距圍護樁不小于2.0 m，第2層土方開挖高度為5.45 m。在土方開挖過程中應及時對樁間進行噴射混凝土，每層噴射混凝土高度應控制在2 m范圍以內。

（c）第3步開挖第3層土方至第3道鋼支撐中心下0.5 m，開挖高度5.36 m，開挖方法同第（b）步。

（d）第4步開挖第4層土方至基坑底以上0.3 m，開挖高度3.09 m，開挖前先在中部拉槽，然后再倒退開挖兩側其余部分土方；剩余0.3 m厚度的土方在基底驗槽合格后采用機械配合人工進行清理。基坑土方開挖遵循“縱向分段、豎向分層、先支后挖、實時監測”的施工原則。

基坑施工按以下順序進行：

高壓旋噴樁施工→鉆孔灌注樁施工→開挖第1層土→施工冠梁、擋墻及第1道鋼筋混凝土支撐→施工降水管井→開挖第2層土→施工第2道水平鋼支撐→開挖第3層土→施工第3道鋼支撐→開挖第4層土→車站主體結構施工→防水及回填土方施工→拆除支撐。

5 施工要點

5.1 鉆孔灌注樁的施工要點

鉆孔灌注樁的施工要點有2 點：

（a）在支護樁鋼筋籠第2道水平鋼支撐設計標高的位置處有腰梁連接鋼筋，故在立柱鋼筋籠第2道水平鋼支撐設計標高的位置處埋設了鋼套筒，預埋的套筒必須與樁身鋼筋牢固連接。

（b）水下澆筑混凝土。為保證混凝土的密實度，混凝土澆筑前應清孔沉渣，形成水下澆筑混凝土。澆筑時邊澆筑混凝土，邊拔導管，應保證導管底始終低于混凝土漿面不小于2.5 m。

5.2 混凝土（鋼）支撐施工工藝操作要點

（a）基坑開挖第1層結束后，直接施工第1道鋼筋混凝土支撐。第2道、第3道鋼支撐端頭設置鋼圍檁，鋼圍檁逐節吊入、安裝。鋼支撐采用坑外拼裝、整節吊入、安放就位的架設方法。

（b）支撐架設前，在基坑壁面上標出鋼圍檁的位置，首先進行鋼圍檁處的墻面平整工作，待鋼圍檁安裝結束后，再對鋼圍檁與墻面間的縫隙塞填水泥砂漿和小鋼板，以盡量增大鋼圍檁和坑壁的接觸面。

（c）基坑開挖時，待支撐位置挖出來以后，立即安裝支撐并及時施加設計預應力。

（d）支撐加力前，設定支護樁支撐軸力檢查點，待加力完成后，即可實測支撐軸力初值。

（e）斜撐的架設與直撐的架設方法基本相同，但還需在斜撐的端頭設置牢固可靠的防滑措施。

（f）鋼支撐預應力的施加可以采用1 臺3 000 kN的千斤頂完成，千斤頂使用前必須經過鑒定。預應力施加時，千斤頂與支撐軸線的偏差不得超過10 mm，并且必須垂直于鋼圍檁。施加預應力值為設計軸力的30％～50％。

5.3 高壓旋噴樁施工要點

（a）旋噴樁28 d的無側限抗壓強度不得小于1.2 MPa，抗滲系數小于10-7cm/s。

（b）噴射注漿的材料用425#普通硅酸鹽水泥，根據需要加入適量的外加劑，水泥漿液的水灰比宜取1.0～1.5，灌入水泥漿液的相對密度取1.6，水泥摻入量18％～20％。

（c）施工時應保證鉆孔的垂直偏差不超過0.5％，樁位偏差不大于50 cm。

（d）成孔完成后，將注漿管置入孔中，待噴嘴達到設計高程后，方可注漿。檢查噴射注漿參數，達到設計要求后，即可按旋噴的施工工藝要求，從下至上噴射注漿。注漿管逐段提升的搭接長度不能小于100 cm。

（e）噴射壓力、提升速度對成樁質量的直接影響較大，應根據成樁的深度和土質有關參數進行調控。

（f）高壓噴漿過程中，攪拌時間若超過了4 h的水泥漿液，不應使用。

5.4 基坑降水及開挖施工要點

5.4.1 基坑降水

為保證基坑開挖處于無水作業狀態，基坑開挖前，在冠梁頂部、擋土墻外側設置25 cm×40 cm的截水溝；基坑土方開挖前，按要求沿基坑周邊設置排水明溝，基坑內設置集水坑，用水泵抽排至排水溝。如坑底滲水量較大，且有一定動水壓力時，可在墊層下設置縱、橫向排水盲管，將地下水匯集于降水井中排至坑外。

5.4.2 基坑開挖要求

（a）基坑底部預留0.3 m的保護層，采用人工開挖、修平，并經相關單位驗槽合格后進行接地網施工，接地網報監理工程師檢驗合格后進行混凝土墊層施工，以保證基坑底土層不被擾動。距樁壁0.5 m處改由人工修挖，以免對樁身的穩定產生破壞。

（b）基坑土方開挖時，隨挖隨撐，減少基坑暴露時間。

（c）基坑土方開挖后，及時按設計施作網噴支護，按規定時限于設計標準施加支撐預應力。

（d）基坑土方開挖完成一塊，清理平整一塊；清理平整一塊，墊層施工一塊。

（e）基坑土方開挖過程中，加強施工監控量測，隨時掌握土體壓力、支撐結構受力及地下水位變化等情況，做到信息化指導施工。

（f）在每層土方施工中，在橫斷面跨中縱向拉坡開中槽，護坡樁兩側各留5～6 m寬平臺，充分利用其土體抗力保證圍護結構的穩定，同時利用此平臺及時進行封堵圍護結構的滲漏水，在鋼支撐架設完成后，采用機械由中槽向兩邊橫向挖土，人工配合清理樁間土直至圍護結構。

5.4.3 基坑開挖過程中的施工要點

（a）基坑頂面2 m范圍內周邊嚴格控制堆土、堆料或重型機械行走，支護結構四周范圍內地面超載不得大于20 kPa。

（b）加強現場管理，設專人指揮，防止挖掘機碰損鋼支撐，防止挖掘機碰撞圍護樁，樁間土方采用人工修平，整個現場車輛統一由專人調配。

（c）基坑側壁土方開挖完成后必須及時噴射150 mm厚的混凝土，確保樁間土體穩定。

（d）實行信息化施工，加強施工監測，發現異常情況及時報駐地監理和業主研究處理。

（e）運輸車輛進出施工現場路口，設專人防護，統一指揮，及時疏導行人及周邊機械。

5.5 網噴混凝土施工要點[14-19]

車站基坑圍護結構采用圍護樁，為確保開挖過程中樁間土體的穩定性，圍護樁樁間土隨基坑開挖進行網噴混凝土，圍護樁樁間網噴混凝土厚150 mm，混凝土等級為C20，鋼筋網采用Φ8 mm@200 mm×200 mm。在土方開挖過程中，由上往下、隨挖隨噴，以防止基坑開挖過程中的樁間土暴露時間過長而產生坍塌，影響基坑周邊的穩定和施工安全。

為確保做好現場防塵等工作，施工采用濕噴法，混凝土噴射設備選用TK－961濕噴機，濕噴料用JS500強制式攪拌機拌制。噴射混凝土由下向上分段、分片、分層螺旋式噴射。每段長度按循環進尺。每層厚度控制在5 cm，噴射混凝土回彈料不能再次使用。

噴射混凝土施工前必須清理好基面和滲漏水，如果滲水較大可在噴射前進行堵漏，然后進行噴混凝土，噴混凝土時加大速凝劑用量。

6 施工監控量測

6.1 監控量測方案

監控量測內容包括圍護結構水平位移、圍護結構及土體側向變形、水壓力、圍護結構土壓力、地面沉降、地下水位、支撐軸力、地下管線、周邊地面建筑基礎沉降及裂縫觀察、周邊立交橋沉降觀測、臨時立柱沉降等。監測系統通過全站儀觀測站、控制測量基準點（左線3 個斷面，右線3 個斷面）、變形點（40 個）、中繼站計算機以及遠程監控計算機等組成。

6.2 控制標準

（a）當圍護結構的水平位移及沉降超過警戒值時（預警值為基坑開挖深度的2‰，控制值為基坑開挖深度的2.5‰），通知有關部門，加大監測頻率，組織有關技術人員分析施工因素，調整鋼支撐參數，或同時采用地層加固措施，確保圍護結構穩定；當超過最大控制值時，停止施工，組織專家對施工工藝進行調整，并采取有效措施，等圍護結構得到穩定后再重新開工。

（b）當地表沉降速度過大（地表沉降預警值為10 mm，警戒值為20 mm，最大控制值為30 mm），加大監測頻率，必要時應該通知有關部門，停工并檢查，通過加強支撐、加固圍巖地層的措施確保施工安全。

（c）當周圍建筑物基礎和地表沉降量過大時，應及時采取回灌措施，或者對基坑周邊的地層進行加固，直至建筑物和地表穩定為止。

（d）根據支撐軸力量測結果分析研究鋼支撐的受力狀態，分析是否調整鋼支撐的有關參數。當鋼支撐受力超過設計要求時，加密鋼支撐，保證基坑圍護的安全。

（e）當建筑物的變形接近預警值時（預警值為10 mm），加大監測頻率，同時，根據監測結果及時調整開挖段的支撐參數，或者加固地層；當達到警戒值時（警戒值為20 mm），通知監理及上級主管部門，必要時，對既有建筑物的基礎采取加固措施；當達到最大允許值時（最大允許值為30 mm），停止施工，組織專家對施工工藝進行改進，確保建筑物的安全。

從本基坑的監控量測過程數據、最終結果及基坑施工過程中的安全狀態來看，本工程地下結構的封頂、拆撐，地下管線及周邊建筑物基礎的沉降、變形觀測結果均在安全可控范圍，說明本基坑圍護結構的工程實踐是成功的。

7 結語

（a）鉆孔灌注樁+高壓旋噴樁＋鋼管（混凝土）內支撐+樁間掛網噴混組合支護方案適用于黃土地區周邊建筑密集且有地下結構的較深基坑支護，結構強度和整體剛度較大，結構各構件間受力、傳力清楚，能較有效地控制基坑變形，深基坑的安全穩定性良好。

（b）本基坑圍護結構的施工工藝簡單易行，支撐結構體系主要由鋼筋混凝土支撐和鋼支撐組成，圍護結構和內支撐結構組合布置靈活，可用于不同平面形狀的基坑。

（c）鋼筋混凝土圍護樁和高壓旋噴樁相間布置，相互咬合、連接緊密，形成了封閉的擋土結構，不僅能有效擋土且成為封閉止水帷幕，內支撐能保證基坑支護安全。