密集支撐條件下深基坑開挖施工技術

施偉

引言

隨著我國經濟建設的迅猛發展，全國掀起大型高層建筑、城市軌道等建設熱潮，深基坑隨處可見，地下空間結構向深大方向發展，在基坑工程施工過程中，經常會發生基坑坍塌、圍邊環境受損、墜落物傷人、工期延誤等質量（安全）事故。特別是市中心繁華地段，周邊環境復雜，如何安排施工順序，順利地進行土方開挖成了基坑施工的重中之重的工作，在施工中采取各種技術安全措施和應急措施，這些都關系到工程的質量、工期、成本、安全。

1 工程概況

誠毅廣場站位于廈門市集美區集美新城中心，在縱八路與規劃新盛路的交叉口。車站沿縱八路敷設，呈東南-西北走向，為地下兩層高度為12m的島式站臺車站，雙柱三跨鋼筋混凝土框架結構，車站建筑面積11192m2，附屬結構包括4個出入口和2組風亭。工程地質情況：根據詳勘報告，車站范圍地層為：＜1-2-1＞粘土質素填土，＜3-1-2＞黏土，＜3-4-1＞中砂，＜3-4-2＞粗砂，＜4-2＞淤泥質土，＜11-1-2＞殘積可塑狀砂質粘性土，＜11-1-3＞殘積硬塑狀砂質粘性土，＜17-1＞全風化花崗巖，＜17-2＞散體狀強風化花崗巖。車站底板主要位于＜11-1-3＞殘積硬塑狀砂質粘性土和＜17-1＞全風化花崗巖，部分位于＜3-4-2＞粗砂。

2 密集內支撐條件下的基坑施工難點及技術方案比選

2.1 密集內支撐條件下的基坑施工難點

（1）本工程工期非常緊張，根據地鐵整體施工工期要求，本站需要在年底前具備盾構機始發條件。車站內支撐體系密集，中間設計有格構柱、鋼連系梁，操作空間狹小，機械開挖難度大，出土方式困難。如何合理地安排機械開挖并選擇合適的開挖方法，滿足深基坑安全和車站的節點工期成為最大的難點。

（2）基坑開挖深度大，車站結構段為淤泥質黏土、含有機質粉砂、全風化花崗巖，均勻性、自穩性差，遇水易軟化及崩解，在動水頭作用下，容易產生管涌、流土等滲透變形現象，因此基坑期間如何保護密集的支撐體系，嚴格控制圍護結構水平位移及垂直不均勻沉降，確保基坑穩定是本工程的重點。

2.2 密集內支撐條件下的基坑施工技術方案比選

明挖順作法深基坑應根據工程設計工況和水文地質條件制定基坑開挖方案時，充分利用"時空效應"以提高工程施工質量，確定合理的開挖順序及每步開挖土體的空間尺寸，根據監測結果不斷調整優化深基坑開挖施工技術參數。

2.2.1 縱向放坡開挖技術

采取從基坑一端向另一端延伸的分倉放坡開挖技術，由端頭井進行土方開挖，拉坡出土，開挖到基底。優點是基坑土方運輸方便，投入機械少，可有效地減少基底外露時間。缺點需要提供運輸通道，鋼支撐，混凝土支撐不能及時架設安裝，影響基坑的總體安全。本站地質條件復雜，存在砂層、淤泥質黏土層，因此開挖技術不適合本站深基坑施工

2.2.2 分層開挖技術

采用反鏟挖機與小型挖機配合分段、分層開挖，挖至第二層支撐下采用小型挖機挖土、倒土，由大挖機裝車分層開挖技術。優點是小挖機靈活，不影響鋼支撐的架設，同時兩側預留梯形土壁作為基坑臨時支撐，抵抗基坑兩側土壓力，防止基坑變形，降低了基坑安全；趕工期時可投入長臂挖機進行開挖裝土。缺點是投入機械多。

根據盾構工籌的要求，既要保證基坑安全又要滿足施工進度的前提下，確定本站采用分層分段開挖技術施工。

3 密集內支撐條件下的基坑開挖施工關鍵技術

3.1 誠毅廣場站基坑開挖施工段劃分

為保證按期提供盾構始發條件，本站土方開挖及結構施工從車站小里程端向大里程端施工，每段開挖長度約為20m，實際施工中考慮斷面變化、變形縫、跨度等因素，按實際情況分段，并根據支撐位置調整每段開挖長度。在每段開挖長度范圍內再分小的亞層，每個小的亞層長度為6m，高度為3m，進行開挖，嚴禁挖成鍋底狀；每開挖一小段（6～8m）后，及時架設支撐，首層開挖完成后施作鋼筋混凝土冠梁及支撐梁，達到混凝土強度后，開挖第二層，并及時施作支撐系統，以此類推，逐層向下開挖詳見圖1縱向放坡土方開挖平面圖。

圖1 縱向放坡土方開挖平面圖

為3個單元塊，每單元塊的土方量約為230～350m3，根據基坑開挖的“時空效應”的原理，每個工作面施工時在8～10h內各完成兩個單元塊的土方開挖，同時架設4根鋼管支撐。每天一個循環。基坑開挖配備2臺小松PC200型挖機、3臺PC110-7型挖機進行土方開挖。

（1）第一步開挖及出土方法

第一層土方開挖前，先將原混凝土路面以及縱八路的中心綠化帶上的人行道破除，然后采用PC200挖掘機開挖，自卸運輸車直接進入基坑裝土；車站冠梁底部位于地面下約2m，分一層進行開挖，在挖至第一道支撐設計標高后施工第一道支撐、冠梁及擋土墻。

（2）第二步開挖及出土方法

第二步土方開挖采用2臺PC110-7型挖機進行土方開挖，開挖到第二道腰梁及支撐以下50cm，高度約6m。每段分為2層進行開挖，高度為3m，開挖長度為6m，層間坡率為1：2；兩側預留1～1.5m梯形土壁作為基坑臨時支撐，抵抗基坑兩側土壓力，防止基坑變形；兩每開挖一小段（6～8m），開挖到支撐設計標高后及時架設支撐，采用PC110-7型挖機接力翻土倒運至一道支撐后再用一臺PC-200挖機挖土外運。

（3）第三步開挖及出土方法

第二步土方開挖采用2臺PC110-7型挖機進行土方開挖，開挖到第三道腰梁及支撐標高以下50cm，高度約5m。第三步土方開挖按第二步開挖方法進行基坑開挖。

（4）第四步開挖及出土方法

第四步土方開挖采用2臺PC110-7型挖機進行土方開挖，開挖到基坑底，高度約4.8m。基坑第四步開挖時按第二、第三步開挖方法進行基坑開挖。第四步開挖至基坑底上方200mm左右時，采用人工開挖至基坑底部，底部剩余約800方土體采用小型挖機配合25t汽車吊吊運出土，吊斗采用2方吊斗詳見圖2開挖步驟縱剖面圖。

圖2 開挖步驟縱剖面圖

3.2 基坑監測

本工程主要監測項目包括：樁頂（樁體）水平位移、樁頂沉降、支撐軸力、立柱沉降與隆起、地表沉降監測、地表開裂的觀測、基坑周邊建（構）筑物和地下管線沉降及位移監測。基坑自開挖至所有土方挖完，全過程中基坑日變形量、累計變形量均穩定受控，因此在集內支撐條件下采用分段分層開挖是可行的。

4 基坑開挖控制要點

（1）基坑土方的開挖必須配合內支撐、分段、分層施工，基坑須分層開挖，挖一層支護施工一層。基坑內共有146根鋼支撐，20根格構柱，內支撐體系密集，開挖過程中，挖機必須指派專人負責指揮，在格構柱邊上做好黃色警示標志，防止挖機碰撞立柱和鋼支撐。隨時關注基坑變形、邊坡穩定情況，及時調整開挖長度和放坡坡率。

（2）每層開挖底面位于各層內支撐底。土方開挖后須及時支護，不許暴露過長時間。

（3）當基坑開挖遇土砂層、淤泥層時，加強基坑開挖的監測控制，要專人指揮，減小放坡坡度，及時進行支護，必要時采用噴射混凝土封閉。

5 結束語

經過誠毅廣場站深基坑施工的實踐證明，針對類似內支撐體系密集、地質條件較差、作業空間狹小、工期非常緊張的明挖深基坑，采用分段分層開挖，基坑兩側預留土壁反壓的開挖技術完全可行的。通過基坑開挖控制及監控量測，誠毅廣場站安全順行的完成了開挖，為主體結構施工贏得了時間，確保了盾構按時始發，順利的完成了施工任務，取得可觀的經濟效益和社會效益，為類似的工程提供了可借鑒的經驗。