軌道交通大跨度半鋪蓋深大基坑土方開挖施工技術

黃志肅 黃展案

摘 要：本文結合埌東客運站工程，對軌道交通大跨度半鋪蓋深大基坑土方開挖施工技術進行了闡述，總結出一些施工經驗和教訓，為以后類似工程施工積累一些參考資料。

關鍵詞：開挖；施工技術；軌道交通

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.07.078

1 工程概況

埌東客運站右線起止里程為YCK20+867.700～YCK21+325.700，有效站臺中心里程為YCK27+035.000，總長約458.0m。埌東客運站主體結構外包總長301.2m，標準段寬度45.0m，車站所屬位置路面高差大，基坑深度19～26m，車站有效站臺中心里程處頂板覆土3.405m。車站采用半鋪蓋法明挖順筑施工，標準段基坑寬度大于45m，屬于典型的半鋪蓋深大基坑。

2 工程地質及水文地質條件

（1）工程地質條件。本站場區為民族大道及其北側綠化帶山體，地勢起伏較大。站位所在民族大道相對高差7.1m，道路坡度為2%，局部坡度大于2%。

勘察報告顯示，本站位地貌形態屬于侵蝕堆積河谷階地貌，不良地質作用及地質災害現象不發育，無斷層發育，未揭示到斷裂跡象。沿線地層巖性較為簡單，上覆主要為填土層，其余第四系土層較薄或缺失，第三系半成巖巖層一般埋深較淺，強度較高，工程地質條件較簡單。自地面下25m深度范圍內土層類型屬中軟一堅硬場地土，場地類別為II類。

（2）水文地質條件。擬建場地地貌形態主要為侵蝕堆積河谷階地區，無地表水流；揭露地層為填土層，淤泥質土層，粘性土層，基巖為第三系巖層；地下水位的變化受地形地貌、地層巖性、地下水補給來源等因素控制。地下水位的變化與地下水的賦存、補給及排泄關系密切，每年4～10月為雨季，降雨充沛，水位會明顯上升，而在冬季因降雨減少，地下水位隨之下降。

3 開挖施工技術

基坑開挖遵循“豎向分層、橫向分塊、先撐后挖”的原則，嚴格把握開挖速率與架設支撐的“時空效應”，開挖過程中掌握好“分層、分塊、對稱、平衡、限時”五個要點，嚴禁超挖。車站主體基坑總長301m，將半鋪蓋基坑開挖沿縱向分為十一個結構段。從東西兩端（即第十一結構段和第一結構段）同時開挖，初期大放坡直接裝土式開挖，后期兩端向中部分層臺階接力法開挖。

（1）土方開挖總體思路。土方開挖總體思路為“縱向分區分段、豎向分層、橫向分塊、先撐后挖、結構跟進”。

①縱向分區分段。根據設計圖紙及場地條件，基坑沿縱向分為十一個結構段。

②豎向分層。基坑開挖按照“先上后下”的原則，基坑開挖一層土方，施工一道水平支撐梁，水平支撐梁達到設計強度后，再向下開挖一層土方，直至基坑底。

③橫向分塊開挖。根據設計圖紙，每一結構段，橫向分為明挖區和蓋挖區二塊分別進行土方施工。

④先撐后挖。該基坑工程支撐體系采內支撐，第一道支撐為鋼筋混凝土支撐，第二至第四道為鋼支撐。按照土方開挖方案，必須在每道支撐施工完成以后，混凝土強度達到設計要求或鋼支撐施加設計預加軸力后方可進行土方開挖。由于支撐梁在開挖過程中已經支設完成，因此普通挖掘機很難進入基坑進行作業，但為保證基坑安全必須嚴格執行先撐后挖的施工思路。

⑤結構跟進。基坑開挖進度應與結構底板施工進度相一致，嚴格控制基坑暴露時間，開挖后12 h 內完成墊層封閉。

⑥開挖原則。在開挖過程中，應遵循“先支護、后開挖、嚴止水、勤測量、分層分段、先撐后挖”的原則。開挖至基坑圍護結構邊界時，預留足夠多的反壓土體。

（2）土方開挖施工流程。半鋪蓋深大基坑標準段開挖工藝流程如圖1所示，樁間掛網噴砼施工工藝流程如圖2所示。

（3）基坑土方開挖實施階段劃分。

①第一階段。冠梁混凝土支撐施工時，預留四道混凝土支撐（第17～22軸，約40m范圍），該范圍作為出土通道，土方車由該通道直接開進基坑運土。

為方便土方運輸車輛開進基坑，先進行第一道混凝土支撐底以下5m基坑土石方開挖，由于開挖深度未到第一道鋼支撐底標高，鋼支撐暫不具備架設條件，為控制基坑變形，基坑邊5m范圍內的土石方按1：1放坡保留。

②第二階段。第二階段土方車直接開進基坑裝土，隨土方開挖緊接進行樁間網噴混凝土及鋼支撐施工，確保基坑安全。本階段分東西兩端兩個工作面同步進行開挖支撐作業，每作業面配備兩臺PC220反鏟挖掘機由端頭井向中間標準段后退式開挖。

③第三階段。隨著土石方向中間標準段開挖，當馬道坡度較陡，不能滿足運土車爬坡要求時，采用分級向馬道口翻土，即把基坑開挖分為四級，每作業面配備兩臺PC220反鏟挖掘機，進行接力后退式開挖。

（4）基坑土方開挖步序。車站基坑土方開挖縱向共分為11個施工區段，以西端標準段為例，自上而下分5步開挖，具體施工步序如下：

第一步：開挖至第一道支撐下0.1m處，開挖深度1.5m左右；施工樁頂冠梁和第一道鋼筋混凝土支撐。

第二步：開挖第二層土方至第二道鋼支撐中心線下0.5m，開挖深度8m左右，先在中部掏槽，然后倒退開挖；掏槽邊坡按1：0.75，兩側土臺寬度不小于4.0m。施做第二層挖土層高度范圍樁間網噴混凝土，架第二道鋼支撐。

第三步：開挖第三層土方至第三道鋼支撐中心線下0.5m，開挖深度5.5m左右，開挖前先在中部掏槽，然后再倒退開挖其余部分土方；掏槽邊坡按1：0.75，兩側土臺寬度不小于4m；施做第三層挖土層高度樁間網噴，架第三道鋼支撐。

第四步：開挖第四層土方至第四道鋼支撐中心線下0.5m，開挖深度4.5m左右，開挖前先在中部掏槽，然后再倒退開挖其余部分土方；掏槽邊坡按1：0.75，兩側土臺寬度不小于4m；施做第四層挖土層高度范圍樁間網噴，架第四道支撐。

第五步：開挖第五層土方至基坑底以上0.3m，開挖深度3.5～5m左右，開挖前先在中部掏槽，然后再倒退開挖其余部分土方；人工清理基底0.3m厚土方，施做第五層機械挖土及人工清土層高度范圍樁間網噴。人工配合挖掘機平整，驗收基底。基底驗收合格后，在8～16小時內澆注混凝土墊層。

（5）關鍵技術小結。縱向放坡時，應在坡頂設置截水溝，防止地表水沖刷坡面和基坑外積水流入坑內。基坑開挖后及時設置坑內排水溝和集水井，防止基坑內積水。

基坑縱橫向放坡根據地質、環境條件取開挖時的安全坡度，要求不得陡于1：1。對暴露時間較長或可能受暴雨沖刷的縱坡采用鋼絲網水泥噴漿等坡面保護措施，嚴防縱向滑坡。

土方開挖的順序、方法必須與設計工況一致，開挖第一層土時每一段的開挖長度一般不超過12m；其余各層開挖時，每段長度一般不超過6m，開挖時間和鋼支撐安裝時間分別控制在16小時和8小時之內。

基坑開挖時嚴禁大鍋底開挖，開挖至基底以上0.3m時，應進行基坑驗收，并改用人工開挖至基底，及時封底，盡量減少對基底土的擾動。

針對自地面下25m深度范圍內土層類型屬中軟一堅硬場地土，需合理配備施工設備，除了必要的挖掘機，還投入了破碎錘、犁頭機、裝載機、抓斗都設備共同配合完成基坑開挖任務。通過施工方案的優化和加大施工設備的投入，基坑開挖進度較理想，2014年4月日均出土量達1600m3。

4 實施效果分析

車站從2012年12月開始樁基施工，到2015年12月所有附屬結構封頂歷時37個月。其中，車站主體基坑土方于2014年1月6日開始，開挖地層以砂巖和粉砂巖為主，2014年10月24日完成主體結構土方開挖，累計完成土方量約26.5萬m3，每月出土量約26500m3。工期較為理想。

基坑開挖過程中，土體回彈明顯，圍護樁樁頂最大隆起量達22.9mm，立柱柱頂最大隆起量達30.29mm；鋼支撐內力監測最大值約為設計值的1/2～1/3，說明鋼支撐設計相對保守，可以作進一步優化；監測值均未超出報警值，說明基坑圍護結構設計滿足要求，施工方案合理。

施工期間，地面交通順暢，無擁堵現象，妥善解決了車站基坑開挖施工長時間干擾城市交通及影響周邊居民生活的問題。

5 經驗總結

當地鐵車站位于地段路面之下，交通流量大，故工期要求緊，為減少對地面交通的影響，采用半鋪蓋法施工具有獨特優勢，在類似工程中有一定借鑒意義，其優勢如表1所示。

車站圍護樁是車站主體施工重要前置工序。本站由于泥巖特殊的物理力學性質，旋挖鉆機作業時往往需要解決鉆進過程中出現的鉆具打滑、吸鉆、糊鉆等難點。故根據泥巖強度變化，選用對應不同類型的鉆頭及鉆桿，確保施工進度。

半鋪蓋超寬基坑的關鍵工序為土方開挖，受半鋪蓋影響，土方機械出土工效低，采用何種開挖方案直接影響節點目標實現。通過對一端分層臺階接力法、兩端分層臺階接力法、直接裝土與后期臺階接力結合等開挖方案比選，直接裝土與后期臺階接力結合開挖方案提高了土方開挖效率，保證了主體施工正常開展，進而確保兩端盾構機如期順利接收。超400米長地鐵車站基坑開挖可參照本方案進行施工組織。

參考文獻：

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