地鐵深基坑開挖施工技術(shù)應(yīng)用研究

李敬浩LI Jing-hao

（中交第一航務(wù)工程局有限公司路橋分公司，天津300450）

1 地鐵深基坑技術(shù)難點(diǎn)

1.1 深度大存在較為復(fù)雜地質(zhì)

我國城市地下工程建設(shè)項(xiàng)目越來越多，導(dǎo)致地下空間利用過程中容易受到其他項(xiàng)目影響，加上地鐵深基坑深度不斷延伸導(dǎo)致面臨更加復(fù)雜多變地下地質(zhì)情況，在實(shí)際施工中地質(zhì)情況可能與勘察資料存在一定不同之處，導(dǎo)致無法準(zhǔn)確地判斷施工情況，一旦遇到軟弱土層那么后期施工很容易出現(xiàn)難以控制的沉降、基坑側(cè)壁穩(wěn)定性不夠等情況，這也導(dǎo)致不斷增加基坑支護(hù)難度和安全風(fēng)險(xiǎn)。為確保工程施工安全性就要嚴(yán)格控制坑外水位降深。施工中應(yīng)當(dāng)對巖土體內(nèi)部應(yīng)力分布提高重視，在開展基坑開挖前需要確定應(yīng)力狀態(tài)處于平衡不會發(fā)生坍塌。原有應(yīng)力平衡狀態(tài)會隨著基坑開挖深度增加而逐漸被打破，如果設(shè)計(jì)階段沒有對這一問題給予全面細(xì)致地考慮沒有采取有效加固措施那么后期施工中很容易出現(xiàn)坍塌、變形等情況，對整個(gè)地鐵工程施工活動順利開展產(chǎn)生嚴(yán)重不良影響。

1.2 周邊環(huán)境影響

1.2.1 地下管線

現(xiàn)如今城市地下分布著較多管線，在開挖地鐵深基坑之前首先需要勘察地下管線分布情況。大部分地鐵工程建設(shè)于電纜、通信等工程之后，地下管線基本和城市建設(shè)進(jìn)度同步，而地鐵是在城市發(fā)展成熟后方開展施工，在前期沒有將地鐵位置預(yù)留出來，加上部分地下工程建設(shè)資料沒有合理管理出現(xiàn)缺失，導(dǎo)致地鐵工程深基坑施工難度增加，容易和地下管線發(fā)生施工沖突，對工程進(jìn)度甚至是質(zhì)量安全產(chǎn)生影響。

1.2.2 臨近建筑物

地鐵工程位于城市當(dāng)中穿梭于各個(gè)繁華區(qū)域，可以方便居民出行，這也說明地鐵深基坑開挖會處于較多建筑物之間，一旦發(fā)生開挖，必然會對周圍建筑物產(chǎn)生影響，加上深度不斷延伸導(dǎo)致基坑施工中會受到周圍構(gòu)筑物帶來的側(cè)壓力，影響地鐵基坑穩(wěn)定性。

1.3 加強(qiáng)支護(hù)確保安全

地鐵深基坑開挖中重點(diǎn)工作內(nèi)容之一就是基坑支護(hù)。基坑穩(wěn)定性主要取決于是否采取有效穩(wěn)定的支撐體系。在具體施工中需要保證支護(hù)工作緊跟基坑開挖，兩者密切配合嚴(yán)格遵守標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和設(shè)計(jì)圖紙要求。比如在應(yīng)用鋼支撐過程中需要提前設(shè)計(jì)好標(biāo)高將無支撐暴露時(shí)間盡量縮短。在施工中嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)位置定位好各個(gè)支撐點(diǎn)并且測量工作，全過程監(jiān)督支護(hù)過程，將深基坑開挖安全性提高。

2 地鐵深基坑開挖技術(shù)

2.1 施工準(zhǔn)備

很多因素都可能影響到深基坑施工技術(shù)應(yīng)用效果，加上基坑深度增加導(dǎo)致施工質(zhì)量安全備受關(guān)注。為了確保順利完成基坑施工作業(yè)應(yīng)當(dāng)提前做好充足準(zhǔn)備工作。首先，工作人員需要深入勘察基坑周邊環(huán)境、地質(zhì)條件，對地下巖土特性有明確了解，合理確定支護(hù)方法。當(dāng)前地下連續(xù)墻、排樁支護(hù)等都是常用支護(hù)方式。在實(shí)際施工中需要根據(jù)具體情況進(jìn)行客觀考慮，合理設(shè)置支護(hù)方案，確保支護(hù)穩(wěn)定性和安全性。如果深基坑處于既有道路上那么需要采取有效措施保證正常交通，同時(shí)做好圍擋和安全警示確保安全施工。其次，對支護(hù)材料盡心合理選用，當(dāng)前鋼結(jié)構(gòu)和混凝土是常用支護(hù)材料。鋼筋混凝土材料安全性高、不容易變形，但是需要較長施工周期而且后期如果需要拆除難度會較大。鋼結(jié)構(gòu)支護(hù)綠色環(huán)保可以重復(fù)利用，但是需要較高施工工藝要求。

2.2 土方開挖

嚴(yán)格堅(jiān)持“均衡、對稱、先撐后挖、先探后挖、先中間后周邊再退臺”的原則開展基坑開挖作業(yè)。在開挖前，可以利用挖掘機(jī)探挖深層土壤，如果不存在滲漏水那么可以進(jìn)一步加大開挖深度。首先，應(yīng)當(dāng)將表層土去除，開展冠梁鋼筋混凝土施工，然后按照從中間到兩端方式縱向完成基坑分層取土，采用階梯狀開挖，用小挖掘機(jī)收平鋼支撐下土方。在基坑兩側(cè)用挖掘機(jī)裝土，具體土方開挖過程如下：

第一，開挖表層土土方。按照地面到冠梁底標(biāo)高深度開展第一層土方開挖工作，冠梁施工及時(shí)完成。當(dāng)完成冠梁后監(jiān)測冠梁設(shè)計(jì)強(qiáng)度并且做好降水試驗(yàn)工作。通過降水試驗(yàn)?zāi)軌驅(qū)⒔邓|(zhì)量情況進(jìn)行明確檢驗(yàn)，明確單井出水量情況。通過群井試驗(yàn)?zāi)軌驅(qū)⑹韪尚Ч_定，對基坑內(nèi)降水井布置情況進(jìn)行檢查，確定是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。對坑外井水變化進(jìn)行細(xì)致地觀察，明確止水帷幕封閉情況。第二，開挖主體結(jié)構(gòu)土方。當(dāng)基坑降水試驗(yàn)達(dá)到驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)且冠梁混凝土滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)后可以開挖主體結(jié)構(gòu)土方。用挖掘機(jī)開挖鋼支撐下的土方，用長臂挖掘機(jī)按照從下到上順序依次垂直倒土，隨著開挖深度增加需要適當(dāng)將預(yù)加軸力增加，在施加完預(yù)加軸力后可以開挖下方土體。挖掘機(jī)配合地面長臂挖掘機(jī)和自卸車將開挖土壤運(yùn)輸?shù)街付ǖ攸c(diǎn)。第三，開挖局部。局部開挖量不大容易受到支撐布置影響，可以在基坑混凝土墊層上布置小型挖掘機(jī)，用長臂挖掘機(jī)配合自卸車運(yùn)走所挖出來的土壤。第四，開挖零星土壤并且修整基底。用小型挖掘機(jī)或者人工將零星土壤挖掘出來運(yùn)輸?shù)蕉淹翀觥Ｈ斯ね诔糠种饕獮榛滓陨?0cm 厚土方，從而避免嚴(yán)重?cái)_動基底土體。在達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高后可以檢查開挖質(zhì)量，質(zhì)量達(dá)標(biāo)后可以澆筑基底。

2.3 鋼支撐軸力

鋼支撐軸力是深基坑開挖控制關(guān)鍵點(diǎn)，重點(diǎn)從如下方面加強(qiáng)控制：

第一，嚴(yán)格按照分級加載方式預(yù)加鋼支撐軸力，按照至少五分鐘持荷時(shí)間控制，同時(shí)對材料是否發(fā)生變形進(jìn)行密切觀察。加壓工作嚴(yán)格按照每級持荷五分鐘、設(shè)計(jì)軸力按照60%、80%、100%完成。第二，將鋼楔子改良，并且按照自鎖角3-8°標(biāo)準(zhǔn)控制，可以加大鋼楔子平塊厚度將鋼楔子使用數(shù)量適當(dāng)減少，同時(shí)要確保打緊楔子，將鋼楔子外露體積、間隙盡量減少，確保密實(shí)地加固。用記號筆標(biāo)記好具體位置，對鋼楔子在千斤頂退壓后位移情況進(jìn)行準(zhǔn)確判斷，從而保證下一根鋼支撐施工質(zhì)量控制合格。第三，清理干凈預(yù)埋鋼板表面，為保證平整度可以用3cm 厚鋼板填充不平整鋼板面之處。第四，嚴(yán)格檢查鋼支撐結(jié)構(gòu)垂直度、鋼管直徑、壁厚、活動端、固定端等外觀質(zhì)量，嚴(yán)禁不合格品投入使用。第五，嚴(yán)格控制鋼支撐拼裝長度，避免用鋼板墊塊改善定身長度不夠的問題。第六，將正常預(yù)應(yīng)力損失考慮進(jìn)去，將預(yù)加軸力值適當(dāng)提高，同時(shí)如果損失較大軸力可以在十二小時(shí)內(nèi)及時(shí)復(fù)加。

2.4 基坑降水

基坑降水系統(tǒng)包括疏干降水井、降壓備用井、觀測井等。在基坑降水過程中對降水速率進(jìn)行嚴(yán)格控制，避免發(fā)生超降、降水不足等問題。整個(gè)工程安全都會受到降水效果影響，為此，可以重點(diǎn)做好如下方面管控：

第一，正式抽水前需要在疏干井坑外潛水位設(shè)置觀測孔。完成觀測孔施工后即可以開展降水施工。通常連續(xù)24h 抽水同時(shí)觀測降水井情況，根據(jù)降水實(shí)際情況合理調(diào)整降水方案。第二，提前20 天開展降水井降水作業(yè)，降水后應(yīng)滿足基坑分層開挖需求。只有降水達(dá)到超過1m 設(shè)計(jì)標(biāo)高以下方可開挖土方。第三，用觀測井對承壓水水位進(jìn)行動態(tài)監(jiān)控，如果自由水頭高度不符合理論值那么需要立刻分析原因并且計(jì)算修整抗突涌結(jié)果。第四，每日監(jiān)測承壓水觀測井水位，嚴(yán)格監(jiān)測第一承壓水觀測井水位情況，在開挖期間每日都要進(jìn)行至少兩次觀測，在澆筑底板后可以每日減少為監(jiān)測一次，如果發(fā)現(xiàn)異常情況可以將監(jiān)測頻率適當(dāng)增加。第五，加強(qiáng)巡視坑內(nèi)維護(hù)結(jié)構(gòu)，對維護(hù)結(jié)構(gòu)是否出現(xiàn)滲漏水進(jìn)行仔細(xì)查看，如果發(fā)現(xiàn)滲水及時(shí)采取有效措施進(jìn)行補(bǔ)救，避免釀成嚴(yán)重安全事故。后期需要對觀測井水位開展動態(tài)監(jiān)測，確保整個(gè)支護(hù)結(jié)構(gòu)安全。第六，周圍建筑物可能會因?yàn)榛咏邓l(fā)生不均勻沉降，為了保證周圍建筑物穩(wěn)定性，需要設(shè)置回灌溝或者回灌井來將建筑物周圍土地沉降量減少，將降水速度放慢。

2.5 基坑監(jiān)測

基坑監(jiān)測主要是檢查和監(jiān)控建筑基坑和周邊的環(huán)境，從土方開挖開始到工程主體結(jié)構(gòu)施工結(jié)束需要進(jìn)行全過程監(jiān)測。在開展基坑施工前需要利用基坑監(jiān)測技術(shù)和勘察技術(shù)了解基坑周圍環(huán)境和地質(zhì)情況，做好基坑監(jiān)測方案的詳細(xì)編制，指導(dǎo)基坑施工工作的有效開展，同時(shí)利用數(shù)據(jù)為基坑的設(shè)計(jì)規(guī)劃提供參考。之所以要采用基坑監(jiān)測，主要是因?yàn)榛拥刭|(zhì)土體、負(fù)荷等是十分不確定的。

在監(jiān)測基坑水平位移過程中可以采用多種方法，比如當(dāng)前常用的小角度法和投點(diǎn)法等。在監(jiān)測任意方向上監(jiān)測點(diǎn)時(shí)通常采用的是極坐標(biāo)法或者前方交會法。如果預(yù)先埋設(shè)的基準(zhǔn)點(diǎn)距離基坑較遠(yuǎn)那么可以采用GPS 測量法等現(xiàn)代信息測量技術(shù)。如果距離較遠(yuǎn)，那么應(yīng)當(dāng)在基坑相應(yīng)距離之外進(jìn)行水平位移監(jiān)測點(diǎn)的基準(zhǔn)點(diǎn)埋設(shè)，并且在選擇埋設(shè)位置時(shí)要注意對周圍環(huán)境進(jìn)行考察，避免選擇低洼容易積水的位置，應(yīng)當(dāng)科學(xué)地監(jiān)測基坑情況。工作人員可以通過增加監(jiān)測次數(shù)來達(dá)到提高監(jiān)測準(zhǔn)確度的效果，從而科學(xué)地得到監(jiān)測數(shù)據(jù)，為安全施工奠定基礎(chǔ)。

豎向位移監(jiān)測常用的方法包括幾何水準(zhǔn)或者液體靜力水準(zhǔn)等方法。工作人員要注意修整一些傳遞高程的工具，從而確保豎向位移監(jiān)測的準(zhǔn)確性。監(jiān)測點(diǎn)需要根據(jù)工程實(shí)際情況合理布置，在坑底回彈區(qū)要布置回彈監(jiān)測點(diǎn)，工作人員還要秉持客觀、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度開展基坑監(jiān)測工作，確保得到真實(shí)可靠的數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)結(jié)果能夠切實(shí)為基坑安全提供參考。

3 結(jié)語

現(xiàn)代地鐵工程施工中往往會應(yīng)用到深基坑支護(hù)技術(shù)，支護(hù)安全性直接決定著地鐵工程整體質(zhì)量安全。想要保證高層地鐵使用安全性和長久性就要要求施工過程做好深基坑支護(hù)，根據(jù)實(shí)際情況合理選取支護(hù)技術(shù)，并且詳細(xì)制定施工方案，做好施工方案審查，對施工人員素質(zhì)、技術(shù)等加強(qiáng)考核和培訓(xùn)，從而全面提升深基坑施工效果。