地鐵深基坑開挖中機械配置的分析與優化

湯 宇，凌 濤，彭學軍，肖 磊，謝志勇

（中鐵五局集團第一工程有限責任公司，湖南 長沙 410117）

我國城市化建設規模的擴大得益于經濟的快速發展。一個城市的地鐵發展往往標志著城市規模的大小，地鐵工程不僅是一個城市的“面子工程”，也是便民工程。近年來，全國各地的地鐵施工遍地開花，其中機械設備起到了至關重要的作用，如何優化機械配置、提高機械效率，成了眾多地鐵施工的重難點。

1 工程概況

1.1 工程簡介

長沙市軌道交通5號線一期工程（時代陽光大道—蟠龍路）線路全長22.5km，設18座車站，高橋南站（原華雅站）為第7個站。該站位于萬家麗路與長沙大道十字路口的南側，沿萬家麗路南北向敷設。車站周邊主要規劃為居住及商業用地。該站為地下兩層明挖車站，車站外包全長493.8m，標準段寬20.7m，有效站臺中心處頂板覆土約3m，底板埋深約17m。車站南、北兩端接盾構區間，設盾構始發井，南端設置軌排井。高橋南站工程示意圖如圖1所示。

圖1 高橋南站工程示意圖

1.2 工程地質條件

車站地層巖性特征依次為瀝青及混凝土路面（0～0.5m）、雜填土（0.5～3.7m）、粉質黏土（3.7～7.7m）、礫巖（7.7～9.4m）、強風化泥質粉砂巖（9.4～14.0m）和中風化泥質粉砂巖（14.0m以下）。場地內基巖為泥質粉砂巖，裂隙呈閉合狀。

1.3 工程重難點

高橋南站（原華雅站）基坑平均開挖深度為17.82m，最深達到20.17m，寬度最大處達24.5m，長度為493.8m。車站臨近高架橋，安全風險大，支撐系統密度大，在進行分層分階段土方開挖過程中如何在有限空間內發揮機械效率是一個重難點。

1.4 機械開挖順序

該車站范圍內地勢北低南高，兩端均為市政道路，施工條件較好，但工期較緊，在保證基坑安全的情況下，基坑主體施工工法采用分臺階接力開挖方式，在基坑長度方向上按挖掘機接力方式從基坑南北兩個方向對向開挖，如圖2所示。

圖2 基坑平面示意

2 地鐵車站深基坑開挖

2.1 設備的選型

設備的選型如表1所示。

表1 機械選型配置表

2.2 開挖的順序

以由北向南開挖為例，基坑開挖順序如下：

（1）第一層表土開挖。由配備破碎錘的大型挖掘機將原地面破除后，根據砼支撐、冠梁頂標高采用放坡開挖。第一層土方挖到支撐梁底以下5cm，同時施工冠梁及第一道砼支撐。

（2）第二層土方開挖。第一道砼支撐及冠梁達到設計強度后進行第二層土方開挖，每個工作面擬采用2臺挖掘機開挖，一般以6m為一開挖段，以便及時架設支撐。開挖高度為6.25m，放坡的邊坡坡比為1∶1。基坑內的挖掘由挖掘機自行修筑臺座或用路基板鋪墊。開挖到鋼支撐下500mm后即進行支撐安裝，在開始下層土方開挖前，進行降坡。

（3）第三層土方開挖。每個工作面擬投入2臺挖掘機接力開挖，大型勾機進行松土作業，開挖順序及分段與第二層土方相同，開挖到鋼支撐下500mm后即進行支撐安裝，開挖高度為5.15m，放坡的邊坡坡比同樣為1∶1。

（4）第四層土方開挖。每個工作面擬投入3臺反鏟挖掘機接力開挖，大型勾機進行松土作業，挖到設計標高以上50cm，開挖高度為3.82m，邊坡坡比也為1∶1。采用PC110型挖掘機配合人工撿底。

（5）中間收口段土石方開挖。底部配置1臺加藤1430勾機、260挖掘機、110挖掘機，其余設備吊出基坑，基坑邊配置1臺大型抓土機，由基坑內260挖掘機將土石方歸堆至指定位置，抓土機將渣土吊出至地面，地面配置1臺倒土挖掘機進行渣土的歸堆。

3 開挖過程中的重難點分析及優化

地鐵車站往往鄰近建筑物、橋梁、河流等，安全風險大，安全形勢嚴峻。高橋南站（原華雅站）緊貼高架橋，還有高層建筑及圭塘河，安全風險尤為突出。基坑開挖過程中，鋼支撐及監控量測、施工機械必須采取相應措施，有針對性地進行安全把控。

（1）針對鋼支撐密集、作業空間有限的問題，PC220型挖掘機無有效作業空間，可采用配備破碎錘的PC110型挖掘機進行底部清理找平及施作集水井、下翻梁等工序。

（2）根據地質報告，基坑內第一層主要為回填土，土質松軟，第一層和第二層之間為砂卵石層，具有含水量大、易垮塌的特點，需安排專人指揮挖掘機修筑臺座或及時鋪墊路基板以保證設備及人員的安全。

（3）根據地質報告，從第二層開始進入中風化巖層，巖層堅硬，普通破碎錘破碎效率低，可采用36T級挖掘機配備勾頭（勾機）進行作業可有效提升作業效率。

（4）勾機作業效率高，配合勾機進行土石方歸集及甩土接力的挖掘機往往效率跟不上，PC220型挖掘機顯得捉襟見肘。更改配置采用260型挖掘機，挖斗容量及機型大小均可滿足要求。

（5）站在頂部進行提土作業的挖掘機因為工序問題，作業幅度大，往往跟不上第二層挖掘機甩土的效率，但不存在作業空間狹小的問題。更改采用360型挖掘機，挖洞容量大、效率高，可有效提升施工效率。

（6）市政工程往往存在渣土外運不及時的問題，這成為許多市政工程的“卡脖子”環節。根據現場情況，在合理范圍內對開挖面挖掘出來的渣土進行甩土或倒運，配置多臺PC220挖掘機進行甩土，盡可能地將土存放于開挖面之后，可從一定程度上避免因渣土外運不及時產生的“卡脖子”現象，有效地保證了工作面的進行。

4 結束語

地鐵車站基坑開挖是地鐵車站施工過程中機械施工的重要環節，通過良好的理論方案設計，結合施工現場的實際分析，合理優化并調整機械配置，即可做到安全可控、進度可控、經濟可控，從而達到機械施工的最佳效果。