淺談地鐵工程的洞門破除及土方開挖施工技術

■張君

（中鐵十八局集團第四工程有限公司，天津 300350）

洞門破除和土方開挖是地鐵工程施工的主要內容，但不同區域地質條件、水文條件及地面構筑物存在較大差異，無法照搬其他工程施工技術，需要結合工程特性及地質條件，選擇與之相適的支護方法，開挖運輸方式，才能保證施工的安全性及施工效率[1]。就東上澤站而言，通過鋼支撐、擋水墻、C20細石混凝土護面等加固方法，有效保證了洞門破除施工和土方開挖施工的效率及安全性，值得同類工程大力參考和借鑒。

一、工程概述

東上澤站位于正定新區規劃新城大道下方，呈南北方向布設，東側規劃有綜合管廊，平行車站布設。車站大里程端北側有較多市政管線，東西方向有DN900污水管、DN2200雨水管、DN400上水管，南北方向有DN1000、DN3000上水管及DN1000污水管，車站D出入口和1號風道上方有DN300燃氣管，待燃氣管遷改完成才可施工（已遷改）。車站共布設4個出入口、2組風亭、1個安全出口，都采用明挖法施工。車站主體大、對小里程端雙線區間采用盾構法施工，兩端設置盾構始發井。東上澤站平面圖如圖1所示。

圖1 東上澤站平面圖

二、洞門破除及土方開挖施工

（一）開挖前的準備工作

在本工程洞門破除及土方開挖施工之前，為保證施工的安全性，促使各道工序順利開展，做了如下準備工作：

第一，保證基坑土體全部加固完成，準確落實挖土和卸土點。

第二，保證施工道路、施工排水系統、擋水墻等設施符合洞門破除及土方開挖施工的條件及要求。

第三，保證臨近建筑物和管線觀測的精度，符合工程施工要求。

第四，洞門破除及土方開挖施工的各種機械設備、相關物料及應急物質準備就緒。

（二）合理布置現場施工平面

洞門破除及土方開挖施工過程比較復雜，并且影響因素眾多，任何一個環節控制不當，都會影響總體施工質量及施工的安全性。因此，為保證各道工序能夠安全、有序、高效地開展，就必須合理布置施工現場平面圖[2]。

為避免洞門破除后發生掌子面失穩塌陷問題，當分塊鋼筋切除之后，要及時采用方木支撐，具體如圖2所示：

圖2 支撐位置示意圖（單位：mm）

A區1、2處支撐穩定之后，才能切除B區鋼筋。B區鋼筋切除后在3號點位置進行支撐牢固，然后進行C去鋼筋切除，以此類推，進行C區到I區鋼筋切除和方木支撐。方木規格為150×150mm，長2735mm，墊板采用400×400mm的竹膠板。

（三）破除洞門及土方開挖方法分析

第一，在地鐵工程破除門洞施工堵頭樁東北角處增設一個角支持，并在對稱位置設一道鋼支撐。鋼支撐預埋件和前期冠梁植筋連接，同時為保證支撐效果，施加軸力同一期混凝土支持，具體標準為195kN/每延米，確認達到施工設計要求和相關標準之后再進行下一道工序施工[3]。增加鋼支撐與角撐平面圖如圖3所示。

圖3 增加鋼支撐與角撐平面圖

鋼支撐與角撐施工完成之后，保證鋪設木板的平整度、牢固性，嚴禁存在翹板問題，在施工之前，要將洞門降水到洞門1m以下后才能開始洞門破除工作。洞門破除為粉碎性分層分段分塊破除，通過人工高壓風鎬進行破除，在破除之前，應對端頭加固效果進行監測,水平探孔效果良好后方可開始洞門鑿除工作，定期觀察洞門滲漏水情況，保證洞門破除工作能夠順利開展。本工程洞門破除示意圖如圖4所示：

圖4 洞門破除示意圖

洞門破除步驟可分兩步進行：第一步，將冠梁下至第二道鋼支撐處堵頭樁進行分段分塊破除；第二步，將堵頭樁鋼筋進行切割。

第二，本工程先進行北側開挖，并合理設計標準段坡道，邊開挖邊網噴，保證網噴和主體圍護結構網噴效果一致，并嚴格控制西側坡度在1∶0.6左右，護坡效果要盡量滿足穩定性要求，并于坡頂位置設置一道擋水墻。先開挖破除堵頭樁東側4根，具體破除位置為從冠梁底端算起[4]，向下到第二道鋼支撐中線之下40cm，并破除地面以上預留樁頭鋼筋，嚴格按照第一道混凝土支撐進行邊樁植筋做連系梁。

第三，開挖到第二道鋼支撐位置時，要立即停止開挖，并破除樁頭位置和第二道鋼支撐中心位置下方40cm的位置，施加800mm×800mm支撐連系梁，保證水平筋進入前期冠梁的深度不小于15d，混凝土澆筑完成之后立即開展養護工作，當養護強度達到100%后，上部回填不少于80cm素土，整平壓實之后，鋪設厚度不小于1.2cm的鋼管作為施工坡道。

第四，堵頭樁門洞位置向南開挖到南部端頭基坑上方，分步開挖，第一步開挖4m左右，第二步進行從南向北退挖約50cm，當達到第二道鋼支撐要求后，立即停止開挖，并架設第二道鋼支撐[5]。

第五，當第二道鋼支撐架設完成之后，從北側開始通過臺階法下挖到第三道鋼支撐施工面，然后從南端開始一直挖到端頭。此后，將開挖設備退回到北側三腳帶，進行第三道鋼支撐架設。

盾構機始發架吊裝：本工程始發托架長9.2m，寬6.2m，井口長度為11.5m，寬為7.5m，始發托架下井完成之后，保證托架中心和洞門中線在相同直線上，并和始發線路完全符合。托架上鋪設臺車軌道，促使臺車下井之后能夠往車站內部推進。盾構機架設示意圖如圖5所示：

圖5 盾構機架設示意圖

第六，由北側三角帶下挖到設計槽底以上約50cm的位置，然后進行人工清底處理，達到要求后，向南端頭開挖到基坑底部。其余土方在開挖之前，也要架設斜向鋼支撐，并采用長臂挖掘機進行定位開挖。同樣，邊開挖邊網噴和搭設支撐，直到設計槽底以上50cm，其他剩余土方通過人工方式全面清理，清理完成之后進行驗槽，達到地鐵工程施工要求和標準之后，封閉基坑。

第七，在洞門坡道出土結束以后，坡道四周都用擋水墻進行封閉處理，避免雨天滲流到開挖好的基坑中。本工程在東北側設置了擋水墻，在北側設置了積水坑，當積水儲量超過設計要求時及時抽水[6]。基坑開挖各道工序全部完成之后，采用C20細石混凝土做網噴護面處理，鋼筋網為Φ8@150×150mm，為保證網噴護面效果，在施工時要保證混凝土噴射速度和土方開挖的速度相一致，邊開挖邊網噴。

（四）土方運輸和存放

在本工程基坑土方開挖中，需要在第一道混凝土支撐梁上運行，在挖掘機通過的路段上，如果遇到混凝土支撐梁，則可以沿著支撐梁挑溝開挖到第一道混凝土支撐底，然后進行施工支撐。在基坑開挖中，選擇兩臺挖掘機將開挖出的土層運輸到基坑之外，然后裝車運輸到指定位置[7]。在開挖時嚴禁挖掘機在挖空后的支撐梁上經過及作業，挖掘機在工作中，嚴禁碰撞支撐。在基坑開挖時，挖掘機、吊車、運土車等需要在基坑邊運行，并按照實際設計要求合理開挖。土方通過反鏟挖土機直接裝車，裝卸車輛選擇自卸式環保車，土方運輸到指定的存土場，為避免影響城市街道的整潔性，土方堆放要盡量在白天進行，夜晚運輸到指定棄土場。

三、施工體會

第一，在開挖之前，需要對圍護結構的質量進行全面檢驗和細致分析，便于判斷圍護結構是否完成封閉，避免發生圍護結構滲漏水問題。合理布置監測點，嚴格按照設計頻率進行監測，最大限度上保證圍護結構質量，做好基坑降排水處理工作。在具體施工中，一旦發生圍護結構變形過大問題，要先進行支撐處理，然后再采取相應的加撐措施，避免變形量進一步擴大。并立即停止開挖，撤銷上部所有施工荷載，防止繼續惡化。

第二，嚴格按照設計標準和要求進行鋼支撐架設和拆除，合理施加鋼支撐預應力，并按照設計要求頻率定期檢測鋼支撐的軸力。架設好的鋼支撐要采取吊護措施，防止鋼支撐發生墜落問題，并在整個施工過程中，嚴格避免機械碰撞[8]。如果發現支撐體系失穩問題，要立即提醒現場施工人員快速撤離，在施工現場要準備充裕的搶險鋼支撐、吊車等，一旦發生鋼支撐失穩問題，立即增設支撐。

四、結束語

本文結合工程實例，分析了地鐵工程的洞門破除及土方開挖施工。分析結果表明，洞門破除及土方開挖施工是地鐵工程施工的重難點，其施工質量對地鐵工程后續各道工序能否順利開展有非常重要的作用。因此，具體施工中，必須結合工程特性，合理選擇施工方法和支撐體系，嚴格按照設計標準及規范開展各道施工工序，才能最大限度上保證施工質量和安全性，創造更大的經濟效益和社會效益。