深基坑開挖施工技術在地鐵車站工程中的應用

李永金

（中鐵十九局集團有限公司，北京 100176）

1 項目概述

上海地鐵1 號線全長18.6 km，設站11 座，均為地下車站。工程施工區域為飽和含水黏土層，抗剪強度、靈敏度、高度壓縮流變性均比較低。

2 地鐵車站深基坑特點

（1）施工規模大，結構復雜。多條線路換乘是地鐵車站必須要達到的要求，這時就會增大深基坑的施工規模，讓整體結構更為復雜，還會延長施工工期。

（2）不確定因素較多。地鐵建設工作需要在城市內部開展，深基坑施工會對供水、燃氣、電力等很多地下管線產生影響，因此會出現較多影響施工的不確定因素。

（3）監測難度較大。地鐵車站都在地下且具有復雜的結構，基坑深度較大且需要使用很多施工設備和儀器，監測難度也會相應增加。

3 地鐵車站軟土深基坑施工技術應用

3.1 挖掘技術

軟土地層是項目工程施工區域的主要地層。在挖掘軟土地基中的深基坑時，專門的駐站人員或負責車站工程的技術人員可在時空效應規律的基礎上，控制基坑挖掘支撐的每個施工段，包括其幾何尺寸、未配合支撐時擋墻部分的暴露時間等，確保所有的數值都符合國家和行業標準，并保證其在工程的設計允許限度之內。

當然，還要綜合考慮周邊的施工條件、維護墻體體系、地鐵車站基坑規模、幾何尺寸、地基加固等因素，并以此來選擇地鐵車站基坑分層分步、平衡、對稱開挖、支撐順序、支撐時間等，確保分層挖掘的時限、層數等各項指標既被控制在行業標準范圍之內，又符合施工的具體設計要求。

在對地鐵車站的施工方案進行初次設計時，技術人員就必須考慮車站端頭井，按照分層、分段挖掘的原則對各項施工步驟中的支撐單元進行有效劃分，同時對每個挖掘單元的分層長度、支撐鋼板數量、開挖時間、支撐架設時間分別設置為5.8 m、2～7根、6.5～7.5 h、1.5～2.5 h。此外，還要注意控制車站范圍內基坑挖掘的縱向縱坡度和臺階小坡，最好的標準為1/3 和1/1。為在最大程度上保證車站基坑臺階小坡的穩定，在挖掘開始前，可將工程范圍內的土層全部看成均質土層，并以此為基礎通過穩定數分析法對臺階小坡的穩定性進行確定。

考慮到周邊的交通、環境等因素會在一定程度上影響基坑挖掘作業，可借助單邊開挖方式對車站基坑進行挖掘。分段挖掘示意如圖1 所示。

圖1 地鐵車站深基坑分段挖掘示意

具體的施工步驟為：

（1）在對地鐵車站基坑第一分層的第1、2 分塊進行挖掘時，要按照從外向里的順序進行，共需架設6 根支撐桿，總挖掘土方250 m3，分層高3 m。挖掘第3 分塊時，按照先中間三角區再中間拉槽的順序對兩個中間柱進行挖設，需架設2 根立柱連系桿，總挖掘土方480 m3，分層高2 m。挖掘第4 分塊時，要借助兩臺挖掘機對槽兩側的土方進行同步挖掘，需架設3 根鋼板支撐桿，總挖掘土方400 m3，分層高2 m。挖掘第5 分塊時，要按照從一側向另一側倒退挖掘的方式，在挖掘到第三根立柱樁后，先將6 根斜支撐桿設置在西北角后，再架設連系桿，總挖掘土方300 m3，分層高2 m。

（2）在對第二分層進行挖掘時，要先完成中間三角區的挖掘，此階段不需要架設支撐桿，總挖掘土方450 m3，分層高3.5 m。隨后再對東北和東南兩個三角區進行同步挖掘，兩個區域要分別架設5 根鋼支撐桿，兩個區域各挖掘土方580 m3。在后續其他區域土方的挖掘中，因為開挖量多且土方寬度大，此時可按照先中間再兩邊的原則進行，但需在兩個立柱連桿之間架設4 道長支撐桿，以此降低維護結構變形的概率。最后，讓挖掘機和地面長臂挖掘機相互配合，參照順鋼支撐方向從北向南推進，但挖掘時需用上下交錯方式將6 根直鋼鋼板支撐桿設置在西南角位置[1-3]。

（3）在對第三、四、五分層進行挖掘時，不僅要在前一個分層挖掘完之后進行，還要主要吸收改進前方分層挖掘時的方法和順序，確保后面分層挖掘的順利。有一點需要注意，在挖掘最后一個分層時，不需要架設任何連系桿和支撐桿，施工人員可直接挖掘至基底位置，但要在底部由人工完成清底抄平。此外，為有效減少基坑因隆起變形對工程帶來的影響，需要對基地進行封閉作業，此種作業最好選擇厚度為22 cm 的C30 強混凝土。

3.2 支護方法

為實現各類支撐結構支撐作用的最大化，施工人員要綜合施工內容、影響因素、現場實際等，慎重且恰當地選擇支撐方式。因每個工程的施工場地都存在差異，有時鋼支撐節點的構造會受到場地限制，這時應選擇受力直接、節點簡單的正交布置方式。但因基坑挖掘開始后存在車站整體再兩側土壓力差的作用下向西側發生位移的情況，因此，為保證后期投入運行后的安全，在設計支撐標高時，施工人員可考慮在基坑與運輸線交界處，采用基坑圍護土壓力方法平衡車站主體結構東西側的土壓力差。

3.3 施工監測

按照分層挖掘原則，工程技術人員可在作業前將監測點設置在每層和每個挖掘步驟中，在擋墻內和建筑物周邊設置測斜管、空隙水壓計、精密水準儀和測壓傳感器。通過在施工中使用上述方案，有效降低了基坑開挖中產生的形變。監測結果顯示該車站維護墻體最大水平位移、基坑周邊房屋沉降值及管線沉降值分別為2.6 mm、6.5 mm、6.5 mm 時周邊環境穩定。

4 地鐵車站軟土深基坑周邊建筑保護措施

4.1 跟蹤注漿保護

針對因軟土深基坑開挖卸載造成的維護墻體回彈隆起問題或產生的維護墻體變形損失等情況，施工期間可安排專人對施工過程進行嚴密監測，一旦發現問題立即上報并采取有效措施。一般情況下，想要進行基坑注漿維護，設置注漿管時就必須將貼緊坑外，注漿時要注意分層和控制速度。此外，還要及時回填土塊，盡可能減少周邊建筑物出現位移、沉降的問題。一般而言，基坑都存在圍護墻體剛度欠缺和深度大的問題，因此在施工時，要考慮采用雙液分層注漿技術，增加被動區的抗變形和抗壓能力[4-6]。注漿保護如圖2 所示。

圖2 注漿保護

4.2 降水糾偏保護

工程整體的施工區域都是軟質黏土底層，同時還存在含有薄層粉砂的問題，且該區域的地下水位普遍偏高。結合此現狀，在開始施工前，施工人員和技術人員要充分了解挖掘作業區域的地質和周圍環境，并結合得到的數據和信息，對施工時需要使用的支護方式和各項施工參數進行最終確定。此外，還要在環境強度允許范圍內，采取可行的地基加固措施或進行有效隔斷，最大程度地減少地層位移。還可在此基礎上，針對施工區域存在的降水沉降風險，利用降水糾偏技術，調整地下管線及鄰近建筑物區域內地下水位。

5 結語

總而言之，施工復雜、時間長、支撐難度大是地鐵車站在進行深基坑施工時普遍存在的問題，因此，在進行此類或相似的施工時，施工人員要充分考慮現場實際，遵照分層、分布挖掘原則，利用時空效應規律，對各模塊開挖厚度進行合理設置，最終選擇合理、有效且恰當的支撐方式。當然，要以車站軟土深基坑的各類檢測數據為入手點，對施工范圍周圍的建筑采取合理的保護措施，保證施工安全及后期地鐵車站的穩定運行。