城市地鐵深基坑鋼支撐施工技術應用研究

秦愛紅 魏立夏 李克建

（青島理工大學琴島學院1) 山東青島 266106 青島地礦巖土工程有限公司2） 山東青島 266100）

1 工程概況

桃源站為大連地鐵5 號線標準站，位于八一路與解放路交叉口北側、友嘉購物商場廣場西側，沿現狀解放路南北向布設。車站場地內地形起平緩，車站范圍內地面絕對標高約8.7～11.1m，地勢北高南低。桃源站場地分布地層有素填土、淤泥質粉質粘土、卵石、強風化石英巖、中風化石英巖。地下水的類型分為第四系基巖裂隙水和松散層的孔隙水。勘探時穩定地下水位埋深1.40～3.00m，水位高程6.51～8.63m。桃源站位置示意如圖1 所示。

圖1 桃源站位置示意圖

2 施工方案設計

目前深基坑支護方式有多種，每種方案有其適應范圍及優缺點，具體見下表1。

表1 支護方案適用范圍及優缺點

桃源站主體結構采用明挖法施工，采用鉆孔灌注樁+鋼支撐支護體系，基坑上部土層采用旋噴止水，下部巖層集水明排。考慮到基坑的深度、土質及地下水的情況、基坑周邊環境能夠承受基坑變形的能力及支護結構失效的嚴重性、施工的現場條件及施工季節等條件，桃源站基坑支護形式采用鋼支撐體系，鋼支撐結構施工工藝流程如圖2。

圖2 鋼支撐結構施工工藝流程

深基坑施工中較為重要的是基坑土方開挖和鋼支撐的架設。影響深基坑穩定的重要因素是鋼支撐拼裝方法、架設及安裝方法、預加力等。鋼支撐具體工藝如下所述：

2.1 拼裝方法

安裝鋼支撐之前必須對組成鋼支撐的鋼管的平直度進行系統檢查，如果鋼管的平直度不符合要求，需對其進行平直度矯正；拼裝時深基坑鋼支撐應能夠保證鋼支撐的支撐接頭承載力符合要求。連接部位用螺栓連接，之后按順序進行緊固。為防止鋼支撐墜落，應有必要的支托方案。

2.2 架設與安裝

（1）土方開挖過程中必須及時將鋼支撐結構進行架設。鋼支撐位置開挖完成后，應在4h 之內及時進行支撐，同時及時進行預應力的施加。預加力施加過程中，保證挖掘機的吊裝鋼絲繩必須處于持力狀態，以此來避免軸力施加時鋼支撐自身重量過大所產生的過大變形。（2）吊裝時吊具應采用10t 的吊環，吊繩可以采用長6m 直徑28mm 的鋼絲繩4 根進行吊裝。吊裝前需保證吊繩的安全性，若出現破損或起毛等現象，需要及時對鋼絲繩進行更換。吊裝可采用汽車吊進行吊裝。（3）鋼支撐吊裝前需先在地面上進行試拼，試拼好之后再吊運到土方基坑之中，隨后應及時架設。鋼支撐的法蘭盤連接螺栓擰緊過程中需分兩次進行，鋼支撐在拼接過程中需采用扭矩扳手進行檢測，保證其力矩符合要求，進而連接強度。鋼支撐拼裝完成后需要經過監理工程師和質檢工程師檢驗合格后才可安裝。（4）鋼支撐吊裝過程中要緩慢進行，避免沖擊或碰撞鋼圍檁。（5）鋼支撐軸力監測點位置需要按照監控量測施工布置圖進行布置，鋼支撐拼接，其實際拼接長度比普通鋼支撐要縮短20cm。（6）鋼板跟鋼圍檁焊接過程中要保證其焊接質量，同時需保證鋼圍檁與圍護樁穩定性。吊裝過程中采用懸掛方法，即可將鋼拉鉤的一端用膨脹螺栓固定到樁上，另一端將鋼圍檁掛起，以此來防止鋼圍檁松動和滑落情況的出現，如圖3 所示。（7）為防止墜落，需要在鋼支撐的支架位置處焊接鋼板。

圖3 鋼圍檁懸掛示意圖

2.3 鋼支撐施加軸向預應力和復加預應力

活絡頭的軸向承載力設計值為2600KN。在下列情況下，對鋼支撐需要復加軸向預應力。

（1）首次施加預應力之后12h 內對鋼支撐的預應力損失及鋼支撐樁體水平位移進行觀測，并復加預應力直至預應力設計值。

（2）鋼支撐由于早晚溫差原因引起預應力損失時，應選擇在當天低溫時段復加預應力的方法來減少預應力損失。

（3）當樁體水平位移速率逐漸增加直至超過極限值時，應對樁體變形進行控制，如增加支撐軸力的方法。

3 結構檢算

為保證鋼支撐結構的安全，需對桃源站各剖面鋼支撐設計軸力及預加軸力進行計算，經檢算各鋼支撐結構滿足設計和施工要求。

4 鋼支撐施工順序

（1）依次開挖基坑分別到第二道、第三道鋼支撐設計中心位置下50cm 處，同步監測圍護結構橫向位移及變形。龍門吊配合架設第二道支撐，并及時給支撐施加預應力，同步監測圍護結構橫向位移、變形、地面沉降、開裂情況及鋼支撐軸力。

（2）施工底板、拆除第三道鋼支撐，再施工墻體至第二道鋼支撐下側，同步監測圍護結構橫向位移、變形、地面沉降及開裂情況和第二道鋼支撐軸力變化情況。墻體混凝土達到設計強度后進行第二道鋼支撐換撐，并及時給支撐施加預應力，同步監測圍護結構橫向位移、變形、地面沉降及開裂情況。

（3）施工頂板，待混凝土達到設計強度后，拆除第二道換撐鋼支撐、格構柱、第一道混凝土支撐，然后施工風道口，再回填土方施工路基路面，同步監測圍護結構橫向位移、變形、地面沉降及開裂情況。

5 總結

桃源站明挖車站深基坑通過采用鋼支撐施工得出如下結論：（1）對于深基坑施工來說，鋼支撐體系是其中非常重要的內容，直接影響施工的整體效果。（2）鋼支撐施工中把握鋼圍檁連接的質量、鋼圍檁以及鋼支撐的檢查工作對于施工質量影響較大。通過施工中的不斷優化與總結，為深基坑鋼支撐積累了施工經驗。（3）鋼支撐結構必須經過嚴格的結構驗算才能保證施工安全。