狹長型深大地鐵基坑快速安全施工關鍵技術
——以北京市上清橋地鐵車站為例

張麗麗

北京市政建設集團有限責任公司，北京 100048

城市地鐵車站的建設往往位于城市繁華地段且開挖深度較大，特別是深大基坑，由于規模大，其巖土工程問題更為復雜，為了避免基坑事故發生，保證施工項目的安全與進度，必須選擇合理的基坑開挖方案。目前國內對于不同地質情況下深基坑開挖施工與支護施工的研究還不足，尤其在富水地層進行大型基坑開挖時圍護結構易失穩，存在較大的施工安全隱患。因此，在施工之前，應根據相應的工程條件制訂合理的開挖及支護方案，在保證施工安全的基礎上，減少基坑變形且提高施工工效。文章以北京上清橋站為背景，研究深基坑開挖過程中，不同支撐體系對于基坑開挖變形的影響以及最優支護方式。

1 工程概況

上清橋站為地下明挖三層三跨島式疊落車站，采用雙柱三跨結構形式。車站規模為351.2m×28.9m，車站底板埋深為32.652m，中心里程處頂板覆土為7.772m。車站主要地層地質為粉質黏土、細中砂、卵石、粉細砂等，場地賦存3層地下水，分別為1層潛水和2層承壓水。

2 狹長型深大地鐵基坑開挖方法

該地鐵站全長352.1m，基坑共劃分為15個流水段，每段長度約為20～27m，基坑由北向南依次開挖。該基坑土方工程存在地質條件復雜、基坑體積大、基坑出土量大、基坑開挖面積大和基坑開挖深度大等問題，且工期緊迫，因此制訂以下施工方案，可以在保證施工安全的前提下，極大地提高施工效率。基坑平面如圖1所示。

圖1 基坑平面圖

2.1 深大地鐵基坑開挖原則

開挖遵循豎向分層原則，將該基坑豎向分為6層。在基坑縱向施工時，應按規定長度逐段開挖，并及時架設支撐，開挖及鋼支撐的安裝時間不得超過16～20h。再將基坑橫向分塊，分3塊進行開挖，每塊平均寬約10m。

2.2 深大地鐵基坑開挖方法

（1）第一層土方開挖。該工程主體基坑開挖深度為33.3～34.9m，由南北兩端向中間破除混凝土路面，先由北端向南開挖第一層土方至22軸，同時在南端具備條件后，由南向北開挖至24軸，開挖第一層土方。

（2）第二層土方開挖。開挖至基底標高后，由南北兩端向基坑中間及時施作腰梁及第一道混凝土支撐。預留22～24軸范圍內3根混凝土支撐暫不施工，該范圍作為前期渣土出口及平臺；同時預留39～40軸范圍內2根混凝土支撐暫不施工，為后期出土車預留足夠放坡空間。北側端頭開挖用機械配合挖掘機倒土至擴大端處，地面采用長臂挖掘機配合出土。22軸平臺處直接采用挖掘機裝車出土。同時，基坑上方用長臂挖機從中部向兩端開挖，加快打通運輸通道。

（3）第三層土方開挖。若單側通道未打通，北側擴大端繼續向下開挖，施工第二道鋼支撐。采用通道內存土，長臂挖掘機站至基坑一側進行場地內倒土，土方運輸至車站南側擴大端存土。待南端具備開挖條件后，開挖第一層土，開挖后及時施作混凝土支撐，當混凝土支撐強度滿足設計強度要求后，回填坡道至地面，作為后期出土運輸通道。同時挖掘機在24軸平臺處及40軸擴大端處同時向基坑中部開挖通道。打通南側土方運輸通道，向下拉槽，由中部及南部向中間開挖單側通道，盡早打通運輸道路。通道打通后橫向倒邊開挖另一側通道，通道凈空為10m（寬）×6m（高）。北側擴大端繼續向下開挖，利用22軸平臺出土。開挖至第二道鋼支撐下500mm處，及時架設鋼支撐，并施加預應力，預留平臺寬度不小于3m。

（4）第四層土方開挖。在南北兩側土方運輸通道開通后，回填22～24軸范圍平臺土方，施作該部分混凝土支撐。待混凝土支撐滿足設計強度要求后，打通南北縱向運輸通道。北側擴大端繼續向下開挖，土方開挖采用臺階倒土形式，土方倒運至運輸通道內存土，當通道內不能滿足存土要求時，利用長臂挖掘機在基坑一側進行倒土，長臂挖掘機配合土方運輸車運至南側擴大端存土。北側擴大端開挖至第三道混凝土支撐下5cm處時，施工擴大端腰梁及混凝土支撐。標準段開挖至第三道鋼支撐以下500mm處時，利用預留平臺及時架設鋼支撐，并及時施加預應力，預留平臺寬度不小于3m。

（5）第五層土方開挖。待北側擴大端第三道混凝土支撐達到設計強度后，北側擴大端繼續向下開挖至第四道混凝土支撐底以下5cm處時，施工擴大端第四層腰梁及混凝土支撐。標準段開挖至第四道鋼支撐以下500mm處時，利用預留平臺及時架設鋼支撐，并及時施加預應力，預留平臺寬度不小于3m。標準段中部縱向拉槽，橫向由中到邊開挖第四層土方，并預留平臺。采用臺階倒土至第一層混凝土支撐下方，挖掘機配合運輸車進行出土。

（6）第六層土方開挖。待北側擴大端第四道混凝土支撐達到設計強度后，北側擴大端繼續向下開挖至第五道鋼支撐底以下500mm處時，焊接斜支座，及時架設鋼支撐。標準段開挖至第五道鋼支撐以下500mm處時，利用預留平臺及時架設鋼支撐，并及時施加預應力，預留平臺寬度不小于3m。標準段中部縱向拉槽，橫向由中到邊開挖第五層土方，并預留平臺。采用臺階倒土至第一層混凝土支撐下方，挖掘機配合運輸車進行出土。土方橫向由中到邊開挖第六層土方。機械開挖至基底以上300mm位置后停止開挖，剩余300mm厚土方采用人工開挖。剩余2段基坑未開挖時，及時回填土方至最南側2根混凝土支撐下50mm處，施工該處混凝土支撐。利用出土通道內存土，長臂挖機站至基坑一側進行倒土。當剩余最后2段土方開挖時采用臺階倒土至擴大端，利用多臺長臂挖機配合出土。當基坑內剩余土方無法由長臂挖掘機倒運至地面時，采用吊車配合土斗垂直運輸至地面，安排2～3臺挖掘機在基坑下配合，當土方開挖完成后，用吊車將配合的挖掘機吊出基坑。

3 狹長型深大地鐵基坑快速支撐體系設計

3.1 組合支撐體系優化

考慮到混凝土構件養護時間過長、材料不易回收、對環境有害、造價高的問題，而鋼支撐相比混凝土支撐具有無需養護、可回收利用、環保、造價低等優勢，故為了達到增加經濟效益、縮短工期的目標，計劃將局部混凝土撐更換為鋼支撐。主要調整方案：將第一道混凝土支撐（15～24軸、32～42軸）改為鋼支撐，南北擴大端斜撐（1～3軸、40～42軸）第三、第四道混凝土支撐調整為加密A800mm×20mm鋼支撐；2-2斷面第三道φ800mm×22mm鋼支撐調整為豎向密排雙層A800mm×20mm鋼支撐。

3.2 混凝土支撐和鋼支撐施工技術

（1）混凝土支撐施工。腰梁及混凝土支撐模板施工：施放出模板控制線，下部采用38mm厚C15混凝土+12mm厚竹膠板作為底模板，側板采用12mm竹膠板+100mm×100mm木枋+雙拼φ48mm鋼管@300mm+鋼管斜撐作為支模體系。雙拼鋼管后方布設對拉絲桿，絲桿采用φ14mm圓鋼加工，拉桿伸出模板端車絲，以蝴蝶卡固定。模板安裝完畢后，在模板內表施放混凝土支撐標高控制線，以控制混凝土標高。

（2）鋼支撐施工。基坑南北兩端擴大端豎向設置2道鋼支撐斜撐，背后配合斜支座進行支撐，標準斷面鋼支撐在基坑外拼裝成整根，采用履帶吊吊裝就位。鋼支撐標準節長為6m，因墻體存在不規則形狀，現場配備有4m、2m、1m、0.5m、0.3m、0.2m的短節，活動端長度為1.5m。該工程由于基坑中間布置有臨時立柱及聯系梁，鋼支撐架設時需分3節吊裝，利用西側預留土體平臺進行拼裝，安裝采用2臺80T履帶吊，履帶吊分別位于基坑東西兩側。

4 結束語

文章以北京上清橋地鐵車站深基坑開挖為例，介紹了承壓水豐富地層基坑開挖施工以及支護方法。基坑開挖的設計支撐為混凝土支撐，在實際施工時，對原設計支撐進行優化并采用混凝土支撐加鋼支撐，這使基坑開挖過程中對其基坑變形的控制達到了最優化。