地鐵結構上方基坑土體開挖施工工藝研究

王大偉

摘 要：本文以合肥市懷寧路下穿天鵝湖隧道工程為例，對地鐵結構上方基坑開挖施工工藝，流程等進行分析研究，最后給出施工要點，以供參考。

關鍵詞：基坑開挖;施工工藝;流程;要點

0 前言

隨著時代的發展，地下快速干道開發也處于建設高潮時期，但也存在一些問題，在區間地鐵隧道上方進行土方開挖施工，當開挖卸載時會導致隧道上浮，影響地鐵行車安全，施工風險非常大，傳統的基坑施工工藝已不能滿足其安全要求。

1 工程概況

合肥市懷寧路下穿天鵝湖隧道工程北起南二環，南至祁門路，為城市主干路，雙向六車道，全長約1公里，為雙孔型式，結構寬度30.4 m，隧道凈高4.5 m。天鵝湖隧道結構垂直上跨地鐵3號線，上跨位置地鐵管片覆土深度17.4 m，與天鵝湖隧道底板豎向最小凈距7.5 m，因此涉軌段基坑需下挖約10 m。

2 基坑開挖施工工藝分析

按照懷寧路下穿天鵝湖隧道工程施工安評報告的要求，地鐵上浮允許值為11.5 mm。傳統基坑施工工藝無論是圍護開挖還是放坡開挖，都無法對地鐵結構上浮進行有效控制。為解決土方開挖卸載造成的地鐵結構上浮問題，本項目將涉軌段基坑利用圍護樁分成四個倉進行開挖，開挖到位后，采用壓底板與圍護樁形成“門式”框架抑制土體上浮的施工工藝。涉軌段基坑采用鉆孔灌注樁+2道支撐進行圍護，同時在隧道兩側分別設置1排隔離樁，涉軌段基坑用隔離樁分為4個區域，每個平面分區內土體開挖豎向分4層，每層分為3塊，按照“先兩側，后中間”的原則進行土體開挖，并分部澆筑坑底壓板。壓底板與隔離樁采用植筋方式連接，最終與隔離樁形成“門式”框架結構。

3 施工工藝流程及操作要點

3.1 涉軌段基坑施工工藝流程

圍護樁、隔離樁施工→冠梁及混凝土支撐施工→Ⅰ部分分層開挖→鋼支撐安裝→Ⅰ部分分層開挖至設計標→施工Ⅰ部分壓底板→Ⅱ部分分層開挖→鋼支撐安裝→Ⅱ部分分層開挖至設計標→施工Ⅱ部分壓底板→中間圍護樁鑿除→Ⅰ、Ⅱ部分隧道主體結構施工……→施工Ⅳ部分壓底板→拆除基坑中間圍護樁→Ⅳ、Ⅴ部分隧道主體結構施工。

3.2 施工操作要點

3.2.1 靜壓鉆孔灌注樁施工方法

利用全套管對樁身進行保護減少圍護樁施工對既有地鐵結構的擾動。

（1）導墻施工。為了提高靜壓旋挖鉆樁孔口的定位精度并提高就位效率，在樁頂上部施作混凝土導墻。導墻板厚不小于50 cm，強度等級為C20混凝土，導墻板的寬度應保證導墻的整體穩定，并滿足圍護樁的施工精度要求。導墻達到強度后，才可進行灌注樁施工。

（2）鉆機就位。移動套管鉆機至正確位置，使套管鉆機抱管器中心對應定位在導墻孔設計樁位中心。

（3）取土成孔。施工時采用鋼護筒作為套管對樁身進行保護，在樁機就位后，吊裝第一節鋼套管在樁機鉗口中，校正鋼套管垂直度后，磨樁下壓鋼套管，壓入深度約為1.5 m

～2.5 m，然后用旋挖鉆從鋼套管內取土，一邊取土、一邊繼續下壓套管，始終保持套管底口超前于開挖面的深度≥2.5 m。第一節套管全部壓入土中后（地面以上要留1.2 m～1.5m，以便于接管），檢測垂直度，如不合格則進行糾偏調整;如合格則安裝第二節套管繼續下壓取土。如此繼續，直至設計標高，進入設計標高后改用旋挖機配合進行開挖，直至設計孔底標高。

（4）鋼筋籠制作、吊放及混凝土澆筑。鋼筋籠在加工場內焊接成型后分段運至現場，在孔口用汽車吊吊放，下放前檢查鋼筋籠的垂直度，確保上下節鋼筋籠連接時中心線保持一致。鋼筋籠入孔時應慢慢放下，嚴禁擺動碰撞孔壁。孔口連接時要保證焊接質量，整孔鋼筋籠下放完畢后焊接吊筋，確保鋼筋籠的平面和標高準確。

樁身混凝土澆筑前試驗室人員應現場檢查混凝土的塌落度，保證混凝土的和易性和流動性，在灌注過程中按試驗要求做混凝土試塊。混凝土采用罐車運輸，吊車配合導管灌注。灌注開始后，應緊湊連續地進行，嚴禁中途停工。

（5）拔管成樁。邊澆注混凝土邊利用引拔機提升套管，應注意始終保持套管底低于混凝土面不小于2 m。在灌注將近結束時，由于導管內混凝土柱高減小，超壓力降低，而導管外的泥漿及所含渣土稠度增加，相對密度增大。如在這種情況下出現混凝土頂升困難時，可在孔內加水稀釋泥漿，并掏出部分沉淀土，使灌注工作順利進行。在拔出最后一段長導管時，拔管速度要慢，以防止樁頂沉淀的泥漿擠入導管下形成泥心。為確保樁頂質量，在樁頂設計標高0.5 m～1 m以上。

3.2.2 冠梁及鋼筋混凝土支撐梁施工

（1）冠梁及混凝土支撐施工。冠梁和鋼筋混凝土支撐同步施工，確保支撐體系的整體性。先挖除圍護樁頂土方，鑿除樁頂混凝土至設計樁頂標高，然后將混凝土支撐底標高以上土體全部挖除，再進行混凝土冠梁及混凝土支撐的制作。混凝土支撐澆筑混凝土的下承層承載力需滿足要求，確保混凝土支撐呈直線，保證軸心受力。具體工藝流程如下： 施工準備→測量放樣、定位出鋼筋混凝土支撐的中心位置→破除基坑內路面、挖除土體→破樁頂部劣質混凝土、樁基檢測→冠梁及混凝土支撐鋼筋綁扎→安裝冠梁及鋼筋混凝土支撐模板→澆筑冠梁及支撐混凝土。

（2）支撐的拆除。待隧道主體混凝土澆注完成后并達到設計強度的100%時，可拆除相應鋼筋混凝土支撐，鋼筋混凝土支撐拆除采用繩鋸配合人工手持風稿進行，鑿出的鋼筋采用氧割進行割斷，鑿除時，破成2 m～4 m左右的分段，吊車調運至場地上方，再采用振動錘破碎成小塊便于裝車運出。

3.2.3 土方開挖施工

在完成圍護樁、冠梁及混凝土支撐施工后，待混凝土強度達到設計強度開始進行基坑土方開挖。基坑開挖施工時，按照水平分倉、豎向分層、預留核心土的原則實施。按圍護結構，分成四部分，按Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的施工順序進行。

每一分倉土方開挖豎向分4層，第1層整體開挖至冠梁以下，開挖深度約1.5 m;第2～4層開挖深度約3.0 m，分為3塊，先對稱開挖區間上方兩側土體，再開挖區間正上方土體。

3.2.4 壓底板施工

壓底板采用C35補償收縮早強混凝土澆筑，厚度為80 cm。鋼筋混凝土壓板與隔離樁采取植筋方式連接，植筋用的膠粘劑必須采用A級改性環氧類或改性乙烯基脂類的膠黏劑。每根隔離樁在壓底板上下兩層主筋的位置，各植入4根φ22鋼筋，間距20 cm，植筋錨入樁體內長度不小于50 cm。綁扎壓底板鋼筋后澆筑混凝土，壓低板最終與隔離樁連接形成“門式”框架結構，保護地鐵結構不上浮。

3.2.5 預壓水帶

在壓低板混凝土達到設計強度前，為盡量抑制基坑底土體上浮，待混凝土壓板混凝土初凝后，在上方臨時壓重穩定坑底土體，使用2 m×3 m×6 m的PVC專業橋梁預壓水袋滿鋪一層，并進行注水壓重。水袋壓重工藝流程：

基底清理→水袋鋪設定位→水袋充氣輔助展開→水袋注水加載→日常安全巡查→水袋卸水 →水袋打包拆除。

3.2.6 基坑監測

基坑施工過程中對基坑及區間隧道的監測十分重要，必須選擇專業的監控量測單位對基坑及隧道進行監測，并與地鐵單位共同建立監測成果交流群，每天將監測數據上傳，通報監測結果。并一起制定綜合應急預案，確定監測預警值及應急措施。采用“底層-結構法”結合有限元理論進行分析，得出每一工況安全控制標準并制定預警值與應急措施。

4 結語

懷寧路下穿天鵝湖隧道在施工過程中，嚴格按照工藝要求，分倉、分塊、分層施工，并加強監控量測工作。目前涉軌段隧道主體已基本完成，地鐵結構上浮僅3.95 mm，遠小于安評報告的允許值11.5 mm，達到了安全跨越地鐵3號線的目標。有效控制地鐵隧道變形，圓滿完成涉軌段基坑的施工任務。本施工工藝對于跨地鐵段基坑開挖施工有較強的指導性，尤其適用于城市環境，施工場地受限，周邊環境復雜，安全風險大、社會關注度高的工程項目。