地鐵深基坑明挖施工技術(shù)研究及風(fēng)險(xiǎn)分析

帥磊，崔輝，丁紅艷，孫浩 （合肥職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑工程學(xué)院，安徽 合肥 238000）

地鐵是地下交通體系的重要組成部分，具有運(yùn)量大，速度快，安全準(zhǔn)時(shí)等優(yōu)點(diǎn)[1]，隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的加快，城市規(guī)模不斷擴(kuò)大，日益增加的交通出行需求也在促使地鐵建設(shè)進(jìn)入高速發(fā)展階段。合肥已獲批地鐵第三期建設(shè)規(guī)劃，目前9條地鐵線在建，其中多數(shù)地鐵車站位于老城區(qū)內(nèi)，鄰近地上地下復(fù)雜環(huán)境給車站基坑開(kāi)挖施工帶來(lái)了安全隱患[2～4]。本文以合肥市某地鐵車站深基坑工程為例，研究切實(shí)可行的明挖施工技術(shù)，以期防范共性風(fēng)險(xiǎn)[5]。

1 工程概況及地質(zhì)條件

1.1 工程概況

合肥市某地鐵車站總長(zhǎng)度279.8m，標(biāo)準(zhǔn)段寬20.7m，標(biāo)準(zhǔn)段開(kāi)挖深度15.6 m～17.9m。兩端盾構(gòu)工作井段基坑深度約為17.1m、19.6m。

本車站東端頭井采用1000@1300鉆孔樁+內(nèi)支撐的支護(hù)形式，其余采用Φ 800@1100鉆孔樁+內(nèi)支撐的支護(hù)形式，第一道支撐為C30混凝土支撐，第二、三道采用Φ609mm、t為16mm的Q235鋼支撐。

鋼圍檁采用雙拼普通熱軋45c型工字鋼加焊鋼綴板及肋板，截面尺寸為482×700；樁間土噴錨采用A6.5@150×150，加C14@1500水平加強(qiáng)筋，網(wǎng)噴混凝土采用C25早強(qiáng)混凝土。

本車站位于主干道下，周邊四個(gè)象限內(nèi)均有高層住宅樓，為11層～18層鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)，距離車站主體約34m～38m。車站站址范圍內(nèi)管線較為復(fù)雜，包括供水管、雨污水排水管、供電排管、燃?xì)夤芫€、供熱管線、通信電纜等，依據(jù)管線遷改方案，部分管線需永久改遷至基坑外側(cè)，部分管線在主體結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中需進(jìn)行懸吊保護(hù)。

1.2 工程地質(zhì)與水文地質(zhì)

結(jié)合地質(zhì)勘察報(bào)告分析，本車站主體結(jié)構(gòu)施工穿越雜填土①1層、粉質(zhì)黏土填土①2層和黏土⑥2層，車站基坑坑底和圍護(hù)樁樁底均位于黏土⑥2層。

本站屬于水文地質(zhì)Ⅰ單元，車站結(jié)構(gòu)底板以上均為黏土層，滲透系數(shù)小，為隔水層。局部淺部地層存在上層滯水（一），其中上層滯水（一）主要賦存于人工填土中，受大氣降水補(bǔ)給，水量微弱，施工過(guò)程中采取坑內(nèi)集水明排方式處理。

2 基坑開(kāi)挖施工技術(shù)

2.1 總體施工安排

車站主體結(jié)構(gòu)深基坑開(kāi)挖采用明挖法，車站兩端頭井均為盾構(gòu)接收井，根據(jù)節(jié)點(diǎn)要求，擬由車站兩端向中間組織進(jìn)行開(kāi)挖作業(yè)。基坑開(kāi)挖至基底后及時(shí)施作墊層防水及底板結(jié)構(gòu)，開(kāi)挖期間采取坑外截水，坑內(nèi)明排的措施，以滿足防雨防洪要求。

2.2 土方開(kāi)挖原則

①基坑開(kāi)挖原則是確保施工過(guò)程及周邊環(huán)境安全的前提下，盡可能縮短開(kāi)挖時(shí)間，在充分考慮時(shí)間、空間效應(yīng)的前提下，控制好開(kāi)挖“高度、寬度、時(shí)間”三要素，遵循“先兩端后中間，分層開(kāi)挖，先撐后挖”的原則進(jìn)行土方開(kāi)挖。

②基坑開(kāi)挖進(jìn)度應(yīng)與支撐架設(shè)、主體結(jié)構(gòu)施工相匹配，及時(shí)架設(shè)支撐，及時(shí)跟進(jìn)主體結(jié)構(gòu)，形成流水作業(yè)，盡量縮短基坑無(wú)支撐暴露時(shí)間，有效控制圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形，確保工程安全、質(zhì)量的前提下快速施工。

③基坑開(kāi)挖時(shí)，加密基坑監(jiān)測(cè)頻次，確保圍護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，減小樁頂水平位移及周邊建構(gòu)筑物沉降。

2.3 土方開(kāi)挖分層、分段

土方開(kāi)挖豎向分為四層進(jìn)行：第一層土方由路面至冠梁底；第二層為冠梁底至首道鋼支撐軸心下1m處；第三層為首道鋼支撐軸心下1m處至第二道鋼支撐軸心下1m處；第四層為第二道鋼支撐軸心下1m處至基底以上300mm處。

2.3.1 第一層土方開(kāi)挖

第一層土方開(kāi)挖應(yīng)與冠梁、混凝土支撐施工相結(jié)合，應(yīng)在混凝土支撐施工前全部開(kāi)挖完成。第一層土方開(kāi)挖至冠梁底部，施作冠梁及擋墻，并施作混凝土支撐。第一層土方采用分段退挖方式，使用普通挖掘機(jī)進(jìn)行開(kāi)挖，挖完一段及時(shí)進(jìn)行冠梁及混凝土支撐施工，夜間裝車將棄土外運(yùn)至棄土場(chǎng)。

2.3.2 第二～第四層土方開(kāi)挖

第二層～第四層土方采用反鏟接力倒土的方式開(kāi)挖，依據(jù)分臺(tái)階開(kāi)挖對(duì)于高度、寬度要求確定：每臺(tái)階縱向長(zhǎng)度不超過(guò)6m，豎向開(kāi)挖高度一般不超過(guò)4m。挖掘機(jī)平臺(tái)縱向長(zhǎng)度為6m，倒土平臺(tái)縱向長(zhǎng)度為3m，以便接力倒土。

每層土方開(kāi)挖坡度不陡于1：1，整個(gè)縱坡開(kāi)挖坡度不陡于1：3。每層每段土方開(kāi)挖時(shí)均采用反鏟接力倒土、基坑外側(cè)長(zhǎng)臂挖機(jī)進(jìn)行裝車，并外運(yùn)至棄土場(chǎng)，如圖1所示，每挖出一根支撐位置，隨即架設(shè)支撐，要求架設(shè)時(shí)間不超過(guò)8h。鋼支撐架設(shè)滯后根數(shù)不得超過(guò)2根，以保證挖機(jī)正常工作空間。完成后開(kāi)挖下一段或下一層土體。

圖1 基坑開(kāi)挖縱剖面示意圖

基坑土方用渣土車裝運(yùn)，經(jīng)工地大門處沖洗平臺(tái)清洗后方可駛出現(xiàn)場(chǎng)。當(dāng)基坑開(kāi)挖至基坑底面以上300mm后，采用人工清底。

2.3.3 車站東、西端頭井土方開(kāi)挖

端頭井部位土方開(kāi)挖方法如圖2所示，在遵循土方開(kāi)挖的分層分段原則基礎(chǔ)上，先將端頭井中間區(qū)域土方挖出，再將端頭井兩角設(shè)置斜撐位置土方挖出，隨挖隨架鋼支撐，開(kāi)挖順序?yàn)棰佟冢瑧?yīng)沿垂直于斜撐方向開(kāi)挖。

圖2 端頭井部位開(kāi)挖順序圖

2.3.4 車站標(biāo)準(zhǔn)段土方收尾

①隨著基坑向中部開(kāi)挖，當(dāng)待開(kāi)挖土方縱向長(zhǎng)度無(wú)法滿足挖土臺(tái)階要求時(shí)，開(kāi)挖機(jī)械轉(zhuǎn)為采用22m加長(zhǎng)臂挖機(jī)搭配小型挖掘機(jī)出土。網(wǎng)噴混凝土及支撐架設(shè)工作需同步做好，并加強(qiáng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)，標(biāo)準(zhǔn)段土方收尾示意圖如圖3所示。

圖3 土方收尾開(kāi)挖示意圖

②當(dāng)剩余土方超過(guò)長(zhǎng)臂挖機(jī)開(kāi)挖深度時(shí)，坑內(nèi)使用小型挖機(jī)開(kāi)挖并裝運(yùn)至土斗中，坑外使用吊車吊運(yùn)出土。

2.3.5 人工清底

使用機(jī)械開(kāi)挖至基坑底面以上300mm處后，采用人工清底，防止超挖及對(duì)基底原狀土產(chǎn)生擾動(dòng)，即采用人工將剩余棄土裝至土斗內(nèi)，并使用25t汽車吊配合吊出至場(chǎng)地內(nèi)臨時(shí)堆土場(chǎng)，夜間由裝載機(jī)裝車外運(yùn)至棄土場(chǎng)。

人工清底后，立即報(bào)設(shè)計(jì)、建設(shè)單位、軌道質(zhì)安站、監(jiān)理、勘察等單位進(jìn)行基底驗(yàn)槽，共同檢查基底的地質(zhì)情況，辦理隱檢手續(xù)，及時(shí)進(jìn)行墊層施工，將基坑底封閉，主體結(jié)構(gòu)緊跟，以防止地基土軟化。

2.4 開(kāi)挖施工技術(shù)要點(diǎn)

①為保證鋼支撐及時(shí)架設(shè)，所需鋼支撐應(yīng)由專人進(jìn)行配置檢查，確保支撐長(zhǎng)度及軸線偏差滿足設(shè)計(jì)要求。

②鋼支撐架設(shè)的滯后時(shí)間不超過(guò)8h，架設(shè)完成后需及時(shí)正確施加預(yù)應(yīng)軸力。

③對(duì)于為保證挖機(jī)有效作業(yè)空間，鋼管支撐安裝滯后的鋼支撐，在土方開(kāi)挖后及時(shí)架設(shè)鋼支撐，如果因?yàn)樘鞖狻⒔煌āC(jī)械等因素不能連續(xù)出土的情況，應(yīng)先架設(shè)鋼支撐，保證支撐的穩(wěn)定。

④臺(tái)階法開(kāi)挖放坡系數(shù)，需嚴(yán)格按照勘察報(bào)告結(jié)合規(guī)范確定，嚴(yán)禁坡度過(guò)大，造成坍塌。

⑤基坑開(kāi)挖過(guò)程中，加強(qiáng)場(chǎng)地排水，及時(shí)掛網(wǎng)噴漿，防范樁間土流失，以免造成圍護(hù)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)變形。

⑥基底以上300mm的土方，應(yīng)采用人工清底，以免對(duì)于基底原狀土造成擾動(dòng)。

⑦在整個(gè)基坑開(kāi)挖過(guò)程中，加強(qiáng)基坑監(jiān)測(cè)工作。

3 風(fēng)險(xiǎn)分析

①深基坑開(kāi)挖跨度大，施工中可能發(fā)生坑壁坍塌、支撐體系失穩(wěn)，繼而圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形，最終導(dǎo)致基坑坍塌。

②施工中存在立體交叉作業(yè)及起重吊裝作業(yè)，可能造成物體打擊事故。

③基坑范圍內(nèi)可能存在未探明地下管線，造成管線破損，甚至造成火災(zāi)、觸電事故等。

④周邊鄰近范圍內(nèi)有多個(gè)高層住宅小區(qū)，基坑開(kāi)挖過(guò)程中可能造成鄰近建筑物出現(xiàn)位移及沉降，嚴(yán)重情況下可能造成建筑物坍塌。

⑤施工現(xiàn)場(chǎng)可能出現(xiàn)火災(zāi)、觸電、物體打擊及機(jī)械傷害事故等。

4 結(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合合肥某在建地鐵車站工程實(shí)踐，對(duì)基坑明挖施工技術(shù)進(jìn)行了研究，梳理了開(kāi)挖過(guò)程中面臨的基坑失穩(wěn)、管線破損、周邊既有建筑物安全及施工現(xiàn)場(chǎng)安全管理等四個(gè)主要風(fēng)險(xiǎn)源。施工管理人員在基坑開(kāi)挖過(guò)程中，要嚴(yán)格按照技術(shù)要點(diǎn)組織施工，保證開(kāi)挖作業(yè)及周邊環(huán)境安全。