城市軌道交通明挖隧道開挖技術

衛澤亮

摘要：近年來，隨著我國地下工程快速發展，城市城市軌道交通、隧道及深基坑開挖工程也越來越多。然而，城市建設的高速發展也造成了城市中地下工程面臨的施工環境越來越復雜。因此，研究地下工程施工對周邊環境影響也成為熱點問題。通過建立三維有限元模型計算得到，當拆除支撐而不及時施作新梁板結構時，將減弱整體支護剛度，引起地層水平位移與沉降。由此可見，目前大部分研究主要集中于監測項目的規律研究。比如地表變形、內支撐軸力及深層土體位移在不同工況下變形規律，而較少研究圍護結構形式的不同及內支撐拆除過程中的變形規律。基于此，本篇文章對城市軌道交通明挖隧道開挖技術進行研究，以供參考。

關鍵詞：城市軌道交通;明挖隧道;開挖技術;應用分析

引言

城市軌道交通明挖隧道施工場地越來越局限，對我們的施工技術提出了更高的要求。關于明挖隧道的研究，通過建立具體且完善的施工方案，提出了合理的施工開挖方法，解決橫穿道路的明挖隧道施工問題，對同類型的明挖隧道具有指導作用，可供其他類型明渠隧道參考。

1工程概況

某市某城市軌道交通車站總長度279.8m，標準段寬20.7m，標準段開挖深度15.6m～17.9m。兩端盾構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+內支撐的支護形式，其余采用Φ800@1100鉆孔樁+內支撐的支護形式，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水平加強筋，網噴混凝土采用C25早強混凝土。本車站位于主干道下，周邊四個象限內均有高層住宅樓，為11層～18層鋼筋混凝土剪力墻結構，距離車站主體約34m～38m。車站站址范圍內管線較為復雜，包括供水管、雨污水排水管、供電排管、燃氣管線、供熱管線、通信電纜等，依據管線遷改方案，部分管線需永久改遷至基坑外側，部分管線在主體結構施工過程中需進行懸吊保護。

2基坑開挖總體施工方案

由于基坑較長，明挖工程工作井結構完成并回填后，開始進行隧道礦山法施工;然后分別從大源站大里程及明挖段小程兩端向中間分層分段開挖。根據內支撐設計情況，基坑開挖共分為5層，即：表面土至第一支撐底、第一支撐底至第二支撐底、第二支撐底至第三支撐底、第三支撐底至第四支撐底、第四支撐底至基底，對應開挖深度分別約為2～3.5m、6.5～7.4m、5.6m、5m、4m。圍護樁完成后，施工工作井冠梁及擋土墻，然后對基坑進行開挖和支護施工。基坑開挖遵循“開槽支護，先支護后開挖，分層開挖，禁止超挖”的原則。開挖采用垂直分層垂直提升法，地下連續墻施工完成后，施工除工作井外的大源站及其站前明挖段基坑。此段基坑較長，采用從兩端向中間靠攏的方式，水平分段、豎向分層開挖施工。在開挖過程中，混凝土應及時噴灑，直至開挖達到第一階段、三道混凝土支撐底標高以下5cm后，施工5cm后墊層，然后在墊層上放置隔離布，在隔離布上及時施工混凝土支撐。在第二、第四鋼支座高程以下50cm開挖后，應及時安裝鋼錨、鋼支撐，并根據設計要求施加預應力。嚴禁在支護達到正常使用之前，同時過挖低水平土石方和基坑整體長度。基坑開挖至基坑墊層下方30cm時，其余土方應人工開挖，并對基坑體結構進行檢查，總體施工流程如圖1所示。

以14m作為基坑樁撐的支護深度，選定四種不同的寬度進行模擬。圍護樁不同部位位移統計如表1所示。

由表1可知，圍護樁的變形在不同開挖寬度下表現出兩邊小而中間大的趨勢。圍護樁各個部位的位移，隨著不斷增加的基坑寬度表現出不斷增加趨勢。最大水平位移在7m的基坑寬度上升到42m時，約有134%的增長率，但水平位移最大值所在點未改變，均處于樁頂下11.4m位置。在28m以下基坑寬度時，樁底和樁體最大位移的比值均隨著不斷增長基坑寬度而表現出不斷增加的趨勢，且相比之下，樁底位移有較為顯著的增長。若圍護結構嵌入較差土質，則容易導致圍護結構出現“踢腳”現象。故在設計基坑時，若基坑的寬度過大，則應將圍護結構剛度以及嵌固深度適當提升，以保證其穩定性。同時，可通過適當降低窄基坑的相應參數來降低成本。地表沉降隨基坑寬度變化曲線如圖2所示。

由圖2可知，地表最大沉降速率在13.4m的基坑開挖寬度上升到28m時最大，沉降值隨著不斷增大的基坑寬度而不斷增加，但其位置基本保持不變，均在坑邊約5.5m位置。當基坑在42m寬度下時，與坑邊有37m距離的地表約有1.95mm的沉降值，說明基坑深度2倍范圍內是坑外土地沉降影響區域。同理，對比基坑隆起值可知。基坑的最大隆起值在各種基坑寬度下均出現在圍護樁周圍。且基坑隆起最大值在42m基坑寬度下約有53.6%的增長率。分析原因在于，樁體出現較大朝向坑內的位移，導致基底遭到較強擠壓，引起土體出現過大隆起量。圍護樁最大彎矩值如表2所示。分析圍護樁彎矩可知，圍護樁彎矩在僅改變基坑寬度而不改變支撐位置時，有基本一致的變形曲線。圍護樁第一道支撐在增加基坑寬度時，表現出正彎矩也隨之上升規律，而第二、三道支撐則表現出隨之減小的規律，各支撐間負彎矩均有所增加。

4開挖施工技術要點

①為保證鋼支撐及時架設，所需鋼支撐應由專人進行配置檢查，確保支撐長度及軸線偏差滿足設計要求。②鋼支撐架設的滯后時間不超過8h，架設完成后需及時正確施加預應軸力。③對于為保證挖機有效作業空間，鋼管支撐安裝滯后的鋼支撐，在土方開挖后及時架設鋼支撐，如果因為天氣、交通、機械等因素不能連續出土的情況，應先架設鋼支撐，保證支撐的穩定。④臺階法開挖放坡系數，需嚴格按照勘察報告結合規范確定，嚴禁坡度過大，造成坍塌。⑤基坑開挖過程中，加強場地排水，及時掛網噴漿，防范樁間土流失，以免造成圍護結構失穩變形。⑥基底以上300mm的土方，應采用人工清底，以免對于基底原狀土造成擾動。⑦在整個基坑開挖過程中，加強基坑監測工作。考慮到城市軌道交通明挖基坑施工過程中的多數安全風險均具備顯著的外在特征與穩定的客觀發展規律，管理人員可以根據所收集信息、施工現場情況來提前預測各類安全隱患及突發事件的出現概率。因此，需要同步開展基坑施工監測工作，持續觀測基坑結構和圍護結構的穩定狀態、變形情況，切實掌握穩定性變化規律，及早發現施工安全風險并采取有效防范措施。。

結束語

綜上所述，在城市軌道交通明挖基坑施工期間，施工單位必須認識到實際存在與可能形成的施工安全風險，樹立安全生產意識，積極采納上述提及的問題解決對策，建立起現代化施工安全管理體系與風險防范機制，消除施工安全管理盲區，突破傳統管理體系局限性，嚴防施工安全事故的出現。

參考文獻

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