北京地鐵17 號線工程深基坑施工技術研究

高維杰

（中鐵二十二局集團軌道工程有限公司，北京 100040）

0 引言

當前城市化進程加速，地鐵工程建設項目越來越多。在地鐵建設施工中，明挖車站深基坑施工是一個重大危險源，因此，復雜地質條件下的深基坑工程支護設計和施工尤為重要。本文結合北京地鐵17 號線工程望京西站深基坑工程，歸納總結了深基坑支護系統設計及施工關鍵技術，為類似工程深基坑設計施工提供參考。

1 深基坑支護類型

在對深基坑支護技術進行分析之前，要深入了解深基坑支護工程的特點，以便科學、合理地選用支護技術。當前，深基坑支護類型主要分為加固型和支擋型兩類。加固型技術主要有旋噴樁止水、深層攪拌水泥土圍護樁等；支擋型支護技術主要有土釘墻支護、鋼筋混凝土板樁與地下連續墻支護等。在工程前期設計階段選用基坑支護工藝時，要結合現場的施工條件，綜合可利用施工空間，確保基坑結構穩定性、工期時間效率最大化、利于提高主體結構施工質量等。我國南方與北方土體之間存在較明顯的差異，南方地基松軟，地耐力值低，現階段采用地連墻圍護結構的施工較多；北方地基硬，地耐力高，地下水相對南方較少，個別地區為濕陷性黃土，一般采用圍護樁。

2 望京西站車站概況

車站起訖里程為右K32+986.824～K33+214.824，主體為地下四層島式車站，車站總長為228m，標準段寬度為27.7m，有效站臺中心里程處頂板覆土3.0m，標準段深度為29.00m。車站共設置2 個地面出入口，2組風亭，2 個換乘通道，其中，B 出入口設置在公交樞紐下沉廣場內，C 出入口設置在車站東南角，1 號風亭設置在南端頂板上方，2 號風亭與公交樞紐合建，M17-M13 換乘通道從17 號線西側接入13 號線車站南端，M15-M13 換乘通道從15 號線北側墻接入13 號線車站北端。

車站為地下四層雙柱三跨框架結構，采用明挖順作法施工，其中北段與公交樞紐一體化建設。C 出入口采用明挖順作法施工；風亭從主體頂出，與主體同期實施；M17-M13 換乘通道采用礦山法施工，M17-M15 換乘廳結合公交樞紐地下二層設置，采用明+暗挖法施工；既有M15-M13 換乘天橋改為地下通道換乘，采用礦山法施工。車站兩端均與礦山法區間相接。

該段地貌單元為清河古道與古金溝河古道之間地區，該區自然地面以下至55m 深度范圍內地層以黏性土、粉土及砂土層為主，分布有連續的卵礫石層，一般自上而下可分為人工堆積層和第四紀沉積層兩大類，表層主要以厚0.8～8.8m 人工堆積的粉土素填土、雜填土為主，一般結構松散，含有物較復雜，物理力學性能較差。

3 深基坑圍護結構與風險源設計

3.1 圍護結構施工設計

基坑開挖深度約29.00m，基坑寬度約為27.70～28.25m。根據巖土工程勘察報告顯示，望京西站所在區域深度范圍內存在3 層地下水，分別為潛水、承壓水、層間水，基于地連墻圍護結構具有較好的防滲性能，一旦施作完成后，能將地下水隔離在深基坑外，故望京西站采用基坑內疏干井降水，施工期間的地下水位需降至基坑底板以下1.0m。考慮施工時要求振動小，噪音低；需要承受周邊人行天橋側很大的土壓力，墻體剛度要求大，而地連墻正好滿足擋土結構可以貼近施工的要求[1]。

經過綜合比較及計算分析，標準段圍護結構采用800mm 厚的地下連續墻，嵌固深度14m，地連墻底部坐落于黏土地層，是較理想的隔水層。墻頂設冠梁，非結建段冠梁兼做壓頂梁，結建段冠梁不兼做壓頂梁。望京西站共設5 道支撐+1 道換撐，其中第1 道支撐采用1000mm×1000mm 的混凝土支撐，第2 道支撐及換撐采用609mm=16mm 鋼支撐，第3～5 道支撐采用800mm、=16mm 鋼支撐；與樞紐結建段負一層增設一道609mm 鋼換撐（5 道支撐+2 道換撐），鋼支撐通過預埋鋼板支撐在地連墻及主體側墻上。

3.2 風險源施工設計

13 號線望京西站東天橋位于車站西側，鄰近車站主體基坑，于2002 年建成，主橋和引道橋均為連續鋼箱梁結構，橋墩為鋼管混凝土。其中，1～3#橋墩為樁基，樁徑為1.0m，樁長15.0m；4～11#橋墩為擴大基礎，基礎底埋深約5.0m。3#橋墩的樁基距離車站地連墻5.71m，4～11#橋墩的擴大基礎距離地連墻最近距離為4.64m，為一級風險工程。

經綜合分析及專家論證，考慮車站圍護結構采用800mm 厚地下連續墻，支護結構的剛度大，變形小，且地連墻止水，可以避免施工中因地下水流失引起地面沉降。第1 道支撐采用混凝土支撐，抵抗變形的能力強，基坑側壁變形小。故在地連墻成槽之前，施做一排800@500mm 的旋噴樁加固地連墻槽壁，并加強基坑支護剛度，以減小地連墻成槽及基坑開挖過程中，側壁變形導致的天橋基礎沉降[2]。施工過程中加強監控量測。

4 深基坑土方開挖控制

4.1 施工準備

（1）所有材料、設備、運輸作業機械等必須進場到位，做好三通一平工作。

（2）基坑開挖前，落實好棄土場地。通往棄土地點的道路應能承受大型出土車的載荷，否則應做加固處理。

（3）降、排水系統正常運轉，檢查井點降水效果，當井點降水達到設計要求，方可進行基坑開挖施工。

（4）管線改移、保護全部完成或做好開挖過程中的加固措施。

（5）布置測量網點，先布置好每個基坑的測量網點，放出各軸線位置及冠梁頂標高，以保證支撐的及時安裝和控制挖土標高。

（6）將開挖分層位置、標高、深度和各道支撐位置等技術指標和質量標準，向全體施工人員詳細進行技術交底，使全體施工人員熟悉并掌握本工程所執行的各項技術措施和技術標準。

（7）根據施工的工作量及工期要求，配備挖掘機和吊車、龍門吊等施工設備。

4.2 開挖方法

基坑主體土石方約1.8×105m3，土方開挖由北向南施工，前期基坑縱向開挖以放坡開挖為主，放坡坡度最大19%，中期采用放坡開挖+挖機接力方式，后期收方采用挖機接力。基坑開挖標準段每個作業面配置4 臺挖掘機開挖土方，人工配合清底，挖機配合倒運，后期基坑南段龍門吊掛土斗，人工配合提升出土。

施工過程中，為提高工效，采用臺階接力式開挖，縱向拉槽，兩側預留2m 寬平臺。具體就是開挖第2 層土方時，將第3 層的中間部分土體挖除，留設2m 寬的工作平臺，便于架設鋼支撐，放坡坡度約1:2，開挖第3層土方時，將第4 層的中間部分土體挖除，依此類推。

各端頭土方開挖步序及各工序開挖步序如圖1 所示。隨著待開挖段基坑長度越來越短，自卸汽車不能直接從基坑運輸時，即第7 段以后采用坑內兩臺挖掘機加基坑外地面一臺挖掘機裝車的開挖方式。單層最大開挖深度3.5m，每層開挖面之間考慮機械施工工作面預留3.5m 寬平臺，各層臺階土坡度設為1∶0.75。每層鋼支撐處開挖時考慮機械的最大限界，預留基坑側壁土方代替鋼支撐對基坑起支護作用。

圖1 土方開挖步序

隨著基坑待開挖段長度更短，此時采取在基坑端頭處用一臺長臂挖掘機進出土，基坑內一臺挖掘機配合的出土方式，如圖2 所示。

圖2 挖掘機進出土

長臂挖掘機的最大開挖深度約為17m，剩余8.7m深度的基坑余土，采用龍門吊吊裝出坑，坑內用一臺挖掘機配合裝土及清理工作。當基坑全部土方吊運完畢后將挖掘機從斜支撐的空隙間吊運出基坑，如圖3 所示。

圖3 挖掘機裝土及清理

4.3 土方運輸

車站每天平均出土量為1000m3，外運棄土受出土時間、運距等影響較大，合理組織安排棄土是一個關鍵環節。棄土外運由專人負責組織安排，場地內、外統一調度，協調內外關系，組織安排出土車輛運輸。場地外的運輸路線與業主及有關部門協調安排，確保外運棄土按計劃進行。

考慮雨天和特殊情況造成的工期滯后等因素及外部環境的影響，棄土場棄土量按平均開挖出土量的120%計，棄土量為1200m3/d。一輛19.5t 自卸汽車每次按20m3裝土，外運土距離擬以15km 計算，運土時間從晚10 點到第二天早6 點，來回往返6 次，由此可計算所需車輛：=1200（/20×6）=10（輛）。考慮汽車維修等因素影響，多配備5 輛，即總需要配備數量為15 輛。

5 施工重難點問題的處理

5.1 施工過程中深基坑圍護結構的穩定性

施工前，組織專家論證；施工過程中，嚴格按專家論證方案施工。基坑土方開挖，嚴守“豎向分層、先撐后挖”的施工原則，施工過程加強圍護結構及周邊建（構）筑物監測。

5.2 地下連續墻質量控制及防滲處理

施工過程中，要作好施工質量的控制，尤其是地連墻的垂直度和地連墻接頭處的防滲水處理。主要通過采用成槽儀器檢測地連墻垂直度，及時調整成槽速度和泥漿比重進行處理[3]。

5.3 預防滲漏措施

（1）項目部采用刮壁面與刷壁面相結合的刮壁器，處理接縫間的夾泥、夾渣等現象。

（2）地連墻采用工字鋼接頭，抗滲路徑長，在一定程度上起到了防水、抗滲的作用。

（3）每幅地連墻接縫處預埋兩根注漿管，車站基坑開挖前破除墻頂松散混凝土，對每幅地連墻接縫處進行預注漿處理，防止接縫處滲漏水。

（4）保證混凝土連續供應和連續灌注，安排施工技術人員到混凝土攪拌站駐場，確保混凝土原材料質量符合配合比要求并供應及時。

（5）保證導管不脫落、不堵管，確保導管埋入混凝土中的深度保持在1.5～3.0m 之間，及時按導管埋入混凝土的要求深度進行拔、拆導管，以防導管埋入混凝土過深，導致堵管事件發生，并防止導管被拔出。

（6）在深基坑開挖過程，備用深孔注漿機，預防地連墻接頭位置混凝土不密實等原因導致的漏水現象，危及深基坑安全。

6 結束語

作為地鐵工程建設中的一項關鍵環節，深基坑工程施工尤其重要，對此，本文在分析具體的地鐵工程深基坑施工技術基礎上，根據實際情況針對性地總結出關鍵的作業要點，以進一步保障工程的質量與安全，從而確保地鐵工程的順利建設。