地鐵車站深大基坑取消留撐施工技術探討

游敬杰

(中鐵二局第六工程有限公司，四川 成都 610000)

0 引言

隨著中國經濟迅猛增長、人民生活水平的不斷提高，加速推進了大中型城市快速發展，特別是大中型城市的高度開發和人口的高度集中，促進了地鐵交通的快速建設。地處城中復雜環境的深大地鐵車站建成使用需求緊急，對支護結構的變形要求也越加嚴格[1]。然而內支撐體系的操作便捷性和穩定性對地鐵車站的快速安全建成極為關鍵。本文結合杭州地鐵6號線“豐北站”深大基坑在確保支護變形可控情況下，探討內支撐體系中的取消留撐施工技術優化，并運用工程實例闡述鋼留撐、混凝土留撐施工技術優化的具體操作方式。為類似深大基坑工程的簡化工藝、降低難度、縮短工期、降低成本、提高質量等提供參考。

1 案例項目

杭州地鐵六號線豐北站位于杭州市蕭山區亞運村范圍內，距錢塘江不足1km，地下水蘊藏豐富，鄰近“亞運村”及市政平瀾路工程。該站屬高水位富水砂層雙島四線明挖地鐵車站，底板主要位于粉砂和淤泥質粉砂層，建筑面積52177m2，總長810m，寬24~56m，基坑開挖深度13.5~24m，設置6個出入口，3組風亭。

豐北站設計留撐段結構交叉異形、板間距較大、行車結構板縱坡大（0~2.9%），見圖1。考慮回筑階段的基坑穩定，采取A區162m第3道混凝土支撐做留撐（圖2）、C區140m第2道混凝土支撐做留撐（圖3）、B區215m第5道混凝土/鋼支撐做留撐（圖4）。各區混凝土留撐腰梁永久植入側墻且需結構封頂后拆除外凸部分，導致主體結構無法順筑、施工縫滲水風險增大、施工時間增長、施工費用增加、后期留撐拆除難度增加等情況。針對此情況，研究實施了多種取消留撐施工技術，徹底實現工藝簡化、難度降低、質量提高、進度加快、成本降低等目標。

圖1 取消留撐前（混凝土/鋼）留撐范圍平面示圖

圖2 A區第3道（混凝土）留撐典型斷面

圖3 C區第2道（混凝土）留撐典型斷面

圖4 B區第5道（鋼/混凝土）留撐典型斷面

2 常規明挖基坑與設置留撐明挖基坑簡介

2.1 常規明挖基坑施工簡介

常規明挖順筑基坑施工方法：開挖階段分段分層、由上而下、先撐后挖見底，結構回筑階段自下而上、分層拆撐、逐層施工結構至封頂，見圖5。該方法具有工藝簡單、工期短、安全性高、質量好、造價低、適用地層廣等優點，在建筑基坑工程中應用廣泛。

2.2 設置留撐明挖基坑施工簡介

設置留/換撐的明挖順筑法：開挖階段與常規明挖法相同，結構回筑自下而上、保留支撐、逐層施工結構、封頂后拆除留撐，見圖6。常規明挖基坑與留撐明挖基坑施工步驟對比，主要是留撐基坑需在結構回筑期保留支撐，待封頂后鑿除，導致諸多問題產生。

3 案例工程設置留撐的主要問題分析

（1）車站總長810m，寬24~56m，最大深度24m，其設置留撐段長517m，占比63.8%，影響范圍大；

（2）混凝土留撐腰梁導致側墻混凝土需2次澆筑完成，施工時間增長、難度增加、人工成本增加較大；

（3）留撐腰梁與側墻澆筑時間間隔約2個月，存在不同齡期兩道接縫的混凝土構件收縮、徐變差異大，接縫裂紋概率高，嚴重影響永久結構質量及使用性能；

（4）留撐需待頂板完成后拆除，導致結構板支架被支撐分割，其整體性差，同時結構支架不能按模數搭設，極大地增加了難度、時間、費用；

（5）留撐設置時需在下挖階段預先施作上翻結構側墻以預埋止水帶，導致腰梁施工功效降低，嚴重制約開挖進度；

（6）留撐腰梁寬1000mm，側墻厚800mm，腰梁下方側墻澆筑需設置斜牛腿以確保混凝土骨料灌入及振搗，增加了非主體結構留撐段腰梁范圍斜牛腿混凝土澆筑、鑿除工序，其費用增加較多、施工操作難度較大；

（7）留撐腰梁下方無法設止水鋼板，遇水膨脹止水膠+多次注漿+出氣孔難以保證混凝土密實和有效防水，多次注漿補救實施難度大、質量保證難（一次注漿后無法再注漿）；

（8）留撐腰梁隔斷側墻導致側墻鋼筋接頭增多、無法按規范要求設置錯接，既增加成本又有損鋼筋連接性能；

（9）留撐與結構板、中隔墻沖突，導致結構回筑時結構板與中隔墻無法順作，僅能封頂后施作，增大了站內結構工程量；站內結構施工受限無法快速高效推進，其施工難度大、工效低、成本高。

綜上所述，設置留撐情況下，導致施工難度、費用增加，施工進度、工效降低，工程質量、結構性能降低；針對此情況，探尋設置留撐情況下的深大基坑工程施工技術優化對其高質量、高效率、低成本實施極為必要和關鍵。

4 深大基坑工程取消留撐施工技術優化

案例項目地處高水位富水砂層區，孔隙潛水位距地表下1m，淤泥質粉質黏土隔水層距地表下16.8m。根據詳勘報告，坑外素填土水平滲透系數8×10-4cm/s，垂直滲透系數7.5×10-4cm/s；砂質粉土水平滲透系數6×10-4cm/s，垂直滲透系數3.8×10-4cm/s；粉砂水平滲透系數5×10-3cm/s，垂直滲透系數4.5×10-3cm/s。根據杭州地鐵豐北站工程周邊環境情況、圍護及結構設計、地層透水情況，并結合《滿堂支撐架體在深基坑換撐中的可行性分析》、《地鐵車站深基坑降水施工坑外地表沉降控制分析》、《斜拋撐在深基坑支護中的應用研究》等[2-5]相關研究分析，綜合實施項目取消留撐施工技術優化。

4.1 結構板支架對撐取消留撐施工技術優化

4.1.1 核心控制方法

該項目的地鐵基坑寬24~56m、深13~24m且結構交叉異形，基坑豎向設置多層鋼/混凝土留撐，無法正常進行明挖順筑施工。因基坑寬大異形，結構板支架對撐的橫向軸力傳遞后衰減較大，單純依靠結構板支架對撐軸力難以控制圍護變形，故此結構板支架對撐取消留撐施工技術優化綜合采用四項核心控制方法以實現順作：

（1）結構板支架對撐側墻以分攤圍護傳遞給主體結構的側壓力；

（2）坑外控制性降水以減少圍護結構外側土體側壓力；

（3）結構跳段回筑封頂以避免圍護結構因大范圍拆除留撐后破壞；

（4）自動化無線傳感監測設備系統實時監測、收集、分析，以準確預判風險。

4.1.2 實施方法要點

結構板支架對撐取消留撐施工流程見圖7，主要實施方法要點如下：

（1）結構板支架對撐側墻分攤側壓力。

①結構底板施工完成后，優先施工留撐下方可施工段側墻，留撐下方側墻采用結構板支架對撐方式支撐，側墻澆筑后橫向對撐支架不進行松脫，起到預加軸力作用；

②待側墻強度達到設計要求后拆除上部留撐，以達到拆除留撐的軸力分攤至結構板對撐支架且不損壞側墻結構。

（2）坑外降水控制方法。

①根據工程具體情況及計算分析，坑外距基坑3m設置間距10m的深井降水，開挖見底時啟用深井降水，保證拆除留撐前15d內靜水位降至地表下8m，以固結坑外土體增大土體自穩能力，大幅降低圍護結構側壓力[6]；

②設置坑外降水管理小組，安排專人管理控制性坑外降水；取消留撐段回筑期間，3次/日進行水位測量，雨期加密監測至6次/日；

③坑外降水井采用獨立開關箱及自動水位監測設備，同時標識明確開關箱對應降水井口編號，做到標識清晰、管理有效、操作便捷、抽排及時；

④配備專用雙路供電設備，并安排專業電工每日巡查設備工況，保持雙路供電設備運轉正常，以達到坑外控制性降水24h運行。

（3）結構回筑跳段避免大范圍失穩。

結構底板采取見底及封閉原則快速施工，僅底板以上主體結構采取跳段方式。首先拆除一段結構的留撐，保留相鄰段留撐，順筑先拆留撐段結構封頂并達到強度后，再拆除相鄰段留撐順作結構至封頂。

（4）監測控制措施。

①將地下水位監測納入必測項目，每日編制監測報告，及時反饋坑外水位降深情況：對水位降深不滿足要求的降水井立即更換大功率水泵或增加降水井；坑外降水井安裝水位自動化監測顯示設備，做到實時監測動態控制。

②施工監測采取自動化無線傳感監測設備系統，同時開發使用“一種基于多種傳感器組合的基坑拆撐監測系統”專利，可確保監測數據的及時收集、處理、分析，根據土體測斜、墻體測斜、墻頂位移、支撐軸力、地表沉降等變形監測數據情況，采取相應的應急措施。

（5）外排保通方法。

外排管網沿基坑環向設置管網30m/段留接收井點降水入水口，統一收集后排入市政管網以防止回流入控制性降水區地層，確保控制性降水降深；對外排管網系統進行24h巡查，確保外排水通暢。

（6）必要的應急措施。

采取自動化監測技術實時取得監測數據，并根據監測數據及基坑變形具體情況，采取增大坑外井降深、增加降水井、增設臨時支撐、降水井回灌、雙液注漿等應急處理方式應對突發情況，以控制監測指標達標。

4.2 斜拋撐取消留撐施工技術優化

常規斜拋撐主要用于房建地下室寬大淺基坑工程中，而本項目基坑深度達24m、寬度達56m且豎向存在4~5道支撐，無法適用傳統斜拋撐。優化后的斜拋撐由于主體結構空間限制其架設角度和位置，導致斜拋撐軸力較大而水平反力提供不足，故案例項目在傳統斜拋撐的基礎上綜合運用四項核心技術措施實現取消留撐目的：①結構板支架對撐側墻以分攤圍護傳遞給主體結構的側壓力；②坑外控制性降水以減少圍護結構外側土體側壓力；③結構跳段回筑封頂以避免圍護結構因大范圍拆除留撐后破壞；④自動化無線傳感監測設備系統實時監測、收集、分析，以準確預判風險。②~④項已在本文“4.1 結構板支架對撐取消留撐施工技術優化”中介紹，不再贅述，本節主要介紹案例項目實施的非傳統斜拋撐取消留撐施工技術方法。

4.2.1 傳統斜拋撐工序

（1）圍護結構設置斜拋撐支墩或預埋件→基坑盆式開挖→澆筑開挖部分底板并設置斜拋撐支承支墩或預埋件→安裝斜拋撐→開挖坑邊剩余土體→施作剩余底板→順作結構至封頂→斜拋撐及其附件拆除。

（2）圍護結構設置斜拋撐支墩或預埋件→基坑盆式開挖至斜拋撐支承樁體→支承樁設置斜拋撐支墩或預埋件→安裝斜拋撐→開挖坑邊剩余土體→整塊澆筑底板（斜拋撐嵌入結構設止水環）→順作結構至封頂→斜拋撐及其附件拆除。

4.2.2 案例項目斜拋撐優化實施方法

基坑開挖及驗槽→結構底板及預埋件施工→結構側墻及預埋件施工→拆模養護→斜支座安裝→斜拋撐安裝→上部留撐拆除→順作結構至封頂→斜拋撐及其附件拆除。

（1）替換原則：采取先安裝斜拋撐再取消留撐的方式，減少基坑變形以降低風險。首先根據原留撐位置高度確定側墻澆筑高度及斜拋撐角度，其后精確選擇斜拋撐底板和側墻支撐點位置。

（2）底板及側墻斜支座錨固鋼板嚴格按照確定的支撐點位置進行安裝，并根據斜拋撐水平分力和豎向分力大小，在錨固鋼板與混凝土接觸面上設置足夠的抗剪鋼筋。底板安設的錨固鋼板中部開孔以便于搗鼓密實增強支承力及摩擦力。

（3）斜支座安裝：斜支座安裝前清理并打磨預埋錨板，檢驗其位置、平整度、標高、混凝土密實度，合格后刻畫斜支座外輪廓線以準確定位。斜支座與錨板接觸各邊進行滿焊，同時在斜支座及錨板提供反力的根部處設置剪力銷。

（4）斜拋撐安裝：為保證斜拋撐軸向受力穩定，其安裝的角度需與斜支座的板面傾斜度相匹配，斜拋撐與斜支撐接觸面處的縫隙采用鋼片或橡膠板墊實，完成后預加軸力。

（5）拆撐順作:監測數據穩定后拆除留撐替換為斜拋撐受力工況，持續監測替換后的基坑變形數據，無異常則進行結構順作施工，施工至主體結構框架完成并達到設計強度后拆除斜拋撐及其附件。

5 結束語

本文結合案例項目詳細闡述地鐵車站深大基坑取消留撐施工技術優化實操應用，為類似深大異形基坑實現取消留撐施工提供有力理論及實踐支撐，開辟了復雜深大基坑內支撐體系設計與施工的新思路、新方法。總結得出如下結論：

（1）針對砂質、粉砂質等具有一定滲透性的土層，采取坑外控制性降水可有效提高坑外土體自穩性能，減少基坑圍護結構側壓力及變形。

（2）坑外控制性降水在減少圍護結構外側土體側壓力的同時，將引起基坑周邊10m范圍內地表產生2~5cm沉降，實施前需探測分析周邊建構筑物、管線、便道等的沉降要求是否允許或采取回灌措施。

（3）針對寬大異形深基坑，結構板支架對撐軸力傳遞后損失較大，單純依靠結構板支架對撐軸力難以控制圍護變形；斜拋撐支撐方式由于結構空間限制，其架設角度、位置導致軸力較大而水平反力提供不足。兩種方式均配合降水、跳段、監測等措施可有效分攤側壓力、控制變形、確保安全。

（4）結構板支架對撐和斜拋撐取消留撐施工技術優化的研究應用，徹底消除了結構側墻內咬合不同材料或不同齡期混凝土，引起的內襯墻開裂、滲水問題，提高了結構安全使用性能及防水質量。

（5）取消留撐施工技術優化充分利用結構施工支架體系或較短的斜拋撐支撐體系，以實現順作施工，避免封板后大量拆除站內留撐、降低施工難度、縮短施工工期、減少施工成本、提高施工質量。