地鐵明挖車站深基坑開挖及支護技術研究

姚金亞

(北京鐵城建設監理有限責任公司 吉林長春 130011)

1 工程案例分析

以長春市地鐵2 號線西延線工程土建工程為例，研究地鐵明挖車站深基坑開挖及支護技術。長春市地鐵2號線西延線工程汽車公園站位于凱達北街和東風大街交匯的紅旗廣場環島以北，車站主體長度為418.9 m，標準段寬度為21.7 m。車站沿車站縱向、自大里程端至小里程端為下坡，坡度為0.2%車站中心覆土3.8 m，南端覆土約6.0 m，北端覆土約為2.5 m，主體混凝土頂板、頂梁、底板、底梁、側墻：C40、P10 防水混凝土；中板、中梁：C40 混凝土；立柱：C50 混凝土；污水池、廢水池側墻：C35 防水混凝土；其他內部結構：C30；底板下素砼墊層C20 素混凝土；道床下回填素混凝土：C20 素混凝土。

2 地鐵明挖車站深基坑開挖及支護技術應用

2.1 做好施工準備

施工準備主要涉及以下幾個方面。

2.1.1 施工方案準備

施工方案的準確性、合理性直接關系到基坑開挖能否穩定推進。要求設計人員了解工程施工區域的整體情況，包括地形地貌、車站明挖段基坑深度標準、一級、二級放坡坡率、資本投入等，從而在綜合各項因素的情況下進行方案設計[1]。

2.1.2 技術準備

（1）要求明確地鐵明挖車站深基坑開挖及支護技術流程、應遵循的規范與規定；（2）開挖、支護方案確定后，安排圖紙會審、設計交底，并將方案呈遞專家組予以審核，審批后方可實施；（3）細致檢查組合鋼模、三腳架、連接件、螺栓等設備完好度、連接緊固程度等。

2.1.3 材料準備

包括以下幾部分：（1）可調組合鋼模板（5 mm鋼面板）、竹膠板（15 mm）、盤扣式腳手架（Φ48×3.2 mm）及扣件、U 托絲杠；（2）定型組合鋼模板及木模板、Φ48×3.0 mm鋼管、U托絲杠；（3）頂板、中板、樓梯、站臺板及梁：盤扣式滿堂鋼管支架（Φ48×3.2 mm)、15 mm 竹膠板、80 mm×130 mm、80 mm×80 mm方木、10#槽鋼，對拉螺桿；（4）盤扣腳手架主要配構件。

2.1.4 人員準備

設置如下崗位：工區經理、技術主管、質檢人員、安全員、測量人員、木工、普工、吊裝工等。

2.1.5 機械設備準備

包括準備塔吊、汽車吊、鋼筋彎曲機、鋼筋調查機、切斷機、交流點焊機、直螺紋滾絲機、插入式振搗器、木工圓盤鋸等[2]。

2.2 深基坑開挖施工方案與流程

在地鐵明挖車站深基坑開挖進程中遵循“分段分層、中間拉槽、自上而下、先支撐后開挖”的原則，以此來為穩步推進開挖工程。關注以下要點。

（1）車站深基坑主體結構從兩端向中間采用明挖法施工，在開挖時中間位置預留出臨時出入道路，可讓自卸汽車駛入基坑內部運輸土方是，在挖到足夠深度后，測量臨時道路坡度，若是其超過汽車最大爬坡能力，需引入3 臺pc300 挖掘機進行傳遞式開挖，最后階段以pc200 挖掘機完成開挖，再用汽車吊垂直提升到地面。

（2）中板水平施工縫留設在加強腋角上或下各300 mm 的位置，底板縱向施工縫（如圖1 所示）設在底板腋角上300 mm的位置，環向施工縫留設在縱梁跨中1/4～1/3 范圍附近，并且距離板、墻開洞部位或避開加強環梁不小于300 mm；整個車站現澆段共分為16個流水段施工。

圖1 縱向施工縫劃分示意圖

（3）設定支撐體系。頂板、中板、樓梯、站臺板、梁采用盤扣式腳手架作為支撐體系，柱、側墻模板采用組合鋼模及木模板，以三腳架、鋼管支撐等作為支撐體系[3]。

（4）明確開挖流程。①開挖至基底設計標高處，鋪設底板素砼墊層，敷設防水層，施作底板結構及部分側墻；綁扎底梁及底板鋼筋；立模并澆筑底板（底縱梁）混凝土；②底板達到設計強度；拆除第三道鋼支撐；施做第三道鋼支撐以下部分側墻防水層；施左側墻及立柱結構；③側墻達到設計強度后拆除側墻模板；施做部分側墻及中板結構；④中板達到設計強度；拆除第二道鋼支撐；施做第二道鋼支撐以下部分側墻防水層；施左側墻及立柱結構；⑤拆除第一道鋼支撐，搭設滿堂架；施做防水層及側墻、頂板[4]。

2.3 深基坑開挖及支護工藝與技術

2.3.1 明確施工流程

施工流程主要涉及以下步驟：施工準備、測量放線、表層土方開挖、邊坡支護、石方爆破開挖、邊坡支護、清低驗槽、墊層施工。

2.3.2 基坑石方爆破開挖

基坑選擇二級放坡開挖，其中坡度處于1∶0.3 與1∶1 之間，在進行爆破時，以人工風鉆鉆眼成孔，再加上人工裝藥、連線起爆來完成聯合施工，其中爆破設備是瞬發電雷管、乳化炸藥，引爆索連線直接起爆，選擇的爆破工藝是“光面爆破+潛孔松動爆破+炮被覆蓋”的聯合爆破工藝，淺孔松動爆破主要用于基坑邊坡區域、基坑內部，靜態爆破用于鐵塔防護區內；邊坡土石方選擇的是自上而下、隨挖隨支、豎向分層、縱向分段分臺階展開。在利用爆破減振技術時，應選擇適宜的炸藥，保證炸藥、巖石結構波阻抗的匹配度，提升炸藥效率，合理安排起爆順序，避免出現爆破振速重疊，控制振速在合理范圍內[5]。

2.3.3 車站圍護結構施工

車站維護結構選擇的是明挖放坡開挖，其中邊坡支護依靠網片、錨桿、噴射混凝土來完成支護；將邊坡設計為兩段邊坡，其中一級邊坡、二級邊坡分別是1∶1、1∶0.3；在暗挖段區間洞口、本體洞口上方設定一級邊坡、二級邊坡分別是1∶1、1∶0.5；錨桿選擇的是Ф22砂漿錨桿，傾角達到15°，鉆孔直徑達到Ф100，按照梅花型進行布置，維持間距在2 m 左右，錨桿順坡長度、反坡長度分別是3～5 m、5～7 m；網片選擇的是Ф22 圓鋼，間距保持在200 mm，噴射混凝土厚度不小于100 mm。

在進行砂漿錨桿施工時，工藝流程涉及以下步驟：做好施工準備工作、第一層土石方開挖、修整開挖坡面、底層噴射混凝土泥沙漿、放線定孔、機器鉆孔、制作錨桿、清除孔內異物、安放錨桿、注漿、二次注漿、制作鋼筋網、表面再次噴射混凝土砂漿、焊接錨頭、第二層土司坊開挖。按照以上順序來完成各個層級、各段的基坑土石方開挖，直至挖至基坑底部。錨桿選擇的是HRB400，Ф22 鋼筋，其中錨桿主體是直徑為22 mm 的鋼筋；而錨頭選擇時長100 mm、直徑22 mm 的類型與錨桿一致的鋼筋，焊接在錨頭適宜位置；在使用錨桿前，需進行除銹、除油、焊接牢固處理，并保證錨桿長度達到設計標準；錨孔內部積水應及時清理，巖土漿上雜物亦應當清除，并按照設計標準針對錨桿完成壓漿封堵，使其起到相應的應用效果[6]。

2.3.4 基坑降排水

地鐵明挖車站深基坑中設置有集水井、明排水溝，確保及時排干凈涌入地下的水，排出的地下水會經過三級沉淀池沉淀，其后輸送到市政污水管道，降水井數量、降水方式、孔徑、降水井深度等都需要結合實際情況而定；在深基坑周邊坡頂挖出排水溝，在各個開挖面角落設置集水坑，保持集水井底面低于開挖面至少0.5 m，至下一層開挖面再次設置集水坑，滿足后續排水所需。

2.4 支模架設計工藝

（1）此次模板支架選擇的是盤扣式腳手架（Ф48×3.2 mm），側墻選擇扣件、鋼管（Ф48×3.0 mm）。其中盤扣式支模架主要構、配件種類及規格如表1所示。

表1 盤扣式支模架主要構、配件種類及規格

（2）在進行支模架設計時，應結合當前深基坑施工規范來選取對應設計參數，涉及以下數點：第一，板、梁支撐架施工荷載取值模板支架設計時考慮的荷載標準值：模板及主次龍骨0.5 kN/m2；鋼筋及混凝土自重25.1 kN/m3；施工人員及施工設備荷載3.0 kN/m2；第二，模板支架的荷載分項系數：永久荷載的分項系數，取1.2；計算結構抗傾覆穩定且對結構有利時，取0.9；可變荷載的分項系數，取1.4。

（3）模板設計。該工程主體結構頂板、中板、側墻及梁、柱等采用15 mm厚多層竹膠板、組合鋼模板與盤扣式腳手架支撐體系。模板背面用方木進行襯墊，提高模板剛度，保證板面平整度要求，并且相鄰兩塊竹膠板無論橫向拼縫還是縱向拼縫，保證在同一根方木上進行搭接，設木釘固定，避免出現錯臺。

（4）底板下翻梁模板。底板下翻梁，為便于鋼筋綁扎，下翻梁采用噴錨作為模板；先采用48 型小型挖掘機挖槽，槽寬大于梁設計寬度單側15 cm；澆筑10 cm C20素混凝土墊層；施做防水層，防水層施做完成后及時施做防水保護層。

（5）上翻梁模板。底板上翻梁采用15 mm 竹膠板，支撐體系為80 mm×80 mm 方木作為橫向內背楞，Φ48×3.0 mm雙排鋼管作為豎向外背楞。橫向內背楞間距450 mm，豎向外背楞間距480 mm，面板采用C14對拉螺栓連接；為保證梁模板截面尺寸正確，在模板內加定位筋，定位筋采用C18 鋼筋制作，間距1 200 mm，梅花形布置，兩端點涂防銹漆；為避免梁模板整體側向偏移，在梁兩側采用Φ48×3.0 mm 單排鋼管作為斜向支撐，支撐間距1.5 m，固定在Φ48×3.0 mm鋼管上，鋼管背頂在預先埋設的Φ25 mm錨筋上，靠近模板側用U型絲杠頂在方木上。

（6）側墻模板。側墻采用新型組合鋼模板，模板面板采用5 mm 鋼板，支撐采用三角鋼架支撐；側墻模板在地面預先拼裝完成，鋼模板面板寬2 m，有4.5 m×2 m、1.2 m×2 m，1.5 m×2 m這3種型號。模板豎向肋板水平間距300 mm，橫向背楞采用雙拼槽鋼（槽鋼背對背設置），采用不等距布置，從下往上間距分別為300 mm、480 mm、900 mm、1 100 mm、1 200 mm、1 400 mm。在模板吊運前必須逐一檢查汽車吊的吊索、吊具，對有損壞的及時更換；起吊前，現場安全員、信號工須對吊點進行檢查，確認安全后在進行吊裝作業。

3 深基坑監測

實施深基坑監測的最終目的是保證深基坑開挖及支護技術應用的穩定推進，時刻把握基坑豎向、橫向位移情況，實現對基坑質量的合理評估，減少風險。在監測時可引入徠卡1201全站儀，對深基坑的各個層級展開測量。主要包含以下方面內容。

3.1 位移監測

在進行深基坑開挖前，選擇鋼板樁圍堰四邊中點區域部署測點，再用顯眼的紅漆標記，并保留、記錄測量結果；在后續實施時，以鋼尺、全站儀實現，前者測量的是水平位移。后者測量的是絕對位移，得出相關數據。

3.2 深層水平位移

在監測深層水平位移時，可選擇基坑底標高以上大約2 m 位置圍堰四遍周線布置反光貼測量，再以全站儀來測量各個深度、位置對應的水平位移，記錄每次測量得出的數據，納入管理數據庫[7]。

3.3 裂縫監測

若是外延外側地面在施工時出現開裂、裂縫問題，應安排專人對其加以監測，明確土體裂縫具體位置、走向等；部署測點在裂縫兩側適宜位置，測點數量則依據裂縫大小而定；測點可選擇十字螺絲釘、小方木樁來進行；在整個監測過程中，可通過標準鋼尺確認各個測點位移來實現對裂縫的有效監測。

3.4 監測異常結果處理

若是在監測過程中出現如下問題，則嚴禁繼續施工：基坑周邊建筑物一側發生位移，位移量每日大于3 mm，且位移跡象仍在持續；剩下基坑位移大于5 mm，且位移跡象仍在持續。該種情況下需通過監測來明確異常情況出現的具體原因，執行對應的應急處理方案，避免對建筑基礎產生負面影響。

4 風險控制

在地鐵明挖車站深基坑開挖及支護時，會因各個方面的影響因素而使得工程面臨各項風險問題，需結合風險特征制定對應的解決對策，以此來保證工程的穩定推進。針對高空墜落、物體打擊、機械傷害、施工用電等事故，要求作業人員持證上崗，參與各個時期的培訓學習，了解各項風險所在，提前做出反應；所有用電設備，按規定設置漏電保護裝置；各種施工作業人員持證上崗，配備相應的足夠安全的防護用具。

5 結語

綜上所述，該文就地鐵明挖車站深基坑開挖及支護技術進行了論述與分析，強調了其重要性與必要性，建議給予其足夠的重視，分析地鐵明挖車站的整體情況，按照固定的流程來展開開挖、支護工作，保證達到理想的深基坑開挖效果，為后續工程施工奠定基礎，給廣大市民提供更好的出行條件。