地鐵明挖車站工程中的深基坑開挖及支護(hù)施工技術(shù)

朱春柏

摘要 文章以某地鐵工程作為案例，從土方開挖、棄土外運(yùn)和覆土回填、支護(hù)施工技術(shù)等方面研究了地鐵明挖車站工程中的深基坑開挖及支護(hù)施工技術(shù)，重點(diǎn)探討了鋼筋混凝土支撐施工、鋼支撐安裝、預(yù)應(yīng)力施加和拆除等技術(shù)。

關(guān)鍵詞 地鐵明挖車站；基坑開挖；支護(hù)技術(shù)

中圖分類號 U231.3文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A文章編號 2096-8949（2023）12-0075-03

0 引言

深基坑開挖和支護(hù)施工是地鐵工程中復(fù)雜而關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，對于確保車站結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和施工順利進(jìn)行至關(guān)重要[1]。該文旨在深入探討深基坑開挖的原則、順序和方法，以及鋼筋混凝土支撐和預(yù)應(yīng)力施工等支護(hù)施工技術(shù)，希望能夠提供一套完整的解決方案，以確保地鐵明挖車站工程的質(zhì)量和安全，為地鐵明挖車站工程的順利進(jìn)行提供實(shí)用的技術(shù)指導(dǎo)和參考。

1 工程概況

某地鐵工程的車站起止里程為SK0+（?017.900）～SK0+392.555，車站站臺中心里程為SK0+158.300。車站為地下兩層島式帶配線車站，車站站臺寬度為12 m，車站長度為410.46 m，覆土高度為3.44 m。地鐵車站選擇明挖順作法來進(jìn)行施工。

2 土方開挖

在該地鐵車站工程的施工過程中，采用了明挖順作法，對項(xiàng)目主體基坑和車站附屬結(jié)構(gòu)基坑進(jìn)行了開挖。封浜站車站標(biāo)準(zhǔn)段基坑的開挖深度達(dá)到了17.64 m，而端頭井基坑的開挖深度為19.93 m。為了保證開挖工作的安全和順利，施工單位采取了一系列的有效措施，在實(shí)際開挖過程中，使用了科學(xué)的土方開挖施工方法，選擇了合理的挖掘機(jī)械和附屬設(shè)備，確保了開挖工作的高效性和精確性[2]。

2.1 主體基坑開挖原則及順序

2.1.1 開挖原則

（1）分層原則：按豎向鋼支撐的道數(shù)分層開挖槽組。每層開挖深度要求在同一層支撐中心以下30 cm處。

（2）放坡原則：按照1∶1.5比例進(jìn)行放坡，縱向總坡比不得超過1∶3。

（3）開挖單元：將2～3根支撐作為一個單元，每個單元需要在8 h內(nèi)完成開挖操作。開挖后6 h內(nèi)需對鋼支撐結(jié)構(gòu)施加應(yīng)力，減少基坑對外裸露時間。

（4）分塊原則：先挖端頭井斜撐部位，然后挖支撐段。支撐段按照先中間后兩邊的原則分塊，兩邊需要預(yù)留一定的土質(zhì)[3]。

2.1.2 開挖順序

由于地鐵車站為地下二層島式結(jié)構(gòu)，在主體基坑標(biāo)準(zhǔn)段規(guī)劃設(shè)計(jì)了五道支撐，端頭井規(guī)劃設(shè)置了六道支撐。其中第一道支撐選用混凝土支撐，其余選用鋼結(jié)構(gòu)。將基坑按照順序劃分為三個小基坑，第6～7層采用混凝土支撐及鋼支撐開挖。開挖方向：西區(qū)段基坑按自西向東方向開挖放坡；東區(qū)段基坑按從東向西開挖放坡；中段基坑按照先兩側(cè)后中間的方式來開挖放坡[4]。

2.2 基坑開挖的方法

按照歷來的施工經(jīng)驗(yàn)，不同開挖深度需要有針對性地選擇開挖方式。主要分為以下幾種：

（1）第一層選用標(biāo)準(zhǔn)臂液壓挖掘機(jī)，將開挖的土方裝至運(yùn)輸車直接運(yùn)輸出去。

（2）第二層至第六層，土方道支撐的土體選用小型液壓挖掘機(jī)水平開挖、加長臂液壓挖掘機(jī)垂直運(yùn)輸，通過兩種開挖方式結(jié)合進(jìn)行挖土操作[5]。

（3）因施工現(xiàn)場條件不同，當(dāng)選擇加長臂挖掘機(jī)無法完成開挖作業(yè)時，可以選擇吊車抓斗和小挖掘機(jī)水平運(yùn)輸?shù)姆绞酵瓿赏诰蜃鳂I(yè)。

通過以上3種方式分析，實(shí)現(xiàn)水平挖掘運(yùn)輸與垂直運(yùn)輸操作分離，解決了縱坡問題和支撐延擱問題，提高挖土速度，確?；拥陌踩玔6]。

2.3 棄土外運(yùn)及覆土回填

2.3.1 棄土外運(yùn)

基坑土內(nèi)土方開挖后，為避免對城市環(huán)境造成影響，必須采取一定的措施使施工現(xiàn)場保持清潔。特選用了專用土方運(yùn)輸車輛來搬運(yùn)土方，保證土方安全高效運(yùn)輸。另外，當(dāng)所有車輛行駛出施工現(xiàn)場時，要求對車輛進(jìn)行徹底清潔。使用高壓水槍對車輛的外側(cè)、車輪等部分進(jìn)行沖洗，徹底清除車輛表面的污垢和泥土，減少對城市道路和周邊環(huán)境的污染。為了保證運(yùn)輸車輛安全有序地駛離施工現(xiàn)場，施工團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)安排專人對運(yùn)輸車輛進(jìn)行指揮，包括對過往的行人和車輛及時疏導(dǎo)，保持施工區(qū)域和交通通道的暢通，避免發(fā)生意外。

2.3.2 覆土回填

地鐵主體結(jié)構(gòu)頂板、防水層、保護(hù)層等建成后都需要進(jìn)行維護(hù)，當(dāng)強(qiáng)度維護(hù)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度時，再進(jìn)行覆土回填操作。

基坑采用縱向分層和對稱回填方式，每層回填的覆土厚度未達(dá)到0.3 m時保證所有的機(jī)械設(shè)備不損壞防水層。當(dāng)對結(jié)構(gòu)兩側(cè)和頂板上0.5 m以上進(jìn)行覆土回填時，借助蛙式打夯機(jī)對地下管線周圍區(qū)域夯實(shí)。已經(jīng)填土的邊坡需要作成臺階狀，臺階設(shè)計(jì)寬度為1 m，回填高度不超過0.5 m。

3 支護(hù)施工技術(shù)

3.1 鋼筋混凝土支撐施工工藝

選擇現(xiàn)澆筑的方式澆筑鋼筋混凝土，要求支撐和圈梁同步施工。

（1）施工順序。土方開挖至鋼筋混凝土支撐底墊層底面→鋼筋混凝土支撐墊層施工→綁扎支撐及圈梁鋼筋→支立側(cè)模板→混凝土澆筑→養(yǎng)護(hù)混凝土、拆模、清理混凝土表層雜物。

（2）為了縮短施工周期，可將一定數(shù)量的早強(qiáng)劑摻入在混凝土中并加以維護(hù)，在混凝土強(qiáng)度滿足要求的情況下再次土方開挖操作。

3.2 鋼支撐安裝工藝

根據(jù)土方開挖的進(jìn)度要求，需提前準(zhǔn)備所需鋼管和相關(guān)配件。按照設(shè)計(jì)要求對支撐進(jìn)行拼裝處理，在每段土方開挖完成之后及時設(shè)置支撐結(jié)構(gòu)并施加預(yù)應(yīng)力。支撐部位的土方開挖作業(yè)需要鑿除地墻混凝土保護(hù)層，將預(yù)埋鋼板露出，借助焊接工具焊接鋼牛腿。在吊車輔助下支撐結(jié)構(gòu)通過分段進(jìn)行吊裝作業(yè)，千斤頂根據(jù)設(shè)計(jì)要求施加預(yù)應(yīng)力。同時采用細(xì)石混凝土填充支撐端頭與地墻之間的縫隙，保證支撐的穩(wěn)定性。安裝完成后需觀測預(yù)應(yīng)力的變化。

（1）支撐預(yù)埋鋼板的安裝。按照設(shè)計(jì)要求安裝支撐預(yù)埋鋼板。選用φ25錨固鋼筋和20 mm厚鋼板焊接為整體，作為支撐預(yù)埋鋼板。選擇穿孔塞焊和預(yù)埋接駁器相結(jié)合的方式將φ32錨固鋼筋與20 mm鋼板焊接為整體，并用作斜撐預(yù)埋鋼板。

（2）支撐安裝操作。支撐安裝前，需進(jìn)行地面預(yù)拼操作，檢查支撐的平直度，以保證兩端中心連線偏差度處于控制范圍內(nèi)。經(jīng)檢查滿足要求的支撐結(jié)構(gòu)必須做好編號并按編號擺放整齊，對于跨度短的支撐進(jìn)行一次起吊。與此同時，支撐安裝前對地下連續(xù)墻上支撐位置進(jìn)行找平，找出連續(xù)墻的主筋位置，再采用焊接的方式對處理后的鋼牛腿與主筋進(jìn)行焊接，最后再對鋼支撐進(jìn)行吊裝，并借助千斤頂進(jìn)行軸力預(yù)加處理。

（3）斜撐安裝作業(yè)。對端頭井拐角處進(jìn)行斜撐作業(yè)。由于斜撐和圍護(hù)結(jié)構(gòu)有一定的夾角，不能直接支撐安裝和應(yīng)力施加。所以斜撐的安裝需借助螺栓將斜撐和預(yù)埋鋼板進(jìn)行焊接，再施加預(yù)應(yīng)力。按支撐角度計(jì)算斜撐軸力，以保證預(yù)應(yīng)力數(shù)值滿足要求。

（4）留置鋼的支撐安裝。以工程設(shè)計(jì)圖紙為基礎(chǔ)，對于車站回筑階段需要選擇留置鋼支撐結(jié)構(gòu)。選擇厚度為4 mm的鋼套筒作為留置鋼支撐端部，將鋼端與鋼套筒進(jìn)行焊接，并且在套筒外設(shè)置止水法蘭，如圖1所示。

3.3 施加預(yù)應(yīng)力

鋼支撐吊裝至指定區(qū)域時，吊鉤保持不動，先將活絡(luò)頭子拉出穩(wěn)定住鋼墊箱，然后將液壓千斤頂放入活絡(luò)頭子頂壓部位，預(yù)應(yīng)力到一定數(shù)值時，對活絡(luò)頭子進(jìn)行焊接，確保其牢固，再松開千斤頂，解開鋼絲繩。當(dāng)千斤頂預(yù)加應(yīng)力不斷增加時，做好數(shù)據(jù)記錄。使用前檢查油泵裝置以保證正常工作，同時還需要檢查軸力計(jì)是否“歸零”，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。預(yù)應(yīng)力施加時，安裝設(shè)計(jì)要求逐步增加。

3.4 預(yù)應(yīng)力復(fù)加

在進(jìn)行開挖工作并連續(xù)施加下道預(yù)應(yīng)力時，上道支撐結(jié)構(gòu)的應(yīng)力會相對減少。為了滿足設(shè)計(jì)要求，鋼支撐結(jié)構(gòu)需要安裝復(fù)加預(yù)應(yīng)力裝置，并采取以下措施：

（1）下道支撐架設(shè)完成后，根據(jù)設(shè)計(jì)要求對各道支撐進(jìn)行復(fù)加預(yù)應(yīng)力裝置的安裝。這確保了支撐結(jié)構(gòu)能夠承受持續(xù)的預(yù)應(yīng)力施加，并提供了足夠的支撐能力。

（2）在施加首次復(fù)加預(yù)應(yīng)力12 h內(nèi)，對預(yù)應(yīng)力的損失和墻體水平位移進(jìn)行觀測。逐步增加復(fù)加預(yù)應(yīng)力直至達(dá)到設(shè)計(jì)數(shù)值，以確保支撐結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和可靠性。

（3）因晝夜溫度變化引起的預(yù)應(yīng)力損失，需要在當(dāng)日的低溫時段進(jìn)行預(yù)應(yīng)力的復(fù)加。通過適時的復(fù)加預(yù)應(yīng)力，確保支撐結(jié)構(gòu)能夠達(dá)到設(shè)計(jì)要求的預(yù)應(yīng)力數(shù)值。

（4）當(dāng)墻體水平位移速率超過限制時，可以增加支撐軸力來控制墻體的變形。復(fù)加后的支撐軸力和擋墻彎矩必須符合設(shè)計(jì)要求，以保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。

綜上所述，針對下道預(yù)應(yīng)力施加時上道支撐的情況，通過安裝復(fù)加預(yù)應(yīng)力裝置和觀測預(yù)應(yīng)力損失和墻體位移，以及適時進(jìn)行預(yù)應(yīng)力的復(fù)加，可以確保支撐結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性符合設(shè)計(jì)要求。此外，通過增加支撐軸力來控制墻體變形，進(jìn)一步保證了結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性。

3.5 支撐拆除

采用50 t履帶吊拆除鋼支撐結(jié)構(gòu)。首先在50 t履帶吊的輔助下起吊鋼支撐，再使用切割機(jī)切除與其連接的區(qū)域，最后再從基坑中起吊。單根支撐拆除時，需要拆除對撐，釋放應(yīng)力。按照先兩邊再中間的方式逐根對支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行拆除。

3.6 支撐體系安裝允許偏差

在支撐體系的安裝過程中，必須注意允許一定的偏差，但需要合理控制這些偏差，確保其在設(shè)計(jì)允許范圍內(nèi)，是保證支撐結(jié)構(gòu)安全可靠的重要措施。表1為鋼支撐軸線豎向偏差表。

3.7 鋼支撐安裝和拆除技術(shù)

當(dāng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求后再進(jìn)行支撐拆除工作。支撐拆除后由于支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力有較大的改變，支撐拆除過程中需保證支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力變化趨于穩(wěn)定。拆除遵循以下原則：

（1）支撐安裝采用分段分區(qū)的方式進(jìn)行；支護(hù)拆除選擇分段和分區(qū)拆除。

（2）按照從中心向兩邊的順序分段對支撐進(jìn)行拆除。

（3）以支撐鋼連桿和牛腿作為分段點(diǎn)的方式拆除支撐，拆除時需要借助吊機(jī)。先分級釋放軸力并下落支撐，拆除之后再將其運(yùn)出施工現(xiàn)場。

（4）在中板下方進(jìn)行拆除操作。借助預(yù)埋吊鉤將支撐進(jìn)行緊吊，釋放預(yù)應(yīng)力。支撐拆除后需借助預(yù)留孔洞將支撐運(yùn)出施工現(xiàn)場。

3.8 混凝土支撐的拆除措施

由于受到施工現(xiàn)場情況和結(jié)構(gòu)的影響，當(dāng)拆除第一道鋼筋混凝土支撐后，需通過人工鑿除的方式來對其他部分進(jìn)行拆除。

按照分段進(jìn)行鑿開作業(yè)，按照起重機(jī)的起重能力分段起吊。鋼筋保護(hù)層鑿開之后，切斷縱向鋼筋，再將切割斷的鋼筋混凝土塊吊至地面。

（1）在結(jié)構(gòu)頂板混凝土的強(qiáng)度滿足要求的情況下，再拆除第一道鋼筋混凝土支撐結(jié)構(gòu)。

（2）拆除順序。做好拆除準(zhǔn)備工作→吊車起吊混凝土支撐→按照分段方式來對支撐進(jìn)行鑿除→吊裝出基坑。

（3）支撐拆除之后及時對頂板進(jìn)行清洗，并做好頂板防水工作。

4 結(jié)語

該研究對地鐵明挖車站工程中的深基坑開挖及支護(hù)施工技術(shù)進(jìn)行了深入探討和分析。研究結(jié)果表明，在基坑開挖方面，主體基坑開挖原則和順序的合理性以及不同的開挖方法在實(shí)踐中的適用性得到驗(yàn)證。針對支護(hù)施工，鋼筋混凝土支撐施工工藝和鋼支撐安裝工藝在提供結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性方面具有重要作用。預(yù)應(yīng)力施加和拆除技術(shù)在支撐體系的強(qiáng)度和穩(wěn)定性方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。該研究的結(jié)果具有實(shí)用價值，可為地鐵明挖車站工程的設(shè)計(jì)和施工提供參考和指導(dǎo)。該文研究未涉及基坑開挖過程中的土體變形與應(yīng)力分布等問題，未來的研究可對上述問題進(jìn)一步完善和深化，以便進(jìn)一步提升地鐵明挖車站工程的施工質(zhì)量和效率。

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