復(fù)雜環(huán)境下超長(zhǎng)基坑施工技術(shù)

摘要：針對(duì)復(fù)雜環(huán)境下超長(zhǎng)基坑的施工難題，常出現(xiàn)由于施工技術(shù)選擇依據(jù)不全面、不實(shí)際、可操作性差等問題所造成工程具體實(shí)施上的困難。文章以南昌市老城區(qū)內(nèi)桃苑地鐵站施工為例，針對(duì)復(fù)雜環(huán)境下超長(zhǎng)基坑采用蓋挖法車站施工工藝進(jìn)行介紹，分享施工經(jīng)驗(yàn)，對(duì)類似工程具有施工借鑒意義。

關(guān)鍵詞：復(fù)雜環(huán)境；蓋挖施工法；超長(zhǎng)基坑；地鐵車站

中圖分類號(hào)：U231.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

近年來，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平的迅速提升以及人均生活水平的不斷提高，汽車這一交通工具逐漸被普及化，導(dǎo)致城市交通擁堵問題日益突出。受限于城市路面空間，發(fā)展地下軌道交通成為當(dāng)務(wù)之急。而在城市軌道交通發(fā)展進(jìn)程中，地鐵車站基坑^[1]的建設(shè)施工則成為聚焦的重點(diǎn)內(nèi)容。

地鐵車站屬于淺埋大空間的地下構(gòu)造物，由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，與傳統(tǒng)基坑的施工方式有所不用。所以地鐵車站基坑的施工模式在我國(guó)主要可分為以下幾類：明挖施工法、暗挖施工法和介于二者之間的組合式開挖法，即蓋挖施工法。明挖車站施工^[2]具有低造價(jià)、技術(shù)和施工管理簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，但對(duì)市政交通及商業(yè)運(yùn)營(yíng)的干擾大，污染環(huán)境，且影響周期長(zhǎng)。暗挖車站施工^[3]對(duì)市政交通及商業(yè)運(yùn)營(yíng)的影響不大，且環(huán)境污染小，但對(duì)覆蓋土層厚度要求較嚴(yán)，一般要求厚度小于6 m。圍巖條件差，開挖不易形成自然拱，當(dāng)大斷面超前支護(hù)難以成型時(shí)，以目前的施工技術(shù)條件無法滿足要求。此外，由于大斷面施工^[4]對(duì)地下管線及構(gòu)筑物的破壞難以控制，會(huì)使工程造價(jià)普遍偏高。相較于明挖法和暗挖法，蓋挖法車站施工^[5-6]能夠在很大程度上減輕對(duì)市政交通及周邊商業(yè)的影響，且造價(jià)適中。該施工方法不僅同時(shí)具有明挖法和暗挖法施工的優(yōu)點(diǎn)，且能夠有效克服其所存在的缺點(diǎn)。因此，在交通復(fù)雜的商業(yè)區(qū)進(jìn)行地鐵車站施工^[7]時(shí)，半蓋挖法會(huì)更為適用。而此次桃苑站則采用半蓋挖半明挖的施工方法。

1 工程概況

1.1 工程位置及基坑概況

桃苑站位于南昌市桃苑大街與桃苑中路站交匯口，沿桃苑大街東西方向布設(shè)，站位與桃苑大街等寬，車站外包總長(zhǎng)460.7 m，標(biāo)準(zhǔn)段外包總寬19.7 m，基坑深度16.73～18.99 m。圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用0.8 m厚地下連續(xù)墻，車站標(biāo)準(zhǔn)段及西端頭井沿基坑深度方向均設(shè)置3道支撐，局部為5道支撐。車站周邊環(huán)境復(fù)雜，西端緊鄰桃花龍河，距離車站約13.88 m，桃苑大街橋橫跨桃花龍河；東側(cè)為撫河，距離車站約120 m，海關(guān)大橋橫跨撫河，距離最近為5.95 m。其余較近的建筑物距離基坑10～23 m。

本工程穿越土層主要為：①-1雜填土、①-2素填土、②-1粉質(zhì)粘土、②-2淤泥質(zhì)粘土、②-3中砂、②-4粗砂、②-5礫砂、③-1中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖。車站基底位于粗砂、礫砂層、強(qiáng)風(fēng)化巖層中，地連墻嵌入中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖3.38～7.72 m。初見水位埋深4.70～6.70 m，場(chǎng)地地下水穩(wěn)定水位年變化幅度可按1.00～3.00 m考慮。

1.2 基坑周邊環(huán)境概況

車站所處場(chǎng)地較為狹窄，周邊建筑物密集，道路交通擁擠。基坑開挖施工期間桃苑大街圍擋兩側(cè)通行（道路凈寬5 m），車站北側(cè)自東向西存在5個(gè)交叉口，車站南側(cè)自東向西存在4個(gè)交叉口，車輛與行人出入較為集中（見圖1）。

場(chǎng)地范圍的地下管線較多，主要有污水管、雨污合流管、給水管、天然氣管線、10 kV高壓線、通信管線、移動(dòng)管線、電信管線和監(jiān)控管線等，主要控制性管線有3根，分別為：DN1000的污水管，埋深為2.37～5.05 m；DN800的雨污合流管，埋深為1.97～2.67 m；DN1200的雨污合流管，埋深為3.25～6.00 m。

1.3 工程重難點(diǎn)

本區(qū)段位于南昌市老城區(qū)，周邊交通道路狹窄，車流、人流量大，施工干擾多。基坑主要位于富水砂層中，地下水位位于地面以下5 m，基坑開挖深度約16.5 m，車站周邊緊鄰建筑物較多，距離車站最近的建筑物僅為5.15 m。原車站范圍管線基本遷改至基坑與建筑物間的范圍，基坑開挖及降水過程中對(duì)周邊房屋影響較大，施工時(shí)的地層位移可能會(huì)引起房屋沉降、拉裂、管線破壞等風(fēng)險(xiǎn)。

2 鋪蓋法施工工藝

目前，國(guó)內(nèi)地鐵車站鋪蓋法施工主要采用以下3種方式。（1）鋼筋砼支撐加蓋板方案：施工簡(jiǎn)便，材料不占用場(chǎng)地，且拆除后的舊鋼筋可用于回收折減成本。（2）軍用梁方案：使用周期長(zhǎng)，采用租賃不劃算，若自購(gòu)，需周轉(zhuǎn)使用2～3次才較為經(jīng)濟(jì)，不具備場(chǎng)地堆放條件。（3）鋼桁架方案：不屬定型產(chǎn)品，屬一次性投入，無法進(jìn)行多次周轉(zhuǎn)使用，使用價(jià)值較低，同樣存在場(chǎng)地存放問題。

桃苑站位于桃苑大街，車流量較大；基坑跨度大（標(biāo)準(zhǔn)段跨度19.7 m，鋪蓋板寬度5.5 m），使用年限長(zhǎng)。由于本地區(qū)采用鋪蓋法施工的地鐵車站較少，軍 用梁、鋼桁架無法進(jìn)行重復(fù)利用，因此，在綜合考慮施工安全及經(jīng)濟(jì)效益條件下，決定采用鋼筋混凝土支撐結(jié)構(gòu)。

整個(gè)體系包括基坑支護(hù)體系和鋪蓋體系兩部分，其中，基坑支護(hù)體系由圍護(hù)樁、冠梁、橫撐等部分組成，用于承受基坑周圍的荷載。鋪蓋體系由鋪蓋板、鋪板梁和鉆孔灌注立柱樁組成，用于支撐路面荷載。車站北側(cè)5.5 m寬的蓋板供施工內(nèi)部車輛使用，超載不大于35 kPa；車站南側(cè)2.8 m寬的蓋板供施工人員行走，超載不得大于4 kPa。

3 半蓋法在復(fù)雜狹長(zhǎng)基坑的應(yīng)用

3.1 總體施工組織

桃苑站基坑采用半蓋挖順筑法施工。結(jié)合項(xiàng)目總體施工策劃，桃苑站為盾構(gòu)區(qū)間的雙接收站，基坑開挖總體設(shè)置兩個(gè)作業(yè)面，分別由東西兩端相向開挖，從西端頭往東施工，施工完成一段開挖后，從東往西工作面開始進(jìn)行土方開挖施工。結(jié)構(gòu)緊跟土方開挖進(jìn)度，基坑降水在土方開挖前和過程中實(shí)施。

3.2 基坑降水施工技術(shù)

3.2.1 總體降水方案

基坑底主要處于砂層、礫砂層及部分強(qiáng)風(fēng)泥質(zhì)粉砂巖層中，圍護(hù)結(jié)構(gòu)地連墻入巖深度不小于2 m。基坑降水以管井井點(diǎn)降水為主，排水溝明排為輔，采用深井泵疏干基坑內(nèi)淺層潛水。考慮到局部底板位置風(fēng)化巖層存在裂隙水，在底板位置設(shè)置盲管收集裂隙水，以保證基底干燥（見圖2）。

3.2.2 端頭井降水方案

端頭開挖過程中，降水井降水效果不理想，無法達(dá)到預(yù)想開挖進(jìn)度，又恰逢雨季，使得降水難度增大且開挖進(jìn)度明顯滯后。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)分析研究，決定以管井井點(diǎn)降水為主，排水溝明排以及低點(diǎn)收水明排為輔，同時(shí)，采用深井泵疏干基坑內(nèi)淺層潛水，污水泵抽排低點(diǎn)積水。

3.3 土方開挖技術(shù)

3.3.1 開挖作業(yè)順序

（1）標(biāo)準(zhǔn)段半蓋挖作業(yè)施工。基坑土石方分層開挖以每道支撐底面0.5 m作為分層開挖線，表層土方在冠梁施工前利用挖機(jī)開挖至支撐底標(biāo)高，基坑第1道砼支撐以下土石方開挖在砼支撐達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后組織施工。第2道支撐以上土方通過設(shè)置2臺(tái)PC220挖機(jī)進(jìn)行后退式開挖，挖至基坑邊緣再使用1臺(tái)PC220挖機(jī)將土方裝入自卸車或臨時(shí)棄土場(chǎng)。豎向第2道支撐以下土方再增加2臺(tái)PC220挖機(jī)，分別與第1臺(tái)PC220形成臺(tái)階式后退接力開挖，轉(zhuǎn)土至基坑邊后裝入自卸汽車或臨時(shí)棄碴場(chǎng)。坑底需增加1臺(tái)小型挖機(jī)對(duì)基坑底進(jìn)行平整，對(duì)開挖標(biāo)高進(jìn)行精確控制。根據(jù)總體施工安排，桃苑站土方開挖由東、西兩端向中間進(jìn)行開挖，尾處土方采用龍門吊配合提升。土方分層開挖施工示意圖見圖3，開挖順序見圖4。

（2）桃苑中路跨基坑臨時(shí)蓋板處基坑開挖。桃苑中路跨基坑臨時(shí)蓋板處土方開挖是在蓋板覆蓋下進(jìn)行的，第1層臺(tái)階開挖時(shí)先在中心位置拉槽，再進(jìn)行槽邊兩側(cè)土方開挖。土方直接甩至挖機(jī)后方，由另一臺(tái)PC220挖機(jī)負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)土外運(yùn)。后續(xù)層土方開挖施工按照標(biāo)準(zhǔn)段開挖順序進(jìn)行。

3.3.2 特殊部位土方開挖

（1）靠近降水井的土方須謹(jǐn)慎開挖，嚴(yán)禁破壞降水井，挖至1 m范圍內(nèi)時(shí)可采用人工清理及挖掘機(jī)倒運(yùn)的方法開挖。

（2）立柱樁及格構(gòu)柱附近土方可使用人工開挖，立柱樁樁頭需要人工破除，破除完的混凝土碎塊可用挖掘機(jī)倒運(yùn)。

（3）支撐下的部分區(qū)域若無法使用大型挖掘機(jī)作業(yè)，可轉(zhuǎn)用小型PC-60挖掘機(jī)開挖或人工開挖。

3.4 施工監(jiān)測(cè)技術(shù)

（1）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘查條件及采用的施工方法，對(duì)施工影響范圍內(nèi)的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目進(jìn)行初步估算和研究，并對(duì)車站附近的建（構(gòu)）筑物、地下管線等可能受到影響的程度做出評(píng)估并提出處理方案，確保其在施工過程中處于安全的工作狀態(tài)。

（2）加強(qiáng)對(duì)施工過程的監(jiān)測(cè)，建立監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)信息化施工。

（3）加強(qiáng)對(duì)周邊構(gòu)筑物及地下管線的垂直沉降、水平位移及傾斜的監(jiān)測(cè)；同時(shí)需加強(qiáng)對(duì)基坑外的地表沉降和基坑內(nèi)坑底回彈的監(jiān)測(cè)以及鋼支撐的軸力監(jiān)測(cè)。

4 結(jié)論

半蓋挖法施工能夠有效解決地鐵施工對(duì)城市擁擠路面的干擾，在國(guó)內(nèi)地鐵的施工中使用越來越廣泛，且半蓋挖法相較于全蓋挖法，安全性、經(jīng)濟(jì)性、工期管控更好。

半蓋挖法施工工序較多，蓋板施工周期長(zhǎng)，需經(jīng)多次交通疏解才能形成完整的蓋板體系，施工整體持續(xù)時(shí)間較明挖法長(zhǎng)，而國(guó)內(nèi)地鐵施工周期一般比較緊張，所以單從工期對(duì)比而言，不宜采用此工藝。

蓋挖法如需普及，需完善臨時(shí)路面鋪蓋工法，如采用標(biāo)準(zhǔn)化定型式的裝配式鋪蓋產(chǎn)品，通過重復(fù)多次使用，能夠很大程度降低施工成本。

采用蓋挖法施工時(shí)需加強(qiáng)對(duì)蓋板體系的監(jiān)測(cè)，同時(shí)需控制路面車流量及施工荷載，要以基坑安全及周邊建筑物安全為前提。

采用半蓋挖方法，在一定程度上會(huì)影響主體結(jié)構(gòu)施工工效，所以施工時(shí)要加強(qiáng)各項(xiàng)工序的銜接力，減少不必要的工期浪費(fèi)，如蓋板下鋼模板安裝、站內(nèi)材料運(yùn)輸采用叉車配合等。

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（編輯 何琳編輯）

Construction technology of ultra-long foundation pit in complex environment

Wang Yunzhou¹， Wu Zeming²

（1.China Railway Tunnel Group Sanchu Co.， Ltd.， Shenzhen 518052， China; 2.School of Infrastructure Engineering， Nanchang University， Nanchang 330031， China）

Abstract：In view of the construction problems of super-long foundation pit in complex environment， there are often difficulties in the specific implementation of the project due to the incomplete， impractical and poor operability of the construction technology selection basis. Taking the construction of Taoyuan subway station in the old urban area of Nanchang city as an example， the paper introduces the construction technology of the station with cover excavation method for the ultra-long foundation pit under the complex environment， and shares the construction experience， which has the construction reference significance for similar projects.

Key words：complex environment; cover excavation method; ultra-long foundation pit; subway station