王胡砦地鐵車站基坑開挖施工工藝

章鄭遠

（中鐵上海工程局集團有限公司，上海 201906）

1 引言

地鐵工程的基坑支護對保證施工安全和減少工程風(fēng)險至關(guān)重要。基坑支護施工過程中，需要進行監(jiān)測和控制，通過監(jiān)測基坑周邊土體的變形和沉降情況，可以及時發(fā)現(xiàn)和處理地面沉降、土地變形及地下水位變化等問題，確保施工安全。因此，在地鐵工程中，基坑支護的設(shè)計和施工是非常重要的環(huán)節(jié)。

2 案例概況

鄭州市軌道交通7 號線一期工程北起惠濟區(qū)東趙北，南止于二七區(qū)南部大學(xué)路與規(guī)劃豫一路路口，工程全長約26.81 km，均為地下線設(shè)20 座車站。其中，王胡砦站為軌道交通7 號線與14 號線換乘車站，地下兩層三跨箱形框架結(jié)構(gòu)（14 號線為預(yù)留換乘節(jié)點，地下3 層），建筑面積16 171.41 m2，車站主體結(jié)構(gòu)外包長度245m，標(biāo)準(zhǔn)段寬23.1 m，標(biāo)準(zhǔn)段基坑深度17.63 m，換乘節(jié)點深度為26.31 m，設(shè)有3 個出入口，2 組風(fēng)亭，車站采用明挖順作法施工。

3 基坑降水

1）本場區(qū)地下水類型屬第四系松散巖類孔隙潛水，地下水主要賦存于約40 m 以上粉砂、細砂、粉質(zhì)黏土、黏質(zhì)粉土層中，多為弱透水層，根據(jù)最新地下水位探孔顯示，本場區(qū)內(nèi)地下水位埋深在17.74～18 m。

2）本工程地下水的補給主要為大氣降水、河流下滲、地下水側(cè)向徑流等補給。地下水由西、西南向東及東北徑流，水力坡度約0.5‰，徑流條件稍差，受開采的影響，徑流方向可發(fā)生局部改變[1]。

3）地下水的排泄，主要有蒸發(fā)排泄和徑流排泄、入滲河流等形式。

4）換乘節(jié)點開挖前15～20 d 開始降水，基坑內(nèi)布置疏干降水管井，降水深度控制在坑底下1.0 m 內(nèi)。

5）在開挖15～20 d 前，通過疏干降水管井抽取地下水，控制降水深度在坑底以下1.0 m。可以使用抽水泵進行抽水，將地下水排出基坑。

4 基坑開挖

4.1 開挖前的準(zhǔn)備工作

4.1.1 技術(shù)準(zhǔn)備

1）查明影響范圍內(nèi)建筑物的結(jié)構(gòu)類型、層數(shù)、基礎(chǔ)類型、埋深、基礎(chǔ)荷載大小及上部結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀，并應(yīng)注意留下相應(yīng)的證據(jù)。必要時，還應(yīng)請權(quán)威部門進行相應(yīng)的鑒定。

2）查明基坑周邊各類地下設(shè)施的分布和性狀是為了避免在基坑開挖過程中對這些設(shè)施造成損壞或影響運行。

3）了解施工期間當(dāng)?shù)貧v年的雨水等氣候情況，并進行科學(xué)合理的分析。

4）掌握基坑距四周道路的距離及車輛荷重情況。

4.1.2 勞動力配置

為了確保施工的組織保障、技術(shù)管理和質(zhì)量控制，項目組選擇了技術(shù)、質(zhì)量、安全、測量和試驗等方面能力較強的人員組成施工隊伍。考慮到地鐵車站的施工規(guī)模大、工期緊、任務(wù)重、難度大，項目部決定派遣經(jīng)驗豐富的現(xiàn)場管理人員來協(xié)調(diào)基坑開挖施工的各個環(huán)節(jié)。另外，根據(jù)工期安排還需要選擇施工組織能力強、信譽好、能吃苦的施工人員進行基坑開挖[2]。

4.1.3 機械及物資準(zhǔn)備

根據(jù)現(xiàn)場平面布局，在開工前要做好物資和臨時建筑的準(zhǔn)備工作，包括制訂施工材料的計劃，選擇合格的廠家和產(chǎn)品，并簽訂供貨合同，同時需要按計劃分期分批組織物資進場；根據(jù)主要機械設(shè)備的需求量，需要及時組織機械設(shè)備的進場、安裝和調(diào)試，以確保其處于可使用狀態(tài)；大型設(shè)備在進場前需要進行設(shè)備報驗，只有經(jīng)過監(jiān)理批準(zhǔn)的合格設(shè)備才能進場進行施工。

4.2 基坑開挖施工流程及注意事項

4.2.1 基坑開挖

本工程項目基坑開挖采用明挖順作法施工，標(biāo)準(zhǔn)段基坑深度17.63 m，換乘節(jié)點深度26.31 m；王胡砦站圍護結(jié)構(gòu)采用鉆孔灌注樁+ 止水帷幕（換乘節(jié)點）+ 內(nèi)支撐體系。其中,鉆孔樁盾構(gòu)洞門范圍鋼筋采用玻璃纖維筋； 車站兩端盾構(gòu)井的圍護采用1 200 mm@1 500 mm鉆孔和長度為40.31 m 的灌注樁，共采用了五道支撐，其中第一道、第三道為混凝土支撐，第二道、第四道、第五道為直徑φ48 mm、壁厚3.25 mm、長度3 000 mm 的鋼管支撐。

4.2.2 注意事項

1）基坑開挖嚴(yán)格按照“時空效應(yīng)”原理，在開挖過程中遵循“先撐后挖、分層開挖、嚴(yán)禁超挖”的原則，做到“按需降水、分層開挖、及時支撐、快速封閉”，減少開挖過程中的土體擾動范圍。

2）王胡砦站基坑開挖先開挖表層土，再開挖北端頭①～④節(jié)段，待第④節(jié)段見底后同時兩端向中間同時開挖。

3）當(dāng)基坑開挖過程中發(fā)現(xiàn)地質(zhì)情況與設(shè)計不符時，應(yīng)立即報告駐地監(jiān)理、設(shè)計和項目經(jīng)理部，并做好記錄。

4）繪制施工工程地質(zhì)素描圖，以清晰表達實際地質(zhì)情況。如果基底持力層與設(shè)計不符，應(yīng)及時通知設(shè)計和監(jiān)理人員，進行協(xié)商解決，以確保施工的安全和穩(wěn)定性。

5）嚴(yán)禁機械碰撞支撐、排水設(shè)施、圍護墻等工程設(shè)施。在挖土?xí)r，應(yīng)先掏空立柱四周，避免立柱承受不均勻的側(cè)向土壓力。這樣可以防止工程設(shè)施的損壞和安全事故的發(fā)生[3]。

4.3 鋼支撐架設(shè)

1）本工程項目鋼支撐架設(shè)采用龍門吊進行吊裝，換乘節(jié)點以北鋼支撐在車站北端頭進行拼接，再采用16 t 龍門整體吊裝至指定地點安裝，考慮到高壓線的影響，計劃配備70 t 汽車吊配合吊裝，換乘節(jié)點應(yīng)當(dāng)采用16 t 龍門吊進行，在端頭井拼接后再吊至基坑內(nèi)安裝。鋼支撐施工流程如圖1 所示。

圖1 鋼支撐施工流程

2）鋼圍檁采用雙拼45c 工字鋼，并采用C35 細石混凝土填充密實。

3）鋼支撐架設(shè)完成后采用2 臺100 t 千斤頂對鋼支撐施加預(yù)應(yīng)力，先施加40%，再施加20%，逐級遞增至設(shè)計軸力。

4）鋼支撐施工要緊隨挖土作業(yè)，隨挖隨撐，不允許延誤，各層土必須遵循“開槽支撐、先撐后挖、分層開挖、嚴(yán)禁超挖”原則。

5 基坑監(jiān)測

5.1 監(jiān)測項目

為了保證基坑開挖過程中結(jié)構(gòu)及周邊建筑物體的安全，根據(jù)施工組織設(shè)計方案及工程項目所在區(qū)域內(nèi)的地形地質(zhì)條件、支護類型、施工工藝等，確定監(jiān)測項目和需要使用的監(jiān)測設(shè)備。

5.2 監(jiān)測變形控制標(biāo)準(zhǔn)

在基坑施工過程中，監(jiān)測地表沉降、圍護結(jié)構(gòu)水平位移等變化非常重要，這些監(jiān)測數(shù)據(jù)可以幫助項目部了解施工的影響和變化，及時采取相應(yīng)的措施來確保施工質(zhì)量和安全。監(jiān)測周期的確定取決于施工進度和施工環(huán)境。一般情況下，監(jiān)測間隔時間可以為2～3 d。但是，在基坑降水或者土方開挖等情況下，必須每天進行監(jiān)測，甚至需要每天多次進行測量。這是因為這些因素可能會引起較大的地表沉降和圍護結(jié)構(gòu)的變化，需要密切關(guān)注和及時調(diào)整。

同時，要進行連續(xù)監(jiān)測，并將監(jiān)測結(jié)果及時報告給相關(guān)單位，如設(shè)計單位、施工單位和監(jiān)理單位等。

6 保證基坑開挖安全穩(wěn)定的措施

6.1 規(guī)范施工操作流程

為確保基坑施工的質(zhì)量和安全，需要嚴(yán)格按照制定好的基坑工程施工組織設(shè)計進行規(guī)范施工。如果需要對施工計劃進行變更，必須重新進行審批并獲得相關(guān)方的批準(zhǔn)。

為了避免基坑開挖過程中引起周圍管線或建筑物的破壞，應(yīng)采取分層開挖和分段開挖的方式。分層開挖是指將基坑的開挖分為多個層次，逐層進行開挖，確保土體的穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)的完整性；分段開挖是指將基坑分為多個段落，逐段進行開挖，以降低土體的位移，減小對周圍結(jié)構(gòu)的影響[4]。

6.2 充分做好基坑排水

為了避免在基坑施工過程中出現(xiàn)浸水情況，應(yīng)采取一系列的排水措施。

1）可以在基坑坡頂外設(shè)置擋水堤，防止地面積水沖刷坡面，并阻止基坑外的排水回流。擋水堤可以采用臨時的擋土墻或擋水板等形式，以確保外部積水不進入基坑。

2）在基坑內(nèi)部可以設(shè)置排水溝和集水井。排水溝可以沿著基坑邊緣設(shè)置，用于收集和排出基坑內(nèi)的積水。集水井可以供污水泵排出基坑內(nèi)的污水，保持基坑內(nèi)的清潔和干燥。

3）為防止地面積水進入基坑，還可以在基坑外側(cè)開挖排水溝。排水溝應(yīng)具備足夠的寬度和深度，以確保地面積水能夠迅速流入排水溝中，并離開基坑區(qū)域。

6.3 加強變形監(jiān)測

基坑變形監(jiān)測是基坑施工過程中非常重要的一項工作，可以及時發(fā)現(xiàn)存在的安全隱患，并采取相應(yīng)的措施進行調(diào)整和加固，以確保施工的安全性。在基坑變形監(jiān)測中，應(yīng)重點關(guān)注圍護結(jié)構(gòu)的形變以及地表沉降等項目。通過使用測量設(shè)備如全站儀、傾斜儀等，可以對圍護結(jié)構(gòu)的水平位移、豎向位移等進行監(jiān)測，以了解圍護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。同時，通過監(jiān)測地表沉降，可以及時發(fā)現(xiàn)和評估基坑開挖對周圍土地和建筑物的影響。

6.4 注重縱向邊坡防護

對于縱向邊坡的防護，在邊坡施工的時間較短或者面對普通土質(zhì)的情況下，可以采取將水導(dǎo)入排水溝中或在坡面上鋪設(shè)彩條布等簡單的方法進行防護。這些方法可以有效地幫助水流分散和排泄，減少水分對邊坡的侵蝕和破壞。對于施工停留時間較長或者夾砂層土質(zhì)的邊坡，可以考慮使用掛網(wǎng)抹面法進行防護。具體操作是在邊坡坡面上鋪設(shè)鋼絲網(wǎng)，并插入1 m 長度的鋼筋將鋼絲網(wǎng)固定起來，然后在鋼絲網(wǎng)上鋪設(shè)厚度為5 cm 的M7.5 標(biāo)號的水泥砂漿層。這樣的做法可以增加邊坡的穩(wěn)定性和抗沖刷能力，抵御長時間的水流沖刷和侵蝕。

6.5 注重周邊環(huán)境保護

1）基坑開挖后，主要會引起墻體的水平和豎向變形，以及基底的隆起和地表的沉降。為了確保施工質(zhì)量和遵守施工組織設(shè)計要求，需要在開挖過程中正確設(shè)置支撐，并密切關(guān)注基坑周圍環(huán)境的影響。

2）在基坑開挖中，正確設(shè)置支撐是關(guān)鍵。支撐系統(tǒng)需要能夠承受墻體的水平和豎向變形，并提供足夠的支撐力，以確保墻體的穩(wěn)定性和安全性。支撐設(shè)計應(yīng)根據(jù)工程實際情況和工程地質(zhì)條件進行合理選擇，并嚴(yán)格按照設(shè)計要求進行施工。

7 結(jié)語

綜上所述，每個地鐵車站基坑的開挖技術(shù)和圍護措施都需要根據(jù)具體的地質(zhì)條件、 基坑結(jié)構(gòu)特點和設(shè)計要求進行研究和設(shè)計。不同的地理位置、地下水位以及車站結(jié)構(gòu)和設(shè)計風(fēng)格都會影響基坑開挖的方法和圍護方案。在實踐中，工程建設(shè)者通過不斷探索和總結(jié)經(jīng)驗，以及應(yīng)用新技術(shù)、新材料、新工藝和新設(shè)備等，不斷提高地鐵建設(shè)的效率并降低成本。這些努力大大改善了城市交通，并為保證施工安全和質(zhì)量做出了重要貢獻。