大型地铁车站超深基坑开挖施工技术

龙源期刊网大型地铁车站超深基坑开挖施工技术作者：雷泽军来源：《中国房地产业·上半月》2017年第03期【摘要】朝阳广场站位于南宁市兴宁区城市商业中心，周边高层建筑林立，施工围挡内场地狭窄，是南宁市轨道交通1、2号线同期实施的换乘车站，并预留7号线的换乘通道，是南宁市轨道交通线网唯一的3线换乘车站。本站为地下四层双岛叠式车站，基坑平均开挖深度32.8m。基坑内土方26.5万m3；且基坑底部平均厚度10m均为泥岩，围护结构采用1.2m厚地下连续墙和四道钢筋混凝土+两道钢管撑的内支撑体系；基坑内土方的开挖效率将是制约车站的工期和成本的关键因素，因此选择合理的开挖方法是本站确保工期的关键。【关键词】朝阳广场站；深基坑；开挖效率随着城市基础设施建设的进程，城市轨道交通建设是城市地下空间的开发利用，是一座城市综合实力的象征，因此国内很多大中城市都掀起了轨道交通建设的热潮。随着地铁网络的扩展，地下车站需开挖的基坑是越来越深，在设法解决了地下水和边坡稳定问题之后，还要解决选用什么方法，什么机械，如何组织土方开挖的问题，目前国内轨道交通车站设计大部分都采用明挖顺作法，在明挖顺作法中土方开挖较普遍的是采用后退式台阶法，本站因为深度深，且设置有四道钢筋混凝土支撑梁，后退式台阶法开挖台阶过多，且不能有效解决混凝土支撑梁的等强问题，设备闲置率大，将对工期和成本带来不可估量的损失，因此选择合理的开挖方法是本站确保工期的关键。1、工程概况1.1基坑设计概况朝阳广场站总长321.7m，标准段宽24.9m，北端盾构井长15.5m、宽29.8m；南端盾构井长15.5m、宽30.4m，基坑平均开挖深度32.8m，基坑土方约26.5万m3，设六道内支撑。其中第一、二道为钢筋混凝土米字撑；第三道撑车站北端为钢筋混凝土米字撑、南端为钢筋混凝土对撑；第四道撑为钢筋混凝土对撑；第五道及第六道撑为双拼φ600钢管撑；盾构端部采用钢筋混凝土斜撑加角撑的方式。基坑内沿车站纵向设置两排抗拔桩、一排临时中立柱。各道支撑、围檩、连系梁及临时立柱的截面参数详见表1-1所示。1.2工程地质情况本站点地处邕江低阶地亚区，上覆第四系土层自上而下分别为：第一层：填土层，主要以城市杂填土和素填土为主，层厚1.3～7.0m；第二层，粘土层，主要以粘土和粉质粘土为主，层厚1.1～13.4m；第三层：粉土层，黄褐色，灰色，稍密，层厚0～7.6m；第四层：砂层，含粉细砂和粗砂，层厚0～7m；第五层：圆砾层，局部密实，饱和，以砾石为主，少部分为卵龙源期刊网石，最大粒径一般在50～70mm；层厚0～13.8m；第六层：泥岩层，主要成分为泥岩，粉砂质泥岩，为极软岩，岩体基本质量等级V级，基坑内层厚2.7～14.8m。1.3水文地质情况站址范围内有两层地下水：根据场区地下水赋存条件、含水介质及水力特征分析，本站区内地下水主要分为两种类型：一类为上层滞水，第二类为松散岩类孔隙水。⑴第一层地下水主要赋存于素填土①2中，属上层滞水，该层地下水水量贫乏，主要由大气降雨及生活废水补给，水位埋深与填土层的厚度有关，无统一水位。⑵第二层地下水主要赋存于圆砾层中，属孔隙水，水量丰富，具承压性，承压水头在5.00～10.00m，与邕江河水有水力联系，与沿线的朝阳溪无直接的水力联系。初见水位标高在59.66～70.48m之间，多出现在粉土的底部或砂土层的顶部；稳定水位标高在60.16～68.32m。1.4气象条件南宁市阳光充足，雨量充沛，霜少无雪，气候温和，夏长冬短，主要气候特点是炎热潮湿。年均降雨量达1304.2mm，极端降雨量1640.5mm（1964年），平均相对湿度为79%，相对而言，一般是夏季潮湿，而冬季稍显干燥，干湿季节分明，夏天比冬天长得多，炎热时间较长。春秋两季气候温和，集中的雨季是在夏天，每年降雨汛期为4～10月，占全年降雨量的85%，11月至下年3月为枯水季节，占全年降雨量的15%。2、基坑开挖前技术措施2.1基坑降水和排水⑴基坑范围内存在较厚的圆砾层，圆砾层富含孔隙水，且具有承压性，与邕江河水有水力联系，根据地勘报告参数，圆砾层的渗透系数达到85m/d。基坑施工采取以坑内管井疏干降水为主，排水沟集水明排为辅的降、排水体系。⑵降水方案：根据工程、水文地质以及围护结构设计的具体情况，采取坑内管井疏干降水的方案。管井沿车站基坑纵向两排错开布置，间距约15m。降水井的布置可根据现场实际情况适当调整。⑶排水方案：根据南宁市区的气象条件可知，全年降雨汛期较长，基坑施工期间应注意地面和基坑内的引排水，避免冲刷基坑内临时边坡、浸泡基坑、软化基底。基坑开挖过程中，基坑四周地面设截水沟，基坑边设挡水坎，截排地表水，防止地表水进入明挖基坑；截水沟外不小于2m宽地面采用100mm厚C15混凝土铺砌，防止地表水渗入基坑；特别是不得在基坑周边设置如厕所、冲凉房等易漏水设施；基坑开挖过程中，基坑内设排水明沟及集水井，基坑明沟设于基坑四周坡脚处，排水沟沟底应比基坑底低约0.5m，排水沟每隔10m左右设一集水龙源期刊网井，集水井井底应比排水沟底低约1.0m，集水井井壁用滤水管等透水材料，井内集水用水泵排至地面市政雨、污水系统中；雨季施工必须加强排水措施，及时排水，确保工程安全和设备的正常运用，做到大雨后能立即复工。2.2施工监测要求本站基坑安全等级为一级。基坑工程应以环境保护和动态设计与信息化施工为目的，开展相应的基坑支护监测工作。深基坑施工监测的目的主要是保证基坑支护结构的稳定和安全、保护周围环境。由于本站地理位置复杂，地质条件差，施工过程中，应建立严格的监测网，对施工全过程进行监测。关键位置、工况应加密测点布置，加大监测频率，及时做好监测结果的综合分析和风险预测，并将结果提供给业主、施工单位、监理单位、设计单位，根据监测反馈信息、地层岩性的变化及施工条件，及时调整设计和施工，以确保基坑、周围建筑和管线的安全。基坑监测以获得定量数据的专门仪器测量或专用测试元件监测为主，以现场目测检查为辅。观测点的布置应能满足监测要求，基坑开挖影响的范围随开挖深度的增加而增大，一般从基坑边缘向外2～4倍开挖深度范围内的建（构）筑物均为监测对象，邻近重要建（构）筑物应列入监测范围内。各监测项目在基坑施工影响前应测得稳定的初始值，且不应少于两次。2.3围护结构止水效果评价冠梁以下土方开挖前，需根据连续墙的检测结果、降水效果及检查井的水位下降情况验证地下连续墙的止水效果，验证方法采用检测、监测、观察综合分析，以声波透射法检测连续墙的墙体质量，监测坑内外水位观测井的水位情况，下挖过程中先周边拉槽观察连续墙表面的干燥程度。如果水位抽降不下，应找出区域进行墙背止水注浆后重新抽降水，坑内水位明显下降后才能进行土方开挖。基坑下挖过程中，随时观察连续墙墙面干燥情况，发现渗水需及时处理后方可下挖。3、总体施工方案本工程基坑土方开挖过程中充分利用时空效应原理掌握好开挖与支撑的关系，掌握好“分层、分步、对称、平衡、限时”五个要点，遵循“竖向分层、纵向分段、横向分块，先撑后挖、快速封底施做底板”的原则进行基坑土方开挖。朝阳广场站长321.7m，标准段宽度24.9m，基坑开挖深度平均32.8米，两端盾构接收井均为盾构吊出。因北宁街路口设置的朝阳广场东西两侧商业圈的地面人行通道将车站分成了南北两个施工区域，本站设计为4道钢筋混凝土撑和2道钢管支撑，因钢筋混凝土撑等强时间过长，按常规的后退式台阶法开挖工效较低，所以本站拟采用竖向分层，纵向长台阶分段，坑内挖掘机水平挖、转土，侧面轮式抓斗垂直提升出土的水平分层前进式台阶法进行土方开挖和混凝土支撑梁的施工。分层高度以混凝土撑底部地模为参考标准，分段长度以混凝土撑满足设计龙源期刊网强度为依据。本站开挖深度大，为确保盾构吊出的节点时间，拟计划从两端头向中间分两个工作面同时进行开挖，为确保盾构吊出的节点工期，前期开挖以南北两个盾构井挖土为主，标准段开挖为辅的施工组织顺序，以确保盾构接收井快速到底。每个工作面用3台普通小型挖机坑内挖、转土，每工作面在基坑一侧用一台轮式抓斗提升出土，地面运输采用自卸车运至指定渣场。3.1冠梁以上土方开挖方案冠梁及第一道混凝土支撑以上土方开挖（开挖深度2m～3.4m）从两端往中间采用PC320以上反铲挖掘机直接后退式开挖，自卸汽车装土外运。土方放坡坡比为1：0.5，土方开挖后立即平整开挖表面，及时施做冠梁及第一道混凝土支撑。冠梁及第一道撑以上土方开挖示意图见图3.1-1所示。3.2基坑内土方开挖方案本站冠梁以下第一层土方优先采用长臂挖掘机挖运大量土方，局部少量土方采用人工配合挖机找平，施作支撑梁地模。第二层及以下土方均采用轮式抓斗垂直提升，坑内每个工作面采用2～3台挖机挖、转土。为确保盾构井快速到底，先将轮式抓斗置于端头，优先施作盾构井斜撑，然后再将轮式抓斗置于车站东侧便道，坑内挖机从端头水平分层前进式开挖。放坡根据不同土层采用不同的坡度比，其中素填土层、粘土层、泥岩层采用坡比为1：0.5，粉土层、砂层、圆砾层采用坡比为1：1。不同的坡比之间设置4m宽度的平台。为防止基坑超挖，机械开挖至接近设计坑底标高时应预留20cm厚土层，采用人工进行开挖和修整。基坑内土方开挖纵剖面示意图见3.2-1所示。4、泥岩层开挖方法本站基坑内泥岩约8.3万m3，青灰色，呈半成岩状，层厚2.7～14.8m，天然状态下单轴抗压强度为0.61～4.36MPa。常规挖机挖斗挖不动，需先采用单钩挖机松土后再用常规挖机进行开挖。5、开挖效率分析本站配备的轮式抓斗斗容量1.2m3，根据现场实测，35m基坑深度1斗平均需要3分钟，每小时可完成20斗，1个台班按10小时计算，考虑85%的有效施工时间，1台抓斗每台班可完成1.2*20*10*0.85=204m3，每台抓斗每天按两个台班施工，每天可完成272*2=408m3。朝阳广场站基坑开挖时间为2013年12月6日～2014年12月21日，合计381天，平均每天开挖量为265000÷381=696m3；满足业主合同工期要求。6、施工体会龙源期刊网（1）抓斗是一种能与各种起重机配套，通过外接电源及自带的电机、减速机、制动器等组成的卷扬装置来实现装卸各种货物的动力抓斗。使用高度低；挖掘力好；抓斗可以根据需要在任何位置开闭。（2）电动轮式抓斗采用的是轮胎走行式，现场移动灵活，能快速就位，且采用的是电能带动，噪音小，成本比燃油低，环保可靠，适合城市施工需求。结语：近年来，随着我国地铁建设的发展，越来越多的城市修建地铁，而地铁深基坑工程具有开挖难度大，工期长，费用高及对周围环境影响大等问题，它已经成为城市建设中一个亟待攻克的难题，而城市为了节约土地，地铁车站的基坑是越来越深，选择合理的基坑土方开挖方法已经成了制约工期和成本的关键因素。参考文献：[1]GB50299--1999.地下铁道工程施工及验收规范[S].[2]YB9258-1997.建筑基坑工程技术规范[S].[3]刘俊岩.深基坑工程[M].北京：中国建筑工业出版社，2001.[4]池秀文，周勇.不同开挖方法对自稳式深基坑的影响[A].第八届海峡两岸隧道与地下工程学术与技术研讨会论文集[C].2009年.[5]林庆，孔凡平.浅谈深基坑开挖与支护施工应注意的几点问题[J].黑龙江科技信息，2011年10期.龙源期刊网