砂卵地层大型地铁基坑施工技术

郭建强

(中铁十三局集团有限公司 第五工程公司，成都 610041)

随着我国基础建设和地铁建设的高速发展，基坑项目越来越多，其开挖及围护技术已日趋成熟［1］。但是，以往多数地铁深基坑是在软土地层中开挖，按照一般的常用理论对施工方法、围护结构以及稳定性分析即可解决工程建设中出现的问题。然而，成都地铁车站基坑具有其它基坑没有的特点，如砂卵地层、基坑特大且复杂等，所有这些因素均会影响施工过程的边坡稳定和围护结构安全。如何才能真实地分析出受这些复杂条件影响后基坑开挖与支护的特点，并由此确定出合理的开挖步骤与作业顺序以及围护方案，已经是目前急需解决的难题。

1 砂卵地层大型地铁车站基坑工程条件分析

成都将军衙门地铁车站为地下二层10 m岛式站台车站，地下一层为站厅层，地下二层为站台层，位于小南街与少城路交叉路口以东，人民公园内。车站有效站台中心里程为YDK30+145.000，有效站台长120 m。

经过分析，影响车站基坑开挖及边坡稳定的因素主要有以下几个方面:

1)地质条件特殊 车站基坑地处川西平原岷江水系Ⅰ级阶地，为侵蚀～堆积地貌，站区地形有起伏，地面高程501.86～504.65 m。基坑工程地处砂卵石地层，卵石成分主要为灰岩、砂岩、石英岩，卵石的含量达67%，中间夹杂大漂石。砂卵石具有分选性差，强度高的特点。含水层总厚度为13.5～25.8 m，为孔隙潜水，卵石土综合含水层渗透系数K为12.53～27.4 m/d，平均值为16.32 m/d，为强透水层。高地下水位、高渗透系数、高砾石含量、有大粒径砾石、砂土、砂卵石和砂黏土互层等复杂地质条件，将给成都地铁基坑开挖带来极大的困难。

2)基坑规模较大 车站总长138 m，标准断面内净宽17.3 m，其基坑最大开挖深度19.2 m(平均深度15.2 m)。

3)周边交通环境地下管线复杂 ①拟建车站东侧、南侧为人民公园，西端为小南街，北侧是少城路。少城路宽度为28 m，小南街宽度为28 m，两条路交通繁华，车流量很大;②车站周边道路地下管线主要有雨污水、给水、电力、电信及煤气等5类管线，少城路面以下电力隧道及污水管埋深较深(最深的达3.6 m)，其中影响最大的主要有1 800 mm×2 300 mm的110 kV电力隧道，1 200 mm×800 mm雨水管共2根管线，均与车站4a号通道成斜交。为此，对进入站内的管线永久迁改，其余施工时对其悬吊保护。

2 施工方案及施工工艺

依据基坑开挖理论与技术方法［2-3］，对于车站主体结构长达138 m的基坑建设，按照“先支撑后开挖”的原则分层开挖，各层采用挖掘机自西向东开挖且开挖到设计高程后安装钢支撑。

2.1 主体基坑土方开挖组织

基坑内土方按台阶式整体后退式开挖，共分6步，每层开挖深度为4～5 m。剩余少量土方无法用挖掘机开挖时，则采用人工挖土吊车吊土运至基坑外。土方全部挖完后，用吊车将挖掘机吊出。基坑平面开挖顺序见图1。

图1 基坑平面开挖顺序

开挖步序如下:

第一步:挖土从地面开始至第一层钢支撑底停止开挖，该阶段土方开挖分层厚度控制在2 m以内，开挖后及时施作土钉墙(1∶0.3放坡处)及网喷支护(1∶1放坡处)，待支护完成后方可进行围护桩施工。

第二步:待围护桩及冠梁完成并达到设计强度的70%以上时方可进行开挖。于第一层钢支撑底部由西向东退挖装土经马道运出，紧跟开挖及时施作第一层钢支撑。待西端头第一层斜支撑安装完成后，由两台挖掘机进行开挖，开挖按照先中间后两边的顺序开挖，开挖后及时安装第二层支撑并施作桩间网喷支护。基坑开挖过程中继续采用管井降水，降水深度不小于基坑底0.5 m。由于基坑开挖正是雨季、汛期，必须做好基坑内外的排水工作。设临时排水沟和集水坑，施工过程中通过排水沟引排基坑内积水到集水坑，用泥浆泵抽至地面沉淀池，沉淀后排入下水道。

第三步:开挖土方至基坑底部设计高程以上0.3 m处停止机械开挖，并改用人工开挖至底板底部设计高程。

第四步:基坑开挖至设计基坑底高程后，必须马上进行基坑底部找平，并请有关人员经检验合格后，方可进行基坑接地网、垫层、防水层的施工。

2.2 基坑开挖施工工艺(见图2)

图2 主体基坑开挖工艺流程

3 围护方案与参数分析

参考基坑围护理论与技术［4-6］，结合车站的地质与周边实际条件，采用钢支撑和土钉墙挂网喷射混凝土的联合围护方案进行施工。

3.1 钢支撑参数与施工

车站主体及附属结构基坑支撑体系采用直径φ600 mm(壁厚12 mm)的钢支撑，主体结构角部采用钢筋混凝土角撑支撑。具体施工工艺及施工方法如下:

1)钢支架安装 钢支架采用角钢拼焊而成，焊好后的钢支架应保证两直角边相互垂直，并有足够的稳定性，不得出现歪扭、虚焊现象。每层土方开挖至支撑位置后，根据测量组放出的支撑中心线反算出钢支架顶面高程，采用2个长220 mm M20膨胀螺栓将钢支架固定于人工挖孔桩上。

2)钢围囹安装 钢围囹采用两片I45c工字钢通过连接钢板焊接而成。依据支撑间距在对应支撑位置焊接挂篮。钢围囹分段加工，一般分段长度取2～3个支撑间距，转角部位应根据实际长度加工。

3)钢支撑安装施工 立柱基础采用人工挖孔桩，立柱采用16根［10槽钢焊接成450 mm×450 mm断面，槽钢采用连接片焊接。所有立柱通过连接件形成一整体。在钢支撑安装前，先施工立柱挖孔桩，然后把钢柱吊装入桩孔内，浇注混凝土固定钢柱。随基坑开挖，焊接安装立柱连接件。

每根钢支撑根据长度的不同，配用一端为固定端另一端为活动端的管节，中间段为标准管节的形式，节段间连接采用法兰盘高强螺栓。支撑安装时在地面进行拼接，安装采用装载机配合25 t汽车吊吊装。

钢支撑采用2台100 t的千斤顶施加预加力。设计要求分级施加支撑预加力，第一次预加力不小于设计值的40%，然后按20%设计值逐级增加支撑预加力到设计值。

3.2 土钉墙挂网喷射混凝土施工

车站基坑上层采用放坡开挖、土钉墙支护，土钉墙施工与土方开挖相配合，开挖一层土方，进行一排土钉施工，并及时挂网喷射混凝土面层。待喷射混凝土达到一定强度以后，方可进行下层土方开挖。

为能更好地确保基坑稳定，在基坑开挖过程中对地表沉降、地表水平位移、锚杆(索)轴力、基底回弹、基坑内外地下水位等进行全过程监测。

4 结语

1)结合地质和施工条件，提出的砂卵地层大型地铁基坑开挖技术及围护结构可以满足实际需要，实测基坑土体最大水平位移为7.44 mm，能够保证基坑稳定、结构安全。

2)砂卵地层基坑的开挖施工作业顺序、联合支护技术以及突发灾害的应急对策等还须进一步研究。

［1］高江.城市地铁车站施工方法选择研究［J］.工程建设与设计，2009(9):128-131.

［2］柯书梅.地铁车站基坑工程设计与施工［J］.岩土工程界，2008(11):50-55.

［3］胡建华，谢石连，付奕.复杂环境下深大基坑工程设计与施工［J］.建筑施工，2009(5):424-426.

［4］陈丹.深圳填海区地铁基坑围护结构设计［J］.铁道标准设计，2009(10):57-60.

［5］田宪国.地铁车站深基坑开挖围护结构与施工技术研究［J］.铁道建筑，2010(6):61-63.

［6］段东旭，杨政忠.天津地铁车站深基坑围护施工技术［J］.路基工程，2009(1):1589-1594.