繁华地段穿越运营地铁车站基坑开挖施工技术★

罗桂军 傅 炎 王 侦 李 泽

(1.中建五局土木工程有限公司，湖南 长沙 410004; 2.国防科学技术大学，湖南 长沙 410072)

繁华地段穿越运营地铁车站基坑开挖施工技术★

罗桂军1傅 炎1王 侦2李 泽1

(1.中建五局土木工程有限公司，湖南 长沙 410004; 2.国防科学技术大学，湖南 长沙 410072)

以长沙地铁3号线火车站穿越正在运营的地铁2号线车站工程为依托，在充分调研地质资料和周围环境的情况下，确定了“分区、分步、分层”的基坑开挖思路，并阐述了施工中的关键技术及工艺流程，提出了施工要求和安全措施，为该工程的安全、顺利完工创造了良好的条件。

地铁车站，基坑，开挖方案，施工技术

1 工程概况

1.1 周围环境

长沙市轨道交通3号线在长沙火车站站由南向北下穿正在运营的地铁2号线，火车站站处在火车站站前广场和车站北路交接处，东临火车站，南侧为火车站售票厅，西侧为赛格数码广场、五一大道和楚天商业广场等，北侧为邮政局，其周边环境相当复杂，车流、人流量极大。

1.2 车站结构

本车站为地下3层双柱岛式站台车站，设计站台长度118 m，站台宽度14.8 m。地下1层为车站站厅层，地下2层为车站设备层，站台位于地下3层。车站埋深23.61 m，顶板覆土3.3 m，站厅净高4.5 m，设备层净高6.11 m，站台层净高4.7 m。

1.3 工程地质

根据地质资料，地层层序自上而下依次为：①杂填土：主要有粘性土或砂土混碎石、混凝土块等建(构)筑物垃圾等。②粉质粘土：褐红夹灰白色，硬塑状态，局部呈坚硬状态，含约15%砂。③圆砾：褐黄色，浅灰色、灰白色，饱和、呈中密状态，局部呈密实状态，混10%～30%粘性土及10%～20%的中粗砂。④粉质粘土：紫红、褐红色，系泥质粉砂岩或粉砂质泥岩风化残积而成，呈硬塑、局部坚硬状态，遇水易软化。⑤强风化泥质粉砂岩：紫红色，泥质胶结，岩石组织结构已大部分破坏，岩石风化节理裂隙很发育。⑥中风化泥质粉砂岩：紫红色，粉细粒结构，中厚层状构造，泥质胶结，岩屑成分主要为粉细砂，岩石组织结构部分破坏，少部分矿物风化变质，节理裂隙发育且密闭，多为钙质或泥质物充填，岩体基本质量等级为Ⅴ类，遇水易软化。

1.4 工程特点

1)人流、车流极多，交通十分拥挤，场地狭窄。本车站位于车站中路与五一大道交汇处，属于火车站站前广场车站，人流、车流量大，同时火车站广场还有公交车站和出租车站，施工过程中需要保证客流需求和施工组织需要，交通组织及疏导工作量大、难度大、要求高。

2)与既有2号线无缝对接，施工安全风险大。本车站为3号线与2号线的换乘站，3号线与2号线零距离对接，3号线施工对2号线将产生诸多影响，主要体现在2号线运营安全的保护、新老混凝土的搭接等，施工难度大，安全风险高。

3)交叉作业多，施工组织要求高。本工程为局部盖挖顺作法车站施工，开挖较深、作业面积较小、施工工序繁多且交叉进行，需要考虑地下通道、盾构下穿通道、既有2号线对接、火车站广场地下空间开发等，工序衔接紧，工期要求紧，因此对科学组织、合理安排施工提出很高要求。

4)管线多。火车站属于老城区，管线种类多，燃气、军缆、电力、给排水、弱电等十多种管线错综复杂，产权单位也不是很清楚具体的走向和数量，大大增加了管线改迁的施工难度。

5)文明施工、环境保护要求高。本工程位于长沙最繁华地段之一长沙火车站，施工过程中，文明施工、环境保护工作相当重要。

2 施工方案

2.1 开挖方案

本车站基坑开挖采用明挖法+局部盖挖法施工，基坑总体开挖原则是已建2号线主体南、北两侧对称开挖，保证卸载平衡[1，2]。南侧(小里程端)基坑为由北向南整体分层开挖，北侧(大里程端)基坑为由南向北分段分层开挖。

南端盾构井处采用分区整体4层从上到下逐层开挖，上部10 m土方采用长臂挖掘机与小型挖掘机配合出土，剩余土方采用小型挖掘机配合汽车吊出土。开挖时先进行已建2号线结构边的土方施工，挖除土方的同时破除已建2号线车站接口部分的围护结构，为结构对接施工做准备。

北端主体基坑划分为7段4层，每段长度为3 m～6 m，由南至北(从已建2号线结构边)进行土方开挖，挖除土方的同时破除已建2号线车站接口部分的围护结构，为结构对接施工做准备。基坑开挖总体竖向分四大层开挖，分层原则为钢支撑设计中心标高以下0.5 m。第一层土方采用挖机上部掏挖、渣土车配合运渣的方法进行开挖；第二层～第四层土方采用纵向分段分层开挖法，采用挖机接力倒土至第一层工作面装车的方法出渣，渣土车由北端盾构井马道进入第一层开挖面装渣外运，最后端头位置采用挖掘机配合吊车出土。

2.2 分层开挖流程

基坑竖向共设四道支撑分四大层开挖，每大层又分为二、三小层，保证每小层开挖高度不超过3 m[3]，每层段放坡比例动态控制在1∶2左右，保证整体纵坡不陡于1∶3。基坑分层开挖流程为：冠梁、混凝土支撑浇筑→排水施工→第一层土方开挖、模筑混凝土、支撑→第二层土方开挖、模筑混凝土、支撑→第三层土方开挖、模筑混凝土、支撑→第四层土方分段开挖→下翻梁、废水池土方开挖→人工修整基底层土方→人工清理基底→综合接地网施工→混凝土垫层。

3 主要施工技术

土方开挖要严格按照时空效应，在开挖过程中做到“分区、分层、分块、对称、平衡、限时”，并遵循“先支撑、后开挖、主体结构紧跟”的施工原则[3]。土方开挖到接近设计槽底时，预留20 cm～30 cm厚土方由人工清槽。2号线火车站两侧基坑20 m范围内应同时对称开挖，以减少单边土体对既有线的侧压力影响。

3.1 南端场地基坑开挖

1)南端场地划分为盾构井Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ区以及标准段，如图1所示。

2)已施工冠梁及混凝土支撑达到设计要求强度后方可开挖。

3)第一层土方开挖深度约为4.7 m，分为两小层开挖，每次开挖深度根据需要确定。Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ区及标准段处土方分区开挖至第一道钢支撑中心线以上1 m处。先开挖Ⅰ区处土方，为小挖机创造进入基坑的条件，然后小挖机进行标准段，Ⅱ，Ⅲ区的土方开挖，并在挖土的同时进行已建2号线车站围护结构的破除及后续施工。土方开挖时须防止土体坍塌。

第一大层开挖步骤如下：a.Ⅰ区中心区下挖约2.5 m，并于Ⅱ区处设置斜坡道供小型挖机进入基坑；b.小挖机进入基坑后，先对标准段处支撑下土方进行掏挖并堆于Ⅰ区处，并由长臂挖机将倒出的土方装车运走；完成标准段开挖后，小挖机进入Ⅲ区掏挖混凝土支撑下土方堆于Ⅰ区处，由长臂挖机挖出装车外运；c.在破除围护结构设备进入基坑后，开挖Ⅱ区土方，并将进入基坑的斜坡道挖除，开挖土方的同时进行已建2号线主体围护结构的破除并进行后续施工；d.按照上述流程开挖下一层土方，厚度为2.2 m，完成第一大层土方开挖施工；在桩间模筑混凝土及已建2号线结构保护措施施工完成后继续下一层土方开挖施工。

4)第二大层开挖深度为8 m，需开挖至第三道支撑(混凝土支撑)下10 cm处，分四小层开挖，每次开挖深度分别为2 m,3 m,2.1 m,0.9 m。第一小层开挖时需注意，标准段开挖深度为1.5 m(开挖至标准段混凝土支撑下10 cm)并进行混凝土腰梁及混凝土支撑的施工；盾构井钢支撑处开挖深度为1.8 m(钢支撑下50 cm)，为钢支撑架设留设施工平台。

5)第三大层开挖深度为5 m，分两层开挖，深度分别为3 m和2 m。土方开挖后及时进行桩间模筑混凝土及已建2号线部分的破除及隔离施工，具体开挖方法同第一大层开挖。

6)第四层开挖深度约为6.2 m，分四小层开挖，深度分别为2 m,2.5 m,1.4 m,0.3 m，最后0.3 m由人工进行开挖；第一小层开挖时需注意，标准段开挖深度为1.5 m(开挖至标准段混凝土支撑下10 cm)并进行混凝土腰梁及混凝土支撑的施工；盾构井钢支撑处开挖深度为1.8 m(钢支撑下50 cm)，为钢支撑架设留设施工平台。人工清底完成后及时进行桩间模筑混凝土及垫层施工，并及时将挖机等设备吊离基坑，为结构施工留设足够的工作面。

3.2 北端场地基坑开挖

北端场地最先开挖部分为已建2号线结构处，在北端盾构井处设置渣土车进入基坑的马道，直接在开挖面进行土方装运工作(如图2所示)。因基坑中间位置设有临时立柱，故马道选择设置在基坑东半侧(远离市政道路一侧)，考虑基坑开挖时正值长沙雨季，故马道坡度不大于30°，并在路面上铺设12 mm厚钢板且表面焊上防滑条方便渣土车上下基坑。基坑开挖整体按四大层考虑，每层均开挖至支撑中心线以上1 m处，层厚分别为4.7 m,6.5 m,6.5 m及4.6 m。

1)第一大层土方开挖采用挖机直接在基坑顶开挖并装车，对于部分区域无法直接挖土，则采用挖机从临近支撑处进入基坑进行掏挖倒土，在基坑顶装车出渣。2)第二大层先将2号线车站北侧第二道混凝土支撑处开挖至支撑下10 cm，并进行垫层及混凝土支撑的施工，与此同时进行后续钢支撑处的正常拉槽开挖施工，即靠近围护结构处开挖深度为1.9 m，至钢支撑下50 cm，为钢支撑架设留下操作平台；基坑中间部分分层开挖厚度不超过3 m，待钢支撑架设完成后将围护结构处土体挖除，保证总体纵向坡度不大于1∶3；已建2号线车站处土方挖除后，及时进行破除及隔离施工，同时需注意与南侧场地施工同步进行；对已经挖至设计标高部分的桩间模筑混凝土及时施工，保证后续工作可以顺利衔接；开挖好的部分需要设置临时坡度(2%的临时坡度)，并保证场地明排系统有效运行；混凝土支撑等强期间，在预留土方坡脚外1 m处设置一道横向截水沟，并在此处设置集水井抽排；预留坡面采用防尘网或者彩条布进行整体覆盖，防止雨水冲刷造成土体滑坡，必要时可以采用喷射混凝土对预留土体坡面进行防护，保证雨季施工安全。3)第三大层的土方开挖方法及过程与第二大层相同。第四大层的土方开挖在混凝土支撑等强的同时，钢支撑处可以退挖一段(不大于20 m)，但基底预留不少于80 cm的土方，方便后续混凝土支撑的土方开挖及运输。在混凝土支撑达到设计要求强度后，安排两台小型挖掘机进入该区域进行施工，一台主要负责挖除混凝土支撑下土方，另一台负责将土方倒运至大里程开挖面处，方便土方的装运施工。当挖机接力倒土工况无法满足现场要求后，采用挖机配合龙门吊或汽车吊进行土方吊运，并在基坑顶装车外运；土方收口位置选择在北端盾构井处。

4 结语

1)复杂条件下深基坑开挖必须在对地质资料和周围环境详尽分析的情况下进行严格的技术交底和充分的专家论证，并在此基础上编制出具有可操作性的作业指导。在施工之前，技术负责人应对相关人员进行详尽的技术交底，这是保证施工安全顺利进行的重要保证。2)对于复杂条件下基坑被已建结构切分为两个基坑的情况，两侧基坑20 m范围内应同时对称开挖，以减少单边土体对既有线的侧压力影响，防止出现不均匀沉降。同时，在土方开挖过程中要严格按照时空效应和先撑后挖的原则进行，在开挖过程中做到“分区、分层、分块、限时”，并遵循“先支撑、后开挖”的施工原则。3)在基坑开挖过程中，要根据施工的进展情况，加强对围护结构和地层变形的监测，并根据监测结果及时改进施工方法和措施，严格控制结构变形，确保施工的安全顺利进行。

[1] 张润钊.明挖地铁车站施工中基坑变形及控制[J].市政技术，2010(6)：96-97.

[2] 徐 伟,吴加云,陈 宁，等.上海宝地广场深基坑施工技术研究[J].建筑技术,2010(3)：117-118.

[3] 娄晓玲.紧邻在建地铁车站的超大超深基坑施工技术[J].建筑施工,2012(6)：62-63.

Construction technology of foundation pit excavation

crossing subway station in operation at a busy downtown street★

Luo Guijun1Fu Yan1Wang Zhen2Li Ze1

(1.CCFBECivilEngineeringCo.,Ltd,Changsha410004,China; 2.NationalUniversityofDefenseTechnology,Changsha410072,China)Abstract: Taking the engineering of Changsha metro line 3 train station through the operation of metro line 2 station, in the case of full geological data research and detailed analysis of the surrounding environment, this project determines the “partition, step by step, stratification” of the overall idea by widely solicit expert opinion. In order to create a good condition for the safety and smooth completion of the project, the key technology and process flow are deeply studied and demonstrated, the construction technical requirements and the safety measures are put forward.

metro station， foundation pit， excavation scheme， construction technology

1009-6825(2017)02-0074-03

2016-11-09★：湖南省住房和城乡建设厅重点支持项目(项目编号：XJS201535)

罗桂军(1973- )，男，高级工程师

TU463

A