地铁工程深基坑开挖围护结构及其施工安全质量的分析

周诚

摘要：伴随着市场经济的不断发展和进步，地铁工程深基坑开挖维护结构受到了广泛关注，施工部门要积极建立健全科学化施工管理方案，建立健全完整的管控体系，有效实现施工管理水平的全面进步。本文结合案例对地铁工程深基坑开挖围护结构处理原则和施工技术展开了讨论，仅供参考。

Abstract： With the continuous development and progress of the market economy， the excavation and enclosure structure of the deep foundation pit of the subway project has received extensive attention. The construction department should actively establish and improve the scientific construction management plan， establish a sound and complete management and control system， and effectively realize the comprehensive progress of the construction management level. This paper discusses the treatment principle and construction technology of the deep foundation pit excavation and enclosure structure of the subway project with reference to the case， for reference only.

关键词：地铁车站；深基坑；开挖；围护结构；施工技术

Key words： subway station；deep foundation pit；excavation；enclosure structure；construction technology

中图分类号：U231+.3 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2019）03-0093-03

1 案例

呼和浩特市城市轨道交通1号线一期1工程项目是内蒙古自治区第一条新建地铁项目，车站规划周边居住用地和商用区域，我单位承建的15标段工程项目中，西龙王庙主变电所土建工程为地下三层结构，采用明挖法施工，主体基坑包括深基坑和浅基坑两部分，其中深基坑长度约56m，宽度为26.2～28.5m，坑深14m，主体结构底板位于砾砂层。深基坑采用0.8m厚地连墙围护型式，地连墙嵌固深度为15.1m，其中嵌固深度9.5m以下为素混凝土墙，墙底位于粉质粘土层。深基坑支撑采用1道混凝土支撑+2道钢支撑体系，支撑中间用临时格构柱竖向支撑，结构外设置全外包防水层。

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2 地铁车站深基坑开挖围护结构处理原则

在地铁深基坑开挖围护结构处理的过程中，要按照标准化流程进行支护结构选型管理，从根本上维护处理效果，为全面夯实维护管理工作奠定基础，要结合处理要求秉持安全性原则，按照标准化流程约束具体工作。

①保证基坑的安全性，并且将其作为选型管理工作的重点，因为地铁深基坑工程项目综合性具有一定的优势但是也存在相应的风险问题，这就需要相关技术人员在选型工作开展的过程中在理论基础上结合施工经验和技术能力对具体问题展开具体分析，充分研究基坑基础性结构的同时，有效选择稳定性和可靠性较好的施工方案。最重要的是，在差异化城市体系内，要结合地质构成的差异建立完整的工程范围管理机制，并且全面落实系统化维护管理工作流程。

②要確保基坑开挖维护结构能便于施工，在施工项目运行过程中，施工便利性较为关键，施工单位要采取更加有效且完整的施工方案，积极建立健全统筹性较好的高标准组织施工体系，从而减少工程项目费用支出，为系统化提高管理工作的实效性水平奠定基础。也就是说，施工单位要在理论基础上结合施工经验和施工工艺要点提升检查工作效率，夯实管理基础和质量基础，有效提高深基坑开挖围护结构施工水平。

③在基坑维护结构处理工作中，要秉持因地制宜的管控标准，合理性提高支护方案的实效性，选择的标准会存在一定的差异，这就需要施工单位结合实际需求进行地质条件和开挖深度的筛选，有效建立健全合理性的施工监督管理控制体系，为全面提升深基坑开挖围护结构质量奠定坚实基础，促进管理效率的进一步优化。

3 地铁工程深基坑开挖围护结构施工技术

在深基坑开挖围护结构施工项目中，要按照标准化施工技术要点夯实项目流程，确保施工技术能发挥其实际价值，且能有效提升基坑开挖围护结构的实际质量，减少施工失误对整体质量造成的影响，促进项目质量和进程的全面进步[1]。

3.1 掌握基本情况

在地铁车站深基坑开挖围护结构处理工作中，要对施工过程有明确的认知，任何具体的施工环节都会对施工最终的结果产生影响，这就需要施工单位对施工细节进行综合监测和管理，尤其是施工项目周围的地下水情况。本工程根据岩土工程勘察报告，勘察期间地下水位埋深5.66～6.37m，地下水位高程为1045.21～1045.92。地下水的补给来源主要为人工降水垂直入渗补给，其次为地表水的入渗补给和灌溉补给。场区内地下水流向总体自东北向西南流动。地下水的排泄方式主要为人工开采和自然排泄，人工开采主要以农田灌溉、工业用水、生活用水为主；自然排泄包括蒸发及向下游侧向流出。

整体水位呈现出周期性变化，季节影响因素重要性较大，在丰水期水位会有所上升，在枯水期水位自然下降。值得一提的是，工程项目开挖前地下水要进行有效降水处理，保证水位降低到开挖面以后才能进行开挖处理。

3.2 优化开挖处理

①在对整体施工环境和基础参数进行全面分析后，施工单位要结合施工设计图纸建立完整的施工规划，按照标准化施工流程完成施工工作，有效提升施工管理的实效性，也为开挖处理效率的合理性升级奠定基础。尤其是在土方开挖过程中，要利用支撑架设处理方式完成基础性施工过程，有效提升设计项目的实际效果。

②最重要的是，在土方施工时，要利用分层分段的处理和开挖模式，有效将开挖过程和支护过程进行融合管理，从而判定具体的实际工作质量，避免超挖问题造成不必要的影响。但是，在开挖处理工序中，要结合开挖长度进行控制，结合深基坑坡度和深度建立对应的分析方案，并且分段开挖长度和规范规定也要相匹配。也就是说，只有保证长度参数能在约束的监督管理范围内，才能有效提升工程项目的实际应用效率和质量水平。

③分层分段开挖时，尽量压缩位于各层支撑架设标高处的延米长度，以及时架设支撑，减少基坑向坑内收敛变形。支撑架设尽量缩短时间，并保证支撑的架设质量，确保基坑开挖安全。基坑开挖从上到下依次进行，每次开挖至支撑设计轴线下50cm时及时架设支撑。基坑的开挖深度应严格按照设计图中给出的标高进行，严禁超挖。挖至设计标高后应及时平整基坑，疏干坑内积水，及时施做垫层。

3.3 处理降水问题

①为了保证深基坑开挖围护结构施工质量，要结合实际施工方案建立对应的管控机制，有效提升整体施工水平。尤其是在深基坑施工降水过程中，降水的实际速率要满足施工要求，维护地表处理机制和建筑物、管线管控工作的基本质量。基坑开挖前做好施工降水并在开挖过程中加强地下水位监测，同时坑内要派专人对开挖暴露出的连续墙进行排查，有渗漏水情况及时引排、封堵。要结合实际质量方案严格监督和监测工程项目周边事物，并且保证降水处理工作的标准化水平，只有维护水位基础参数才能从根本上提高地铁车站深基坑开挖围护结构施工项目的质量。

②西龙王庙主变电所基坑降水采用在坑内疏干降水方案，要求主体结构施工中地下水位降至基底下1.0m（需考虑基坑底集水坑、废水池和下翻梁）且必须在基坑开挖前15～20天进行，施工开挖必须保持无水作业，待主体结构及抗浮梁施工完毕后方可停止降水。西龙王庙主变电所抗浮水位为1048.6m，抗浮水位取地面以下1.4m左右；本工程地下水类别主要为潜水，结合相关条件采用管井井点降水措施。

③疏干井必须在基坑开挖前15～25天开始疏干，保证基坑在没有明水的条件下开挖土方。疏干施工工艺流程为：测量放线→埋设护筒→钻机就位→钻至井底→沉沙孔钻进→清孔→下放滤管→回填滤料→洗井→安装抽水机调试、抽水→疏干任务完成→拆除疏干井→退场。

④疏干井构造。

1）井口：疏干井及观测井井口应高于地面以上0.3m，以防止地表污水渗入井内。

2）井壁管：疏干井井壁管采用螺旋钢花管（Φ273），两钢管连接处采用单面满焊连接方式，螺旋钢花管外侧包扎双层80目纱网，以免涌砂埋泵。观测井井壁管全孔采用花管，井壁管外径均为380mm，花管采用混凝土预制滤管，滤管每节长0.9m，下放井管时，两滤管接缝处用编织袋包扎严实，以免涌砂埋泵。

3）滤料围填：疏干井、观测井井壁管与孔壁之间全孔围填滤料，滤料为直径5～10mm的机碎石。

4）封孔：为防止地面污水和雨水的渗入，在砾料的围填面以上必须采用优质粘土围填至地表并夯实，并做好井口管外的封闭工作。

⑤成井技术要求。

1）井口高度：井口应高于地表以上0.30m，以防止地表污水渗入井内；2）围填滤料：滤料填至自然地面以下1m；3）粘土封孔：在滤料围填面以上采用粘土填至地表并夯实，并做好井口管外的封闭工作。4）成孔偏差：井孔的平面误差

≤1.0m，井深（孔深）偏差≤+50cm；井孔应圆正。5）井管偏差：井身应圆正，上口保持水平，井管的頂角及方位角不能突变，井管安装倾斜度不能超过1度；井管截面尺寸偏差≤±2mm，井管长度偏差≤±20cm。6）出水含砂量：抽水稳定后，出水含砂量不得超过10万分之一（体积比）；7）井内水位：抽水稳定后，观测井井内的水位应处于安全水位以下。

3.4 优化监测流程

在对深基坑开挖围护结构施工项目予以集中监督和管理的过程中，要结合施工流程建立对应的管控方案，确保能对施工流程中的每个细节进行监督和管控，从而提升监测效果。本项目基坑开挖深度宽度较大，与第三方施工监测部门签订配合协议，以施工监测为手段，合理安排施工顺序，确保基坑开挖安全有序、均衡高效。另外，在施工监测工序内，要结合周边建筑物维护管线处理过程，对管线进行沉降管控，并且有效提升支撑体系轴力的管控，建立完整的施工监测和施工安全监管结构，保证地铁车站深基坑开挖围护结构施工能按照标准化流程有序开展。

3.5 开挖步骤

从现场实际出发，开挖应保持均匀、平衡、对称开挖，以使土体开挖过程中和开挖后应力释放均匀，保证基坑的安全。遵循“由上而下、竖向分层、纵向分段、中间拉槽、先支撑、后开挖”的原则，本工程根据支撑道数和开挖深度，在主体基坑内，采用分4层后退的开挖方法进行开挖，每层开挖土方厚度不大于4m。沿西龙王庙主变电所纵向布置三组作业机械。

第一组作业面：在基坑顶部设置一台中型挖掘机，用于将土方直接装入运土车；第二组作业面：挖机位于基坑内第二个台阶，设置两台小型挖机，用于倒用第三个台阶上的土方；第三组作业面：位于基坑内第四个台阶，设置两台小型挖机，由基底土方向第三个台阶倒土。

基底上300mm厚土方由人工进行清底，严禁超挖。垫层施工应快速及时，确保基底及时封闭。施工过程中动态坡度控制为1：2.0，层间留设台阶，平台宽度4～6m，使总开挖坡度控制在1：1～1：2左右，以保证边坡稳定。每个施工作业面区域内进行分层、分段开挖，每段开挖中又分层、分块实施，每块先挖中间再挖两侧，每层开挖结束，立即安装钢支撑并施加预应力。

基坑开挖放坡根据以往经验，分层开挖放坡控制在1：1～1：2左右，总坡应控制在1：1以上，平台宽度控制在4～6m左右。对于雨季施工，或由于其他原因每段基坑开挖之间间隔时间较长时，坡面覆盖彩条布，减少雨水渗入，确保土坡稳定。有格构柱处开始施工时需派专人盯控，防止挖机碰撞格构柱。（图2）

为保证西龙王庙主变电所主体基坑开挖过程的安全，防止因连续墙接缝施工质量问题导致基坑突水、涌砂等安全事件的发生，在基坑开挖前应遵循开挖必检、检后必处的“掏槽检缝”制度。所有地连墙接缝位置在地下水位以下的采用挖机结合人工开挖的方式对地连墙掏槽，挖机负责开槽，人工负责清理。掏槽检缝每层厚度取1.5m，掏槽宽度为1m（详见图3），掏槽检缝应确保超前于土方开挖面，检缝完成，质量缺陷处理完成后在进行开挖。

3.6 土方开挖

西龙王庙主变电所主体结构土方开挖分四层开挖至基坑底：

第一层：开挖至第一道砼支撑底部下0.5m，施工墙顶冠梁与混凝土支撑；说明：基坑开挖前准备好开挖机械、钢支撑以及备好各种应急物资。做好地面排水沟及防护栏杆。冠梁上沿基坑侧设置护栏，以保证人员通行。第二层：开挖至第二道钢支撑底以下0.5m，安装第二道支撑；第三层：开挖至第三层钢支撑底以下0.5m，安装第三道钢支撑；第四层：开挖至坑底标高上0.3m，人工挖至基坑底设计标高。

说明：采用人工配合机械开挖，严格控制最后一次开挖，严禁超挖（清底）。

3.7 深基坑安全通道设置

针对施工危险源情况及可能发生的突发事件，在基坑开挖时必须设置应急逃生通道，保证突发事件的紧急情况下施工人员的顺利自救逃生。

①基坑范围以外地面主要利用既有硬化场地设置，逃生通道最小宽度不得低于1.5m。②基坑开挖过程中，在两端的端头井和基坑中部各设置一处应急逃生通道，逃生通道采用钢制笼梯，宽度为1.2m，笼梯顶部用焊接固定于冠梁的预埋钢筋上，自上而下间隔5m采用钢筋焊接固定在连续墙预埋的钢筋上，最底部笼梯与基底填充密实，保证爬梯整体稳定性。③逃生通道应做好逃生方向标志，逃生通道一直延伸到围挡大门口或施工场地内空旷地带逃。④逃生通道在施工過程中严禁机械、物资等堵塞，如必须堵塞时可在旁边设置临时逃生通道，以保证发生施工时人员及时疏散确保安全。

4 结束语

总而言之，在对地铁深基坑开挖围护结构施工项目进行监督和管理的过程中，要充分结合周边环境对建筑过程予以判定，维护基坑结构管理效率，提升地铁车站基坑施工顺序的合理性，保证基坑处理工序和结构方案应用的完整程度，也要严格监督管理变形过程，减少地质条件对整体施工项目质量造成的影响，提高施工管控工作的合理性和质量水平，为地铁深基坑开挖围护结构施工全面优化奠定坚实基础。

参考文献：

[1]旷庆华.同深基坑开挖引起紧邻地铁车站变形特性研究[J].铁道标准设计，2015（5）：130-132，137.

[2]许树生，侯艳娟，刘美麟，等.天津地铁6号线车站深基坑开挖下围护结构及墙后地表变形特性分析[J].北京交通大学学报，2018，42（1）：25-33.

[3]周勇，魏嵩锜，朱彦鹏等.兰州地区地铁车站深基坑开挖对邻近地下管道的影响分析[J].兰州理工大学学报，2015，41（6）：120-125.