关于地铁深基坑开挖钢支撑施工技术应用研究

秦宏昌中铁一局集团建筑安装工程有限公司机械化施工分公司（713800）

0 前言

地铁深围栏设计多数为钻孔桩和地下连续墙等方式，而基坑的支撑则广泛运用钢支撑结构、钢结构和钢筋混凝土的混合方法等。钢支撑的活动端基本分为两种，一种为有单活络头，一种为双活络头。钢支撑通常利用格构式钢围檩，并且一般利用钻孔桩作为基础桩。

1 工程概况

该地铁站全长约190m，地下两层车站，其中第一层为站厅，第二层是站台层。标准段结构外包尺寸为20.85m×13.25m，标准段基坑深度约为17.497m，地铁站共有4个出口，皆是单层结构。

2 钢支撑安装施工

2.1 施工准备

按照基坑钢支撑设计图进行支撑结构的层级编号，确定所需要用到轴力计的钢支撑部位和数目。按照基坑的大小尺寸调整支撑结构，确定工程数量。根据设计方案所示的钢支撑预加轴力及所需千斤顶种类确定单次施加的预加力，完成预加力的单位转换。材料购置方面必须做到全面，所有材料都要在进场时进行检查。重点关注钢支撑的探伤、高强螺栓的质量检测。按照深基坑开挖的工艺、进度及流程规划钢支撑的场地放置。

2.2 钢支撑施工流程

在基坑开挖过程中，拼装钢支撑，开展围炉钻孔灌注桩和冠梁施工，进行托架的焊接及钢腰梁的安装，将拼装好的钢支撑结构进行吊装，施加预应力，锁定楔块。

2.3 连接钢支撑与腰梁

第一道钢支撑结构施工在冠梁施工之前就要进行钢支撑结构的预埋，钢腰梁支撑50C工字钢上方和下方利用外肋板进行固定，通过内肋板t=15固定支撑中心。钢支撑结构内部利用t=12的连续肋板进行焊接，外部通过同t=20的钢缀板进行加固。钢缀板按照外肋板的距离设定，其中间隔需要＜590 mm。钢腰梁和钢支撑接触位置需要设计两个钢肋进行加固，钢腰梁斜撑50C工字钢上下利用外肋板进行加固，支撑点和钢支撑内部的肋板与前者相同。钢腰梁和钢支撑结构接触的三角上方设计3个t=20的支撑钢肋，中部利用两道钢板支撑，下方通过3道肋板支撑，内侧每条桩都要设立抗剪凳。腰梁转角位置通过t=12的连续肋板支撑，外侧除了钢缀板之外还需要增加2个三角钢板。钢腰梁支撑处需要增设膨胀螺栓，腰梁上方使用钢筋和花篮螺丝加固，下方采用三角托架加固，腰梁和腰梁衔接腹板通过叠板连接，钢腰梁和围栏桩之间需要利用混凝土填充。

2.4 钢腰梁和钢支撑架设

2.4.1 钢腰梁的架设

钢腰梁的安装需要结合深基坑的开挖情况进行调整，钢腰梁的安装需要利用吊车来进行。安装时，需要从钢支撑中将钢腰梁放下，直到吊放到安装区域之后，将其调整并固定在三角支架中，并进行加固。

2.4.2 钢支撑的安装

钢支撑的安装需要遵照先支撑后开挖的流程，严格按照设计方案对其施以预应力。在钢腰梁安装完毕后，从钢腰梁放出支撑点位置，马上安装钢支撑。通过人力与机械同时工作的方式将钢支撑吊装到指定位置，通过千斤顶施加预应力，利用压力表控制预应力的具体数值。若预应力达到预先设计的标准，则停止施加，锁定活动端楔块。在钢支撑安装结束后，为了保证支撑端和钢腰梁不会出现点支撑，需要针对其中的空隙利用钢板固定，确保支撑体系受压均匀。在下一道钢支撑施工完成后，需要结合测量结果调节钢支撑预应力，保证预应力符合施工标准后，便可以进行钢楔的加固。

在钢支撑安装过程中，需要严格遵守相关标准。①钢支撑假设流程需要保证和土方开挖流程协调进行，若土方开挖已经挖至支撑结构中心之下50 cm，那么就需要及时进行钢支撑的架设；②在温度较为接近当天平均温度时，针对钢管支撑进行轴力的预加，以此规避温度应力针对预加轴力带来的不利影响；③预加轴力需要4次，第一次应该达到预计加轴力的50%～70%，之后的3次需要分层预加，直到满足预定的轴力值；④在预加轴力完成后，需要利用钢楔填塞支撑头后座和伸缩腿之间的缝隙，当钢支撑预加轴力稳定后将千斤顶移除。

3 钢支撑的拆除

3.1 施工流程

结构混凝土的强度如果已经上升至预期强度的80%左右时，便可以将钢支撑结构进行拆除。拆除流程为：支撑起吊收缩→补加预应力→拆除钢楔→拆除千斤顶→将支撑结构吊出。

3.2 拆除具体方式

在拆除钢结构过程中，需要将钢支撑起吊，在管端千斤顶座中增设千斤顶，利用千斤顶卸荷。在卸荷之后，将管端头和钢腰梁中的钢楔拆下。将千斤顶减压，当千斤顶压力完全减去后移除。吊起钢支撑管撑，将其运出现场。在拆除过程中，需要严格根据预计的方案执行操作。钢管支撑未卸下时，操作人员和吊车的吊点需要保证在钢管的两侧对立，避免钢管开始起吊时产生的摆动对操作人员造成的安全威胁。钢支撑在结构顶板拆除之后，还需要将其垂直吊至地面，及时运出现场并进行修整。

3.3 钢支撑防脱落策略

在基坑开挖时，需要做到一边开挖一边架设钢结构，确保支撑结构和预埋件结构衔接处的质量与强度，以提高钢支撑结构的稳定性。当第一道支撑在冠梁中预埋钢筋和冠梁钢筋进行衔接时，在法兰盘上下方都要增设三角钢，还需要通过十字加劲肋来进行加固，斜撑中间也要预埋三角钢来保证其稳定性。在斜撑桩与腰梁中需要增设剪力传递结构，腰梁焊接处通过叠板相连。

在施工过程中，必须做好钢支撑标高位置的确定，保证钢支撑的轴力方向和轴线方向始终相符。利用扭矩扳手完成支撑拼接，确保法兰螺栓的稳定性。在连接完支撑结构后，需要由相关工程师进行全面性的质量检测，确定质量符合标准后，才可以投入安装。针对千斤顶和其他加力设备都要进行定期维护与检修，设计相关的预应力施加操作标准，确保预加轴力的可靠，并在加力后检查法兰螺栓。如果支撑轴力大于标准范围，必须暂停开挖，将具体情况向设计部门反馈，并实时监控现场情况。在主体结构施工过程中，间隔3d便需要检查一次钢支撑结构的焊接点和连接点，如果法兰盘出现螺栓松弛情况，则需要马上加固。

4 钢支撑施工过程中的注意事项

1）需要在深基坑开挖过程中进行钢支撑施工，在施加预应力时严格按照设计方案进行。

2）在钢支撑安装过程中，需要保证端头和支撑轴线始终处于一个平面，在钢支撑中的螺栓还需要通过对角的顺序进行紧固。

3）每段开挖工程结束后，都要在第一时间采取相关施工，以最快的速度安装好该段的钢支撑，确保在安装后不会产生扭曲的现象。在安装钢支撑前，需要针对支撑端头的托架标高进行严格管理，保证每个支撑点都处于一个水平线。

4）需要事先在基坑顶部进行拼接，同时严格按照设计方案中规定的管道长度进行拼接。在钢管拼接过程中，钢管接头部位需要与法兰盘和钢肋板进行焊接。与法兰盘焊接的钢管要利用螺栓进行拧紧，直到拼接到合理的长度。在钢支撑安装过程中，每个环节都要有相关负责人员进行监督和管理，并在每个安装环节完成后进行质量检测，进一步确保施工质量。

5）在钢支撑材料拆除完毕后，必须进行妥善的保管，并且明确材料的规格与型号，方便下次利用。在钢支撑进行预加力之后，若开展土方开挖及结构施工，就必须进行全面的监测，按照监测的结果找出其中的异常并进行排除，及时补充预应力。

6）需要做好钢管支撑的安全保护工作，不能在钢支撑结构上放置其他物品，不能随意触碰或碰撞钢结构。还需要做好施工人员管理工作，避免施工人员随意在钢支撑结构上随意行走。若发现结构的挠度增高，或是钢楔出现松动，必须采取应急方案来补加预应力。

5 结语

在地铁深基坑开挖施工时，利用钢支撑施工技术能够有效保证深基坑的稳定性，提高施工的安全性。在钢支撑施工时，需要通过严密的施工计划、严格的施工管理、明确的施工流程等，才能确保钢支撑施工的顺利开展。