复杂边界条件下地铁车站超深基坑开挖施工工艺

王新龙

(中铁十二局集团第二工程有限公司，山西 太原 030000)

0 前 言

地铁超深基坑工程建设环境复杂，地下管线的分布缺乏规律性，土层类型丰富，存在诸多不可预见因素，不利于地下深基坑土方开挖作业的顺利推进[1]。为确保施工质量，需紧密结合实际情况，采取相适应的开挖施工技术，以便在既定工期内顺利完成建设工作。

1 工程概况

文灶站建设于福建省厦门市湖滨中路与厦禾路十字交叉路口处往北220 m范围处，车站起止里程为YDK3+599.342～YDK4+176.825，站台中心里程YDK4+076.500，总长224.401 m，标准段宽20.9～25.75 m，深16.049～21.460 m。车站基坑深度较大，设800 mm厚地下连续墙和Φ1000 mm灌注桩，以构成完整的围护结构体系。受地质条件的影响，局部由灌注桩转为吊脚桩的方式。

2 工程地质概述

文灶站施工范围内地质条件较为复杂，有近代人工填筑土层(Qs)、残积层(Qel)等多种类型，下伏基岩绝大部分为中粗粒花岗岩(γ)，少部分区域为辉绿岩脉(γδ)，伴有较明显的风化作用，加之地质构造活动的影响，基岩全、强风化带普遍以大厚度形式为主，给基坑开挖施工提出较高的要求。车站建设于湖滨中路与厦禾路交口，不跨交叉口。其中厦禾路设有BRT通道，于该处预留车站，湖滨中路现状双向6车道。文灶站建设区域以商业用地居多，周边地面建筑分布密度较大，湖滨中路两侧集商业、办公等类型的建筑于一体，西侧有交通银行大厦、金悦酒店等，东侧有KTV、沿街商铺等，且各类建筑均紧邻道路，开挖期间易由于扰动性影响而导致建筑物失稳，需采取有效的防护措施。

3 车站基坑土石方开挖

3.1 总体概述

文灶站沿线共分为9个施工段，按照先两头后中间的顺序依次开挖到位。各工作面适配3～4台挖掘机以及10～15台自卸车，采用台阶法有序开挖。局部施工段的土方开挖量较大，需要尽可能避免白天出土，否则易发生交通拥堵以及环境污染问题，较合适的是于夜间10点至次日5点出土，该阶段道路车流、人流均相对较少，出土效率较白天可大幅提高。车站两端设临时弃土场，作为临时场所而使用，暂缓临时土方外运困难的局面。运土车驶离现场时必须全面清洗轮胎，以免因轮胎携带杂物而污染路面。

土方开挖工作量较大，采取机械化作业方式分层依次开挖到位，由挖机倒土至地面，再通过挖掘机装车外运。基底出土作业在龙门吊和坑内小挖机的协同配合下完成，土方吊运至基坑周边后通过挖掘机装车，最后由自卸车外运至指定堆放区域。

3.2 施工方法及顺序

竖向自上而下分层开挖，纵向形成台阶，横向开挖时优先处理中间土体，再逐步转向两侧，全程均采用半盖挖法施工[2]。以现场情况和工程规范为准，合理组织基坑降排水作业，同时采取边坡防护措施，以确保施工安全。严格控制基坑暴露时间，不宜超过24 h，并综合考虑断面特点、变形缝等多方面因素，适当调整各段的开挖长度。确定各开挖段后再进一步细分为多个小层，各层尺寸约为长6 m、高3 m。每完成一小段(6～8 m)的开挖作业后，应及时增设支撑装置，经首层开挖后再设置钢筋混凝土冠梁和支撑梁，检测结构混凝土的强度，实测值满足要求后方可组织第二层的开挖作业，期间及时设置支撑系统，按照此方式依次向下开挖。

基坑深层土方开挖难度较大，以小型挖掘机为主要设备，辅以人工开挖的方式。随基坑开挖作业的逐步推进，当其达到各道支撑下部50 cm时需要增设支撑装置，在强度满足要求后方可继续开挖作业。

施工人员密切关注基坑开挖进度，当到达基坑底部以上20 cm时不宜再采取机械开挖的方式，其原因在于机械设备单次开挖量较大，容易发生超挖现象，该部分需由人工挖掘，到达设计标高处后及时组织基坑底部找平作业，并根据要求设置垫层、防水层，浇筑底板。

主要施工流程为：①第二层土方(冠梁底以上)：以反铲挖机为主要设备，从大里程端开始逐步向小里程端推进，开挖深度约1.5 m，根据施工进度及时设置冠梁和第一道混凝土支撑；②第二层土方(第一道钢支撑以上)：该处以淤泥质土等稳定性不足的土质居多，开挖深度设为7.2 m，采用台阶法开挖到位，期间利用反铲挖机接力，陡坡不宜超过1∶2；对于地质条件欠佳而难以设置台阶的区域，较合适的是以长臂挖机为主要设备，开挖期间产生的土方利用小型挖机周转；③第三层土方(第二道钢支撑以上)：此部分地质条件以残积砾质黏性土居多，开挖深度4.5 m，通过台阶法依次完成各部分的开挖作业，陡坡不宜超过1∶1.5；④第四层土方(基底以上)：此部分为最后的开挖区域，开挖深度4.4 m，采用台阶

法，现场配置多台反铲挖机接力作业，应保证施工成型的开挖陡坡不超过1∶1.5。

3.3 开挖施工技术要点

1)土方开挖需按照分段、分层的顺序有序推进，本站共分为9个施工段，先开挖两端，再逐步转向中间。

2)土方开挖所用方法为分层台阶法，具体工艺如图1所示。反铲挖掘机为主要设备，利用该装置直接开挖；遇深层土方施工区段时，可以通过台阶反铲接力的方式开挖，期间产生的土方通过自卸车及时外运，尽可能避免现场土方堆积的现象。土方开挖期间需要严格控制各层的厚度，原则上不超过3 m，若遇到淤泥质土层，鉴于该处施工条件的特殊性，不宜超过1 m。

图1 基坑“分层台阶法”开挖示意图

3)各层土方开挖均优先从中间处开始，再逐步向两侧扩展，具体如图2所示。随各层开挖作业的持续推进，当到达设计钢支撑底下0.5m时需暂停开挖，及时设置钢管支撑，对该装置预加轴力，从而有效避免围护桩体变形现象。

图2 标准段基坑开挖流程图

4)基坑开挖至最后部分时，该处不具备台阶法反铲接力转运土方的施工条件，此时需辅以汽车起重机，利用该装置完成土方吊运作业。基底设计标高以上0.2 m的区域需转为人工开挖方式，以免因机械作业而导致基底严重受扰等异常状况的出现。

5)以基坑监测设计方案为准，合理布设测点，以便获取初始数据，将该部分完整记录。开挖期间加强观测，及时发现安全隐患并适时调整施工方案，营造安全的基坑开挖施工环境。

6)基坑开挖期间所遇地质条件复杂，存在多类土(岩)层面，必须及时将该情况告知监理工程师和业主，完整记录各项信息以及绘制地质素描图。若存在基底土层与设计要求不符的情况，则要准确掌握现场情况，报设计、监理工程师，探寻解决对策。

7)基坑开挖期间的扰动性影响较为显著，需对临时钢立柱、降水井采取防护措施，遵循四周对称开挖的原则，并且需要避免支撑体系受到碰撞等不良情况。

3.4 石方爆破开挖

文灶站的小里程端岩面较高，该区域分布大量中风化至微风化花岗岩，岩石具有相对较高的强度，因而爆破法较为合适[3]，在切实保证开挖质量的同时最大限度降低对既有结构的不良影响，营造安全的爆破开挖施工环境。

4 结束语

城市化进程逐步推进的背景下，地铁工程建设工作正如火如荼展开，地铁车站为重点建设内容，但其施工复杂度较高，现场地质、周边既有建(构)筑物均会对正常施工造成影响。对此，工程实践时必须以实际情况为立足点，准确把控工程的重难点，采取科学的机械设备选型方案，按特定的流程有序开挖土方并外运，增设支撑等防护措施，最大限度消除安全隐患。施工人员需将自身职责转化至实际行动中，依旧规范做好建设工作，确保施工质量。

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