天津地铁富水软土地层深基坑开挖施工技术

张桂林

中交三航局厦门分公司

1 引言

在富水软土地区，基坑开挖范围内土体的含水量较大，饱和粉土和粉砂易形成流土和流沙，增加施工难度，基坑开挖时临时边坡易失稳，增加施工过程的不安全因素，进而导致安全事故的发生。如果在基坑开挖的施工方法中，选择针对性强的基坑开挖方法，即能够提高施工工效、缩短开挖的工期，也能合理的控制基坑开挖过程中的基坑变形，保证基坑本身及其周边环境的安全。本文依托天津地铁11号线外环辅道站，对富水软土地层深基坑开挖施工技术进行研究。

2 工程概况

天津地区属于九河下梢黄河古道冲积平原，退海之地海相陆相沉积互层交叠，岩性主要为填土、淤泥质土、黏性土、粉土及砂土。地下水丰富水位高、地基承载力低、具有多层微承压水层、淤泥质土含水率高渗透性小等特点。外环辅道站呈东西走向，车站北侧为空地及简易用房，南侧为安置房小区，车站主体距离住宅楼最近距离约60m。外环辅道站全长共222m，为地下双层车站，标准段基坑的深度约为16.9m。盾构井段基坑深度为18.8m。采用明挖顺作法进行施工。车站基坑范围内由上至下的土层依次为：杂填土、粉质黏土、淤泥质黏土、粉质黏土以及粉砂层。淤泥质粉质黏土层在降水过程中疏干效果较差，会导致降水的周期变长，增加施工难度以及基坑开挖的风险。

3 深基坑土体开挖方法研究

深基坑开挖施工顺序首先要考虑基坑围护结构受力特点、了解设计意图。车站基坑开挖顺序要保证基坑的受力对称、平衡。考虑外环辅道站基坑范围富水量较大且含有粉砂层，采用分段分层、平层、对称的开挖方式进行深基坑土方开挖，确保施工安全。外环辅道站的平层开挖即在完成每一竖向分层的土方开挖，架设安装完成混凝土（钢）支撑后，方可进行下一层土方的开挖作业。

3.1 基坑开挖施工方法

在基坑开挖时，利用时空效应，尽可能减小基坑无支撑暴露时间和空间，混凝土支撑在达到设计要求的强度后立即进行下层土方的开挖施工，钢支撑在质量验收并施加预应力后进行下层的土方开挖施工，（在外环辅道站基坑每层的土方开挖施工前，一定先进行探挖，观察围护结构渗漏水情况，对关键工序的工作时间进行严格的控制，以保证土体卸载后无支护暴露时间不大于24小时）。

3.1.1 基坑开挖顺序

（1）基坑开挖平面顺序。在外环辅道站基坑开挖前准备工作完成后，分层分段的进行土方开挖，并坚持按照“先撑后挖，先探后挖、限时支撑，分层开挖，按需降水、严禁超挖”的原则进行外环辅道站基坑的土方开挖。外环辅道站基坑长度222m，开挖时平面划分为10段，每段长度22m，基坑开挖平面分区如图1。

图1 基坑开挖施工平面分区

（2）基坑开挖纵断面顺序。外环辅道站基坑剖面采用全断面分层开挖的方法，以混凝土支撑与钢支撑、钢支撑与钢支撑的竖向间距作为土方平层开挖的分层厚度。分5大平层进行基坑的土方开挖施工,分层的原则是按照每道钢支撑下50cm 进行控制如图2。

图2 基坑开挖纵断面分层

3.1.2 基坑开挖方法

外环辅道站基坑开挖方法是采用小型挖机配合长臂挖机进行出土作业，小型挖机在基坑范围内进行集土，长臂挖掘机坐落在外环辅道站车站基坑两侧地面上，开挖过程实施动态管理，满足开挖机械作业空间后，及时安装钢支撑并施加相应轴力，以减小基坑无支护面积。外环辅道站的基坑开挖主要采用小型挖机进行倒土作业，长臂挖机以及25t汽车吊配合出土作业的方法进行土方开挖作业。按照本文3.1.1所诉的土方开挖分层原则，每层开挖深度控制在每道钢支撑下50cm，在竖向最后一道钢支撑安装完后，开挖至基底标高上30cm 后，采用人工清底的方法开挖至设计标高。外环辅道站基坑开挖共分为五大层，其中第二、三、四大层各分两小层进行施工。

图3 基坑开挖纵断面分层

（1）第一层（表层土）土方开挖。外环辅道站基坑的第一层土方（表层土）土方开挖厚度为1.5m，第一层土方的开挖深度为地面至第一道混凝土支撑梁底下方15cm，及时进行15cm垫层的浇筑和混凝土支撑、冠梁的施作。当冠梁及第一道混凝土支撑施工完成并达到设计要求的强度后，进行外环辅道站的基坑降水施工作业，在降水作业达到开挖要求并通过土方开挖前条件验收后在继续进行下一层的土方开挖施工。

（2）第二、三、四层土方开挖。第二、三、四层土方开挖的开挖深度为相邻两道钢支撑的竖向距离，采用小型挖机接力倒土的方法进行土方开挖，在具备钢支撑的安装条件后及时安装钢支撑并对其施加相应的轴力。土方开挖的方式为从外环辅道站基坑两侧端头井向车站中间进行土方开挖，在开挖时，采用小型挖机配合长臂挖机进行出土，小型挖机在坑内进行集土作业，长臂挖掘机坐落在外环辅道站基坑两侧地面上，将挖出的土方倒运至地面的土方车内，由土方车按相关要求进行土方的外运。

（3）最后一层土方开挖。最后一层的土方由于深度较深，长臂挖机的作业半径不能够满足要求，所以在开挖过程中，在大、小里程端头井的土方即采用小型挖掘机配合25t吊车垂直出土，小型挖掘机在基坑内将土方装入土斗，利用25t汽车吊吊出至地面。土方开挖挖至基底以上30cm后，采用人工清底的方式挖除剩余的土方，并尽可能减少对坑底土方扰动，以满足基底的控制要求，在通过基底验槽后进入下一道工序。

3.1.3 基坑开挖的监测

截至外环辅道站基坑开挖施工完成，共发布监测预警累计0个，其中监测红色预警0个，监测橙色预警0个，监测黄色预警0个。地表沉降、墙顶沉降、墙顶水平位移、支撑轴力以及不同深度的墙体水平位移等5个监测项目累计值见表1。

表1 监测数据汇总表

由上表可知，自土方开挖起至土方开挖完成，各监测点累计值及变化速率均在允许范围，说明在天津地铁11号线外环辅道站采用平层开挖的施工方法能够保证基坑开挖过程中的安全，此开挖方法能够适应天津地区富水软土地区的土方开挖施工作业。

3.2 基坑开挖施工质量控制措施

在基坑开挖施工前，核查基坑范围内的降水情况，保证在无水条件下进行土方开挖作业。同时在开挖前对车站地下连续墙施工的质量进行评估，主要通过降水试验观测基坑范围内外的水位变化，评估其止水效果即施工质量。基坑开挖过程中及时进行钢支撑安装，减少基坑暴露时间，并防止基坑开挖过程中施工机械碰撞钢支撑及降水井，造成损坏。同时要时刻关注降水水位变化及地下连续墙的隔水效果，始终坚持“先撑后挖，先探后挖、限时支撑，分层开挖，按需降水、严禁超挖”的原则。在外环辅道站基坑开挖的施工过程中，安排专业的技术人员对基坑开挖施工过程的情况进行日常的监测以及相关管理，对外环辅道站基坑围护结构变形受力以及周围建（构）筑物、各种管线和道路的沉降等进行监控监测，并根据监测的结果及时调整，并采取相应的加固措施。在基坑基底土层与设计相关要求不相符的情况下，及时告知相关部门及单位，并反馈基底土层信息用于指导施工。

4 结语

本文以天津地铁11号线外环辅道站基坑开挖为例，介绍了富水软土地层下基坑平层开挖的施工顺序及施工方法，并通过监测外环辅道站地下连续墙水平位移、钢支撑轴力变化等数据进行分析基坑平层开挖的质量及安全性。说明天津地铁11号线外环辅道站富水软土地层下基坑开挖采用平层开挖的方法能够保证施工质量，并规避了基坑常规分层开挖边坡失稳、涌水涌砂等险情的出现。天津地铁11号线外环辅道站基坑平层开挖的应用，为今后类似地质地铁车站工程的基坑开挖施工提供了宝贵的经验。