郑州市某地铁站基坑开挖施工研究

汪耀武

(咸宁职业技术学院，湖北咸宁 437100)

随着我国城市建设的飞速发展，地铁建设工程也越来越多。但是，地铁工程基础埋深往往都很大，从十几米到几十米，并且大多采用明挖法施工，又是在市区建设，由于建筑红线所限不能采用放坡法施工。这就对基坑开挖施工提出了更高的要求。在施工过程中，需要采取加固措施对基坑进行支护并加强监测，防止由于基坑开挖过程土体的卸荷作用导致土体产生过大的沉降、隆起或者基坑失稳等事故的发生。本文以郑州市某地铁站为例，探讨了施工过程中确保基坑稳定的措施，以期为类似工程项目施工提供技术参考。

1 工程概况

郑州市地铁众意路站为5号线的第8座车站，位于商务外环路与众意西路路口。车站应用了地下两层三跨(局部两跨)岛式结构，站台尺寸，车站外包总长226.0m，标准段外包总宽20.1m，车站总建筑面积8581.56m2。

众意路站位于郑州市郑东新区CBD区域附近，根据岩土勘察报告所提供的资料显示，本站工程场地属于A区地貌单元(黄河冲洪积平原)，场地30m深度范围内地层主要为第四系全新统(Q4)地层，0～20m主要地层为砂质粉土、黏质粉土、粉质黏土，夹有粉砂、细砂，20-30m主要地层为中密-密实细砂。

2 基坑降水

众意路地铁站的地下水类型主要为第四系松散岩类孔隙潜水，粉砂、细砂和粉质黏土等土层是含水层主要来源。勘察结果表明，场地地下水位埋深在8.5～17.80m范围内，标高73.72～84.24m，现状水位位于车站顶板下约7m处。其中，东区地下水位埋深较浅，但是标高较高。地下水位以年的幅度变化，地下水补给来源以径流补给为主，径流方向主要来自西、西南向东及东北方向，另外还有大气降水补给等。

基坑降水采用落地式止水帷幕加坑内管井的方式，在围护桩外侧15cm处设置三轴水泥搅拌桩，搅拌桩Φ850mm@600mm，坑内设置1排Φ300mm@20m管井，端头井处管井间距适当减少，降水井深度超过结构底板6m，同时在坑外设置2口观测井及时掌握坑内外水位变化情况，降水工作于基坑开挖前20天开始。

3 基坑开挖方案

3.1 基坑开挖施工流程

车站主体结构采用明挖法施工，标准段基坑开挖深度约16.64m，基坑最大开挖深度在西端头(小里程端)盾构井处，开挖深度为18.88m。开挖土方量约70147方。围护结构采用钻孔灌注桩加内支撑的支护形式，车站两端盾构井的围护采用Φ1000mm@1200mm钻孔灌注桩，外加1道混凝土支撑、2道壁厚为16mm、Φ609mm 的Q235钢管撑、1道壁厚为16mm、Φ609mm 的Q235钢管倒撑；车站标准段围护结构采用Φ1000mm@1300mm钻孔灌注桩，外加1道混凝土支撑、2道壁厚为16mm、Φ609mm 的Q235钢管撑。围护桩外侧布置Φ850mm@600mm的三轴搅拌桩止水帷幕。基坑开挖施工流程见图1。

图1 基坑开挖施工流程图

开挖时先进行一期交通疏解，围挡车站东西两端，众意西路口保留双向六车道加两个非机动车道。首先进行军便梁处围护桩、止水帷幕及降水井施工，待冠梁支撑完成并达到80%强度后开始军便梁施工，并进行二期交通疏解。车站两端均为始发端，采用拉槽式方式从车站东西两端进行拉槽开挖。

(1)挖除首层土至冠梁底，进行冠梁和第一道混凝土撑施工，出土口位置预留两处混凝土支撑暂不浇筑，保留支撑下土方作为出土坡道连接地面。

(2)混凝土撑强度达到80%强度后，从出土坡道处(军便梁东侧10m)向两端头井掏槽，清除第二层土方(混凝土撑下4.5m)作为出土通道和挖机工作空间。第一道支撑已架设，按设计可整体挖除此层土方，考虑尽快能为拉槽施工车辆出土提供工作空间，第二层土方先掏槽，待纵向槽整体拉通后，可以进行后续拉槽施工后，开始进行第二层土方槽两侧土方开挖。

图2 第二层土方掏槽断面图

(3) 车站两端各配置2台挖机进行拉槽施工，槽宽5m，坡度以15度为宜，不宜大于20度。拉槽开挖遵循“水平分层、纵向分段、先撑后挖”原则，同时两侧应预留土体防护，横向两侧预留土体平台宽不小于2m，坡度1:1，根据每层开挖土体土质情况可适当加大放坡系数。

3.2 钢支撑架设

在基坑施工时，钢支撑可以起到保持结构的稳定，避免钻孔后围护结构出现过大变形等重要作用。钢支撑两端均支撑于腰梁(钢围檩)上。为保证基坑安全，钢支撑架设时应按设计要求施加预加力。另外，为防止渗水和流砂等现象，基坑开挖后应迅速浇注支撑体系中底板混凝土垫层。钢围檩采用两根I45b型工字钢加缀板组焊而成，钢牛腿采用等边L75×8角钢焊接而成。钢支撑采用Φ609mm钢管，壁厚t=16mm，支撑系统均采用Q235-b钢。钢支撑分节制作，不同钢支撑主要分为3m、6m和9m三种标准长度。管节间主要是采取法兰盘螺栓的方式进行连接，端部安装有预加轴力装置。为保证钢支撑施工的精准性，钢支撑制作完成后需要先进行预拼装，钢支撑之间靠一根长度为1.5m的活动端头连接，端头有30cm的可调整余量。

车站基坑围护结构中倒撑也采用Φ609mm，t=16mm的钢管支撑，该部位底板施工期间，侧墙一并施工至第三道钢支撑下500mm，待结构强度达到设计要求后，架设倒撑并拆除第三道钢支撑，然后继续施工负二层侧墙和中板，待中板强度达到设计强度的80%，拆除第二道支撑并向上施工主体结构，倒撑可根据施工进度适时拆除。

4 施工监测

4.1 监测项目

为了确保施工期间的结构及建筑物的稳定和安全，结合设计图纸和该地段地质条件、支护类型、施工方法等特点确定监测项目和使用的监测仪器。基坑监测项目见表1，围护结构监测断面见图3。

图3 围护结构监测断面示意图

表1 基坑监测项目汇总表

4.2 监测变形控制标准

基坑施工过程中要对地表沉降、围护结构水平位移等项目进行监测。施工进程是决定各项目监测周期的重要依据，一般情况下监测间隔时间可以是2-3天，但是在基坑降水或者土方开挖等荷载变化较大阶段，必须每天进行监测甚至每天要测量几次。如果发现监测数据异常或者现场有较大裂缝等事故征兆，必须马上加大监测频率，进行连续监测。同时，要进行预警，并将监测结果及时向建设单位、施工单位和监理单位等有关部门报告。监测变形控制标准见表2。

表2 监测变形控制标准

5 确保基坑稳定措施

(1)规范施工操作流程

严格按照制定好的基坑工程施工组织设计进行规范施工，如有变更必须重新进行审批。施工前要对工人进行技术交底，以提高安全和规范意识；为避免变形过大，引起周围管线或者建筑物破坏，基坑挖土应采用分层开挖和分段开挖等方式。基坑开挖后，应及时进行支护和垫层施工，以减小土体位移。

(2)充分做好基坑排水

为了避免在开挖过程中导致浸水，于坡顶外建挡水堤，以免地面积水冲刷坡面，同时可以防止基坑外排水回流。基坑内除了设置排水沟，还要设置集水井，各层施工之前，通过污水泵及时排出污水，以免积水影响施工。另外还需在基坑外侧开挖排水沟，避免地面的积水流入基坑。

(3)加强变形监测

基坑变形监测有利于及时发现基坑施工过程中存在的安全隐患，因此要加强对围护结构形变以及地表沉降等项目的监测，并且根据施工实际情况适时调整监测频率。如果发现监测结果异常，如果有必要应该采取有效的手段，避免出现大幅度的变形。当变形达到报警值时，要立即发出预警，并联合多方商议采取紧急加固措施。

(4)纵向边坡防护

施工中针对纵向边坡防护，如果边坡停置时间较短或者针对普通土质，可以直接将水导入排水沟中，或在坡面上铺设彩条布；挂网抹面法则适用于停置时间较长的夹砂层土质边坡，即于坡面铺设钢丝网，并插入1m的钢筋，将钢丝网固定起来，然后在网上铺设厚5cm的M7.5标号水泥砂浆作为防护层。