深基坑开挖施工技术在地铁车站工程中的应用

李永金

（中铁十九局集团有限公司，北京 100176）

1 项目概述

上海地铁1 号线全长18.6 km，设站11 座，均为地下车站。工程施工区域为饱和含水黏土层，抗剪强度、灵敏度、高度压缩流变性均比较低。

2 地铁车站深基坑特点

（1）施工规模大，结构复杂。多条线路换乘是地铁车站必须要达到的要求，这时就会增大深基坑的施工规模，让整体结构更为复杂，还会延长施工工期。

（2）不确定因素较多。地铁建设工作需要在城市内部开展，深基坑施工会对供水、燃气、电力等很多地下管线产生影响，因此会出现较多影响施工的不确定因素。

（3）监测难度较大。地铁车站都在地下且具有复杂的结构，基坑深度较大且需要使用很多施工设备和仪器，监测难度也会相应增加。

3 地铁车站软土深基坑施工技术应用

3.1 挖掘技术

软土地层是项目工程施工区域的主要地层。在挖掘软土地基中的深基坑时，专门的驻站人员或负责车站工程的技术人员可在时空效应规律的基础上，控制基坑挖掘支撑的每个施工段，包括其几何尺寸、未配合支撑时挡墙部分的暴露时间等，确保所有的数值都符合国家和行业标准，并保证其在工程的设计允许限度之内。

当然，还要综合考虑周边的施工条件、维护墙体体系、地铁车站基坑规模、几何尺寸、地基加固等因素，并以此来选择地铁车站基坑分层分步、平衡、对称开挖、支撑顺序、支撑时间等，确保分层挖掘的时限、层数等各项指标既被控制在行业标准范围之内，又符合施工的具体设计要求。

在对地铁车站的施工方案进行初次设计时，技术人员就必须考虑车站端头井，按照分层、分段挖掘的原则对各项施工步骤中的支撑单元进行有效划分，同时对每个挖掘单元的分层长度、支撑钢板数量、开挖时间、支撑架设时间分别设置为5.8 m、2～7根、6.5～7.5 h、1.5～2.5 h。此外，还要注意控制车站范围内基坑挖掘的纵向纵坡度和台阶小坡，最好的标准为1/3 和1/1。为在最大程度上保证车站基坑台阶小坡的稳定，在挖掘开始前，可将工程范围内的土层全部看成均质土层，并以此为基础通过稳定数分析法对台阶小坡的稳定性进行确定。

考虑到周边的交通、环境等因素会在一定程度上影响基坑挖掘作业，可借助单边开挖方式对车站基坑进行挖掘。分段挖掘示意如图1 所示。

图1 地铁车站深基坑分段挖掘示意

具体的施工步骤为：

（1）在对地铁车站基坑第一分层的第1、2 分块进行挖掘时，要按照从外向里的顺序进行，共需架设6 根支撑杆，总挖掘土方250 m3，分层高3 m。挖掘第3 分块时，按照先中间三角区再中间拉槽的顺序对两个中间柱进行挖设，需架设2 根立柱连系杆，总挖掘土方480 m3，分层高2 m。挖掘第4 分块时，要借助两台挖掘机对槽两侧的土方进行同步挖掘，需架设3 根钢板支撑杆，总挖掘土方400 m3，分层高2 m。挖掘第5 分块时，要按照从一侧向另一侧倒退挖掘的方式，在挖掘到第三根立柱桩后，先将6 根斜支撑杆设置在西北角后，再架设连系杆，总挖掘土方300 m3，分层高2 m。

（2）在对第二分层进行挖掘时，要先完成中间三角区的挖掘，此阶段不需要架设支撑杆，总挖掘土方450 m3，分层高3.5 m。随后再对东北和东南两个三角区进行同步挖掘，两个区域要分别架设5 根钢支撑杆，两个区域各挖掘土方580 m3。在后续其他区域土方的挖掘中，因为开挖量多且土方宽度大，此时可按照先中间再两边的原则进行，但需在两个立柱连杆之间架设4 道长支撑杆，以此降低维护结构变形的概率。最后，让挖掘机和地面长臂挖掘机相互配合，参照顺钢支撑方向从北向南推进，但挖掘时需用上下交错方式将6 根直钢钢板支撑杆设置在西南角位置[1-3]。

（3）在对第三、四、五分层进行挖掘时，不仅要在前一个分层挖掘完之后进行，还要主要吸收改进前方分层挖掘时的方法和顺序，确保后面分层挖掘的顺利。有一点需要注意，在挖掘最后一个分层时，不需要架设任何连系杆和支撑杆，施工人员可直接挖掘至基底位置，但要在底部由人工完成清底抄平。此外，为有效减少基坑因隆起变形对工程带来的影响，需要对基地进行封闭作业，此种作业最好选择厚度为22 cm 的C30 强混凝土。

3.2 支护方法

为实现各类支撑结构支撑作用的最大化，施工人员要综合施工内容、影响因素、现场实际等，慎重且恰当地选择支撑方式。因每个工程的施工场地都存在差异，有时钢支撑节点的构造会受到场地限制，这时应选择受力直接、节点简单的正交布置方式。但因基坑挖掘开始后存在车站整体再两侧土压力差的作用下向西侧发生位移的情况，因此，为保证后期投入运行后的安全，在设计支撑标高时，施工人员可考虑在基坑与运输线交界处，采用基坑围护土压力方法平衡车站主体结构东西侧的土压力差。

3.3 施工监测

按照分层挖掘原则，工程技术人员可在作业前将监测点设置在每层和每个挖掘步骤中，在挡墙内和建筑物周边设置测斜管、空隙水压计、精密水准仪和测压传感器。通过在施工中使用上述方案，有效降低了基坑开挖中产生的形变。监测结果显示该车站维护墙体最大水平位移、基坑周边房屋沉降值及管线沉降值分别为2.6 mm、6.5 mm、6.5 mm 时周边环境稳定。

4 地铁车站软土深基坑周边建筑保护措施

4.1 跟踪注浆保护

针对因软土深基坑开挖卸载造成的维护墙体回弹隆起问题或产生的维护墙体变形损失等情况，施工期间可安排专人对施工过程进行严密监测，一旦发现问题立即上报并采取有效措施。一般情况下，想要进行基坑注浆维护，设置注浆管时就必须将贴紧坑外，注浆时要注意分层和控制速度。此外，还要及时回填土块，尽可能减少周边建筑物出现位移、沉降的问题。一般而言，基坑都存在围护墙体刚度欠缺和深度大的问题，因此在施工时，要考虑采用双液分层注浆技术，增加被动区的抗变形和抗压能力[4-6]。注浆保护如图2 所示。

图2 注浆保护

4.2 降水纠偏保护

工程整体的施工区域都是软质黏土底层，同时还存在含有薄层粉砂的问题，且该区域的地下水位普遍偏高。结合此现状，在开始施工前，施工人员和技术人员要充分了解挖掘作业区域的地质和周围环境，并结合得到的数据和信息，对施工时需要使用的支护方式和各项施工参数进行最终确定。此外，还要在环境强度允许范围内，采取可行的地基加固措施或进行有效隔断，最大程度地减少地层位移。还可在此基础上，针对施工区域存在的降水沉降风险，利用降水纠偏技术，调整地下管线及邻近建筑物区域内地下水位。

5 结语

总而言之，施工复杂、时间长、支撑难度大是地铁车站在进行深基坑施工时普遍存在的问题，因此，在进行此类或相似的施工时，施工人员要充分考虑现场实际，遵照分层、分布挖掘原则，利用时空效应规律，对各模块开挖厚度进行合理设置，最终选择合理、有效且恰当的支撑方式。当然，要以车站软土深基坑的各类检测数据为入手点，对施工范围周围的建筑采取合理的保护措施，保证施工安全及后期地铁车站的稳定运行。