地铁明挖车站基坑开挖施工技术

◎李伟

地铁由于运力大、时效性高，能够有效提高城市公共交通的运量和效率，缓解地面交通堵塞，因此成为我国很多城市公共交通体系建设的主要发展方向之一。而车站是地铁系统的核心组成部分，其施工质量将对地铁系统的正常运营产生重要的影响。在地铁车站的施工中，明挖法是比较常用的施工技术，施工单位应准确掌握明挖法施工的各项技术要点和操作规范，保证车站的施工质量和效率，促进我国地铁系统的现代化发展。

一。地铁明挖施工相关内容论述

1.基本特点。

（1）施工操作便捷性高，相比于逆作法、台阶法等作业方法，明挖法在开挖时沿着由上至下的顺序，在结构施工时按照由下至上的顺序，施工便捷度较高，施工过程相对简单。

（2）施工工期较短，因为施工过程便捷度较高，所以消耗的时间成本较低，可起到缩短施工工期的作用。

（3）结构受力情况良好，明挖法所提供的作业面数量和作业面面积相对丰富，搭配支护结构的应用，能够营造稳定的作业环境，从而提高结构受力情况的稳定性。

（4）所需的作业场地较大，对于已初具规模的城市，为确保明挖法的正常应用，需阻断既有道路交通，且明挖法会对既有道路带来较大破坏，后期道路恢复、管线调整又会增加一些时间成本的支出，从而影响城市交通的正常运行。

地铁明挖施工图

二、施工关键

（1）施工期间做好各种地下管线的悬吊防护、确保各种地下管线在施工期间的安全和稳定。

（2）车站土方开挖及支撑过程中根据土体变形的时空效应原则，缩短开挖与支撑的间隔时间，减小因围护桩过量位移而引起的周边上体下沉量，以保护周围建筑物和行车安全。

（3）明挖基坑石方爆破施工安全。

三、基坑喷锚

挂网钢筋为Φ8@150×150，喷射施工材料为C20 早强混凝土，厚度80mm，钢筋网搭接量至少达30cm。在围护桩施工期间，分别向各桩置入长350mm 的Φ16 钢筋（竖向间距300mm），桩间设置Φ16 的三级钢加强横筋（竖向间距1.3m）。为避免钢筋网掉落的情况，辅以焊接措施，以提高其稳定性。

基坑喷锚图

1.喷锚施工流程。

喷锚施工流程为开挖工作面→基面修整→绑扎挂网钢筋→喷射混凝土→抹面收光。

2.喷射混凝土施工工艺。

喷射施工前做全面的准备工作，检查施工机械、水电管路等其它配套设施，保证其能够正常使用。喷射混凝土终凝达2h后，进入养生环节，以混凝土的质量情况以及气温为准，合理控制洒水量，加强防护，减小外部因素的不良影响。纵向单次开挖长度5 ～10m，挂网喷锚，尽可能缩短两项工作的间隔时间。换言之，开挖后土体的暴露时间不宜超过半天。喷头与受喷面的距离始终控制在1.5 ～2m，调整喷射机的风压，该值宜稳定在0.3 ～0.5MPa。分段分片有序喷射施工，先处理钢筋网与围护桩的间隙，再完成钢筋网的喷射作业。喷射施工期间，喷头持续做圆周运动，后圈压前一圈1/3，避免漏喷现象。遇桩间土体超挖的情况时，可用素混凝土回填并夯实，使其恢复至完整状态。加强对焊接长度的控制，同时焊缝需饱满。控制好接头的位置，不宜设置在受力较大的区域。

四、施工对策

1.对车站土方开挖根据理论计算分析，合理分段分层开挖，开挖后及时支撑并施做合适的预加应力。

2.选用合理的爆破方法和爆破参数，将爆破振动控制在允许范围内。

3.采用信息化施工，及时量测各项数据，通过理论计算分析指导施工，确保施工方法的科学可靠。

4.增加临时围护结构分割B 端设备与管理用房区为三块，化大开挖为小开挖，减少开挖中侧压力的影响。

五、地铁明挖车站基坑开挖的施工技术要点

1.土方开挖。

土方开挖作业分段依次开展，技术要点：

（1）精准测量并界定开挖边界，设置标高控制点，以便后续可以有效开挖土方，避免超挖、欠挖问题。

（2）土方开挖的工作量较大，采取机械化作业模式，即挖掘机、装载机协同运行，产生的弃渣由自卸车转移至指定堆放点，避免现场堆积。开挖过程中由专员指挥，及时测量标高，保证开挖进尺的合理性。

（3）合理协调开挖与支护的关系，尽可能缩短基坑无支撑的暴露时间，以免在外部环境的作用下导致基坑失稳。

2.土方回填。

土方回填以机械回填为主，局部机械设备无法正常运行时（例如空间限制），由人工回填。土方回填施工所用机械设备包含推土机、装载机等，按自下而上的顺序分层依次回填，单层厚度约300mm。

为提高回填后土方的密实性，先对填土进行初步平整，再用冲击打夯机等相关设备处理，全面夯实土方面层，不可遗漏。打夯机无法触及的区域，采用人工打夯的作业方法，要求虚铺厚度不超过200mm。从四周开始，逐步向中间推进，有序夯实各部分。

回填压实环节采用压路机，由专员操控设备，做到匀速、缓慢行驶。填土厚度不宜超过250～300mm，每层压实6～8遍，具体根据实际施工情况而定。各部分的碾压方向一致，均从两侧逐步向中间推进，相邻碾压带重叠15～25cm。填方边缘部分稳定性不足，压路机的吨位较重，易导致边缘处失稳，为避免边缘失稳，要求碾轮距填方边缘的距离不可小于500mm，角部位则由小型夯实机具处理。每完成一层碾压作业后，随即对表面拉毛。

3.基坑结构的支护施工。

（1）做好基础资料的研究工作，明确灌注桩的具体安装位置，并对控制点做好编号工作，以便于后续施工活动的顺利进行。

（2）钻机结构就位，需对基础结构进行处理，做好补强工作后，再进行钻机结构的安装工作，其中心线位置需和钻孔位置保持在同一线路上，同时在完成结构安装之后，还需对钻机垂直度进行调整，以此确保钻孔活动的顺利推进。

（3）开始进行钻孔操作，钻孔过程中需控制好钻进速度，并且控制钻杆偏移量，如果发现钻杆偏差值超过了允许范围，也需及时作出调整，随后再进行下一阶段的施工操作。

（4）对成孔质量做好检查，同时做好清孔工作，提前做好注浆管的预埋工作，在预埋过程中对泥浆进行拌和，水灰比控制在0.7～1.2。

（5）按照要求进行注浆施工，注浆管端口距离底部的距离不能超过50cm，注浆开始后，注浆管需深入混凝土面1.0～1.5m，以此提高最终的注浆效果。在注浆量达到9m3 时，暂停注浆施工，等待混凝土面自然沉降一段时间后，再次进行注浆操作，从而提高整个注浆过程的有序性。

4.基坑开挖与支护方法。

双侧台阶法。双侧台阶施工法就是土方开挖时，在中间进行拉槽开挖，而两侧进行台阶开挖，这样可以增加一次开挖分层厚度，提高初次土方的开挖量，同时也可以减少中间土方拉槽开挖的侧压力，有效防止塌方发生。

土方拉槽开挖竖向分层高度每次宜控制在2～3m，台阶高度宜控制在1～2m。纵向宜为20m。

第1 层的土方开挖至第1 道钢支撑下0.5m 处，需沿着基坑的纵向拉槽进行开挖，槽两侧顶需各留4m 宽工作平台，为后续网喷和第1 道钢支撑提供平台。

双侧台阶顶部可根据钢支撑的位置进行调整，有利于桩间喷射混凝土施工，又可利用此平台及时进行钢支撑安装，可以确保在钢支撑施工时不影响土方开挖施工，以整体加快总施工进度，由于两侧有土方，可以有力减小基坑两侧蠕变的速度。每层间保证平台预留土与基坑拉槽开挖保持同步进行，循环往复，直到开挖至距离基底标高20cm 时，需人工进行开挖至标高位置，保证基底土的稳定性。

5.基坑的垂直、水平运输。

基坑开挖内部的土方采用自卸汽车经马道水平运出场外。在钢管支撑下和围护桩附近机械难以开挖处，配合人工开挖运土至机械可以开挖处，再由机械开挖外运。最后马道土方的开挖用挖掘机挖土，剩余土方配合人工开挖，再由汽车式起重机吊装外运。

基坑开挖至基坑端部，基坑内安排1 台挖掘机，基坑边安排1 台长臂挖掘机配合出土，待施工至长臂挖掘机臂展触及不到处，采用起重机配合吊土，吊斗体积至少为2m3

6.地面排水。

在基坑顶部周边以砌砖的方式修筑排水沟，其作用在于承接基坑抽排水以及源自地面的雨水，提高排水效率，以免因水量较大而出现倒灌至基坑的情况。根据围护结构的特点，在其边缘部位修筑挡水缘。向基坑内抽水后，该部分水中含有泥沙，若直接将其排至市政管网中，则容易加大堵塞概率，造成严重的不良影响。对此，在各排入口分别修筑沉淀池，每池又细分为三个小池，即进水池、沉淀池、出水池，经过流程化的处理后，清理沉渣，将含泥沙量较低的水排至下水道，从而规避管道堵塞的问题。

六、基坑变形控制与复杂施工环境的应对措施

在目前的车站基坑开挖施工过程中，通常地质环境、施工环境都很复杂，因此，在施工过程中，要确保围护结构的质量。围护结构的抗侧压能力、抗渗能力、插入比是基坑稳定的关键，施工过程中对人工挖孔桩、机械钻孔桩进行严格的控制。严格贯彻“时空效应”原则组织信息化施工，处理好开挖和支撑的关系，严格按照“时空效应”原理组织施工，在开挖过程中掌握好“分层、分段、分块、对称、平衡、限时”六个要点，遵循“竖向分层、纵向分区分段、横向先中间后两侧、随挖随撑、快速封底”的原则，处理好开挖和支撑的关系，快速安装钢支撑，及时对钢支撑施加预应力，并根据监测情况及围护结构变形情况及时复加预应力，保证支护体系的稳定，防止地表水渗入土中软化土体。及时施作垫层和底板混凝土，控制底板隆起。基坑开挖到底后及时施作垫层混凝土封底，不允许长时间暴露，并适量降低承压水。根据监测结果的分析，必要时将垫层加厚或在底板上增加一道临时钢支撑。在最短的时间内将结构底板施作完毕，以确保基坑安全，不发生变形。结构钢筋混凝土按照底板→下三层侧墙、柱及中板→下二层侧墙、柱及顶板→下一层侧墙、柱的顺序从下至上逐层施工，支撑严格按设计顺序拆除，此时应处理好拆支撑和结构混凝土施工的关系。每段结构混凝土强度必须达到设计要求强度后才能拆除该段支撑。

1.车站基坑开挖方案。

地铁车站工程的基坑开挖计划一般是按照特定的方向从上而下分层次进行，通常采用的是机械分层开挖，开挖初期，采用挖掘机挖掘最上层的土层；其余土层采用小型挖掘机基坑内倒运，长臂挖掘机出土。控制周边地面沉降，保护周边建筑、管线及基坑的安全，一方面控制沉降总量，另一方面控制沉降速率。施工过程中要严格控制无支撑暴露时间在24 h 之内，对基坑开挖实行动态管理，将监测结果及时反馈到施工现场，指导施工，运用信息化施工，把基坑变形量始终控制在合格指标之内。开挖前将分层位置、深度作图示意，使施工人员做到心中有数，以控制挖土深度。

2.车站基坑开挖施工工艺。

基坑开挖分台阶施工，自上而下分多个台阶，每个台阶安排一台挖掘机负责向上倒运土方，最上一个台阶的挖掘机可用大型反铲挖掘机，连挖土带装运。（1）第一层开挖。分层厚度应按照设计要求，开挖方向按照设计方向倒退开挖，挖掘机停在地面上，开挖时利用反铲倒退挖土后直接装车，横向先挖中间部分，然后再挖两侧土方。开挖断面每超过一根横撑位置后及时安设第一道钢支撑。 （2）第二层开挖挖掘机从基坑南端钢横撑与角部斜撑围成的空间处开始开挖，并在第一道钢支撑安装前先在基坑中间沿纵向开挖出一条5.0 m 宽的坡道，坡度小于30°，用于第二层土方运输，第二层土方沿横向先挖中间部分，为运输车辆提供装车位置，运输车辆由地面沿运输坡道倒至装车点，由挖掘机装车，运输至临时集土场。第二层土方控制在第二道钢支撑以下1.0 m 以内，工作面每超过一根钢支撑位置，及时安装钢支撑。（3）第三层开挖。挖掘机按照设计方向倒退开挖，开挖顺序为先在基坑中部挖，沿纵向开挖出5.0 m 宽的坡道和第二层坡道连接，运土车可进入基坑装运第3 层土方。工作面每超过一根钢支撑位置，及时安装钢支撑。（4）第四层开挖。利用长臂挖掘机停在第3 层土体上挖第4 层土方，先挖横向的中间部分再挖两侧，运输车停在第3 层土体上装土并运出基坑。

七、施工监控侧量

1.监控量测方案。

监控量测包括保护结构的水平变化、保护结构的横向变形和土体的变形、水压力、保护结构的土压力、地面沉降等。

2.控制标准。

（1）防护结构的水平位移和沉降超过警戒值（警戒值为底板坑开挖深度的2‰，控制值为底板坑开挖深度的2.5‰），通知有关部门提高测量频率，组织技术人员对施工要素进行分析，调整支护参数或采用地层加固措施，确保防护结构稳定；超过最大控制值，停止施工，专人组织施工过程，调整措施，保护结构，然后再恢复施工。

（2）地面沉降速度过快（报警值为10mm，警戒值为20mm，最大控制值为30mm），应提高监测频率。必要时，责令有关部门停止运行，检查加固支护基础，加强对岩层的防治，确保施工安全。

（3）周围建筑物地基和地面沉降过大时，应及时采取措施，加固底板周围的地层。

（4）当建筑物变形到接近报警值（报警值为10mm）时，应增加检测频率，另外，根据试验结果，快速调整支护参数或加强地层。当达到警戒值（边界值为20mm）时，通知监理及上级主管部门，必要时在已有建筑物的基础上采取加固措施。

结语

综上所述，地铁作为重要的城市有轨交通工具之一，在应用过程中，具备行驶安全性强、载客能力高、运行速度快等应用优势。在城市地铁明挖车站施工中，基坑开挖是重点内容，施工中需根据实际情况合理优化技术，除了做好基础开挖工作外，还需加强支护以及防排水，有效维持基坑的稳定性，尽可能减小外部环境对基坑施工的影响，在安全的环境中高效完成基坑的建设工作。根据本工程所处的地理环境及工程地质情况，制定与之相应的施工开挖技术方案；钢支撑的位置应计算准确，并确保施工无误；确保施工过程中技术可靠，相关措施得当，各项工作按部就班，管理到位，保证每道工序顺利进行。