临近既有线地铁车站深基坑施工技术

王 颖

中铁十六局集团北京轨道交通工程建设有限公司 北京 101100

1 工程概况

本工程位于天津市河东区，为地铁4 号线正线车站并与5 号线成林道站换乘，地铁5 号线已开通运营。4 号线成林道站位地下二层，开挖深度约11m，其中基坑地下一层基坑采用灌注桩+ 止水帷幕桩支护结构，地下二层基坑采用地下连续墙支护结构，其中出入口通道基坑采用SMW 工法桩支护结构。基坑风险为Ⅲ级。

2 土方开挖方法

2.1 首层土方开挖

首层基坑采用分区盖挖法，基础采取明挖顺做法。作业区分为1～3 三个单元，土方自第1 单元向第2、3 单元挖土，由第2 单元延基坑垂直方向平槽退挖，运土路线借用出入口通道放坡，配合自卸汽车出土。盖挖顶板、环梁达到设计强度（钢支撑预加轴力）后立即进行下部挖土。

第一层土方开挖在基坑预降水10d、钢筋混凝土支撑达到设计强度（钢支撑预加轴力）后进行。

首先，1、2 单元挖土采用中型挖掘机及小型挖掘机配合自卸汽车出土，沿F 出入口临时坡道拉土至临时堆土场；在盖挖顶板下方布置小型挖掘机配合人工进行混凝土支撑下部的土方开挖和坑内渣土倒运工作，严格遵循先撑、先探再挖、分层、对称、均衡的开挖原则。

在前述基础上，组织3 单元土方开挖作业，此环节采取的是大型长臂挖掘机和小型挖掘机联合施工的方案，配套适量的自卸车，以便高效出土。在盖挖顶板下方布置小型挖掘机配合人工进行混凝土支撑下部的土方开挖和坑内渣土倒运工作，严格遵循先撑、先探再挖、分层、对称、均衡的开挖原则[1]。

2.2 第二层土方开挖

由于基坑较为狭小，不具备大型机械设备施工的条件，因此采取以小型挖掘机为主、人工为辅的方法，协同开挖。将土方倒运至已施工完成的负一层底板三单元处，然后长臂配合装车，自卸汽车倒运至临时堆土场；在条件满足的情况下，由环撑北侧（现成林道人行道处）利用长臂进行开挖，小型挖掘机布置在盖板顶板下方，辅以人工作业的方式，精准完成支撑下部的土方开挖作业，及时清理开挖期间产生的渣土，自卸汽车倒运至临时堆土场。严格遵循先撑、先探再挖、分层、对称、均衡的开挖原则。

基坑第二、三层土方水平方向自西向东平槽退挖。对钢支撑预加轴力后，开始组织下部的开挖。土方开挖在地下二层基坑预降水10d、负一层底板混凝土达到设计强度时进行，实施的是小型挖掘机和人工相综合的方案，严格遵循先撑、先探再挖、分层、对称、均衡的开挖原则。

2.3 出入口土方开挖方法

按照自上而下的顺序依次完成土方开挖作业。分层推进，第一层底标高为冠梁底标高，第二到三层土，层底标高为钢支撑底标高以下50cm。以挖掘机为主，组织表层土方的开挖作业，期间合理协调自卸车，高效出土。基坑土方开挖分三步完成，密切关注实际进度，择机安排刷坡，并及时将开挖产生的土方倒运至指定区域，避免大量堆放在现场。B 出入口基坑采用3 道钢支撑，基坑跨度35.5m。每层土方开挖前，首先沿SMW 工法桩纵向拉槽，确认无渗漏后进行对称开挖。

第三层土方开挖示意图见图1。

图1 第三层土方开挖示意图

2.4 施工基础安全的保证

2.4.1 基坑内部支护结构的保护

作为基坑作业中不可缺少的一个环节，支护结构的形式和维持极其关键，尤其是在基坑深度作业可达几十米的施工中，技术人员所采用的支护结构是否一直处于稳固状态将直接关系到整个基坑作业是否能够安全进行。就钢支撑支护结构来说，为避免土体沉降和周边环境被破坏，操作人员必须坚持“边挖边支撑”的原则，循序渐进地开展施工作业，由此保证内部支护结构的超强稳固状态，以降低施工安全风险。

2.4.2 马道处理

马道虽然为临时搭建，但其位置和搭建方式不容忽视。同时，作为深基坑作业中的坑底和上口相互连接的唯一出入口，马道的安全设备也会直接给整体基坑施工安全带来多项好处。作为以脚手架为搭建基础的通道，搭建过程中除平整以外，还要将其实行专业的夯实处理，让其坡道宽度保持在1m 的距离且时刻在90°的垂直状态，方便与其他施工设备相互连接和配合，由此保证所挖基坑上下口作业时的安全性，降低基坑沉降的产生概率。

2.4.3 夜间施工照明保障

介于施工进度和质量的要求，深度基坑在整个作业中存在夜间施工阶段，此时是考验技术人员对安全知识掌握的牢固程度。夜间照明是晚上施工时的亮度保证，在灯泡的选择和支设方面要重点考虑。本项目中，施工人员以作业的实际环境和范围为基础，在基坑作业区域内借助特定的钢管架，将瓦数在5kW 的4 个太阳灯以悬挂的方式设立在基坑上方，便于夜间施工，降低安全事故。同时，做到边挖边巡视的工作，对重点施工区域加强夜间的巡视和作业状态的观察。

3 钢支撑施工

（1）直钢支撑施工：本工程基坑支撑长度在5.1～11.4m 左右，钢支撑根据连系梁设置位置分两段进行吊装。待显现出支撑工作面后，凿除SMW 工法桩混凝土保护层，直至该部位暴露出预埋钢板为止，此后将牛腿安装至指定位置，并在设置好的牛腿处安装支撑，根据设计要求合理施加轴力，配套保护装置，全面增强防护效果。钢支撑最重约9t，为此配套的是100t 汽车吊，由该设备高效吊装。

(2）斜钢支撑施工：以实际施工进度为准，每完成一段土方开挖作业后，随即检测支撑中心标高，结合实测结果确定斜垫箱的安装部位，在此基础上凿出预埋钢板，以焊接的方法将卸垫箱设置好。此后，启用1 台100t 的汽车吊，用该设备吊装钢支撑，将其架设至已经到位的斜垫箱处，确认位置无误后施加预应力，复紧螺栓。

（3）混凝土（钢）连系梁施工：每层支撑间设置连系梁，混凝土支撑间连系梁与支撑连接按照设计及规范要求进行锚固及箍筋加密、加固，其余要求同支撑要求。

（4）钢支撑拆除步骤：按照“扣扎钢支撑→顶进作业→钢楔拆解→停止顶进→钢管下放及连接→吊运”的过程依次完成钢支撑的拆除工作。需要注意的是，此项作业开展的前提为混凝土的喷射结构满足初始设计方案要求，同时借助专业的托架将钢管予以拆除，如遇到围护结构断裂等情况，要及时运用焊接方式处理，并确保连接所用的螺栓、钢管等构件处于稳固状态，此时也可开展卸荷作业，由此完成整套钢支撑的拆除工作。

4 降水井施工

（1）主体基坑的降水井：采用的是孔径为650mm、直径273mm 的钢管，制作成钢管井。对于疏干井的施工，取适量优质滤料，用于回填自井底开始至地面以下2m 的范围，剩余部分回填填土。除此之外，进行如下配置：在坑外设潜水观测井，此处选用的是无砂水泥管，直径400mm、孔径700mm；坑外承压水观测井，此部分采用的是钢管井，滤管以上1m 至井底回填滤料，在完成此部分的回填作业后，于滤料顶面以上5m 回填优质黏土，借助此方法来达到封孔止水的效果，对于剩余的部分（优质黏土顶面至自然地面），回填施工材料则以黏土为宜。

（2）过滤器及滤网：配套的是桥式过滤器，钢管井孔隙率不小于15%，滤网采用60 目两层尼龙网，螺旋缠绕，搭接20cm，每隔30cm 绑扎铁丝一道。

（3）滤料：由于本工程所处地区，地层土颗粒较细，根据以往工程经验，针对疏干井和坑外观测井两部分的滤料，选用干净石硝或中粗砂，粒径控制在0.2～0.3cm。

（4）沉淀管：布设位置安排在滤水管底部，长度按1.00m 的要求予以控制，在此方式下，以免因井内沉砂而导致堵塞（此时不利于正常进水）。

5 基坑封井方案

第一阶段：在垫板垫层施工时，可对出水量较小的疏干井做封井处理，在此之前先用其他工作井正常运行，实现对水位的有效控制，待实测结果显示其低于基坑开挖面以下1.0m 时，可以开始封井，具体的数量视实际情况而定（必须确保基坑底板浇筑环节无突涌现象），通常，最多为基坑内疏干井总量的1/ 3。

第二阶段：待底板混凝土的强度达到要求后，适当保留一部分，作为结构抗浮井、应急井、后浇带用井，对除此之外的其他井均做封井处理。数量方面，以现场抽水情况为准，做合理控制。

第三阶段：抗浮及后浇带达到要求后，可以针对各预留疏干井做全面的封井处理。

在流程化的封井过程中，各阶段的细节较多，对于第二、三阶段的疏干井，其特殊性在于需穿过底板，因此对封井时间有特定的要求，即需要在底板混凝土浇筑结束且具备足够的抗浮性能后方可进行。项目采用到桥式过滤器井管，此装置穿过底板时衔接部位的控制极为关键，应确保底板与降水井管达到紧密连接的状态，以免出现渗漏。着重处理自基底以上部分的滤水管，将此部分更换为平管，并以焊接的方式设宽度至少达到15cm 的刚性止水钢环，经过多重处理后有效阻隔地下水，防止其渗漏。

6 基坑监测

6.1 监测目的

经过全面的监测后，根据数据判断5 号线车站与区间结构的变化，并且监测所得的数据可以给建设方和运营方提供重要的参考，以便对实际情况做出准确的判断，针对异常状况及时采取处理措施[2-3]。在加强监测后，可以在安全的环境下推进基坑施工进程，也能够保证既有5 号线的正常运营。

6.2 监测范围

项目监测范围取3 倍基坑开挖深度，整个区间内的受影响程度不尽相同，其中1 倍基坑开挖深度以内最易受到外部因素的干扰，属于主要影响区，1～3 倍基坑开挖深度范围为次要影响区，根据地铁4 号线成林道站1 号风道及F 出入口基坑与地铁5 号线成林道站的平面位置关系及纵向位置关系，地铁保护区的监测范围为地铁5 号线成林道车站的车站主体结构、轨道结构及2 号风道结构，适当外扩保护区监测范围，同时监测地铁5 号线成林道站与隧道之间的差异沉降，监测里程总长度约170m。

在地铁5 号线车站与地铁4 号线成林道站1 号风道基坑之间上方地表布设2 个地表监测断面，每个断面布设3～5 个地表监测点，共计8 个地表监测点。

于道路或车辆来往地段设地表沉降点，在测点处钻孔，孔径不小于110mm、深20～60cm，具体以现场硬路面层厚为参考，对钻孔深度做合理的调整。钻孔后，向其中插入长度为100～120cm 的圆头钢筋，使其能够到达软土层；并有效控制钢筋头的位置，使其低于地面5～10cm，钢筋头以下部分用回填土填充。道路上的测点钻孔侧壁应有钢护筒并应加盖保护。

于空地处布设地表沉降点时，在地表打入100～120cm 的圆头钢筋，地面采取防护措施，以免测点受损。测点设置到位后，于该处设置醒目的标记。

7 结语

根据施工期间检测及后续分析，本次基坑开挖对既有5 号线成林道地铁站影响较小，竖向沉降仅2.43mm，水平位移仅- 1.40mm。整个施工过程中未对既有5 号线运行造成任何影响。基本开挖工期约120d，开挖极限深度11m，开挖过程中对基本支护桩基内撑杆进行检测，支护桩水平位移在符合范围内，内撑杆受力均匀无突变。地面无沉陷，对周围建筑物影响基本可忽略。降水井与止水桩的设计方案保证基坑施工期间地下水始终位于作业面以下，且局部降水并未对周围结构产生沉降变形。

综合以上分析，本开挖支护和降水方案满足施工要求。特别是存在既有线路的深基坑施工，本施工方法具有可行性，满足要求，值得推广。