地铁明挖车站深基坑开挖及支护技术研究

姚金亚

(北京铁城建设监理有限责任公司 吉林长春 130011)

1 工程案例分析

以长春市地铁2 号线西延线工程土建工程为例，研究地铁明挖车站深基坑开挖及支护技术。长春市地铁2号线西延线工程汽车公园站位于凯达北街和东风大街交汇的红旗广场环岛以北，车站主体长度为418.9 m，标准段宽度为21.7 m。车站沿车站纵向、自大里程端至小里程端为下坡，坡度为0.2%车站中心覆土3.8 m，南端覆土约6.0 m，北端覆土约为2.5 m，主体混凝土顶板、顶梁、底板、底梁、侧墙：C40、P10 防水混凝土；中板、中梁：C40 混凝土；立柱：C50 混凝土；污水池、废水池侧墙：C35 防水混凝土；其他内部结构：C30；底板下素砼垫层C20 素混凝土；道床下回填素混凝土：C20 素混凝土。

2 地铁明挖车站深基坑开挖及支护技术应用

2.1 做好施工准备

施工准备主要涉及以下几个方面。

2.1.1 施工方案准备

施工方案的准确性、合理性直接关系到基坑开挖能否稳定推进。要求设计人员了解工程施工区域的整体情况，包括地形地貌、车站明挖段基坑深度标准、一级、二级放坡坡率、资本投入等，从而在综合各项因素的情况下进行方案设计[1]。

2.1.2 技术准备

（1）要求明确地铁明挖车站深基坑开挖及支护技术流程、应遵循的规范与规定；（2）开挖、支护方案确定后，安排图纸会审、设计交底，并将方案呈递专家组予以审核，审批后方可实施；（3）细致检查组合钢模、三脚架、连接件、螺栓等设备完好度、连接紧固程度等。

2.1.3 材料准备

包括以下几部分：（1）可调组合钢模板（5 mm钢面板）、竹胶板（15 mm）、盘扣式脚手架（Φ48×3.2 mm）及扣件、U 托丝杠；（2）定型组合钢模板及木模板、Φ48×3.0 mm钢管、U托丝杠；（3）顶板、中板、楼梯、站台板及梁：盘扣式满堂钢管支架（Φ48×3.2 mm)、15 mm 竹胶板、80 mm×130 mm、80 mm×80 mm方木、10#槽钢，对拉螺杆；（4）盘扣脚手架主要配构件。

2.1.4 人员准备

设置如下岗位：工区经理、技术主管、质检人员、安全员、测量人员、木工、普工、吊装工等。

2.1.5 机械设备准备

包括准备塔吊、汽车吊、钢筋弯曲机、钢筋调查机、切断机、交流点焊机、直螺纹滚丝机、插入式振捣器、木工圆盘锯等[2]。

2.2 深基坑开挖施工方案与流程

在地铁明挖车站深基坑开挖进程中遵循“分段分层、中间拉槽、自上而下、先支撑后开挖”的原则，以此来为稳步推进开挖工程。关注以下要点。

（1）车站深基坑主体结构从两端向中间采用明挖法施工，在开挖时中间位置预留出临时出入道路，可让自卸汽车驶入基坑内部运输土方是，在挖到足够深度后，测量临时道路坡度，若是其超过汽车最大爬坡能力，需引入3 台pc300 挖掘机进行传递式开挖，最后阶段以pc200 挖掘机完成开挖，再用汽车吊垂直提升到地面。

（2）中板水平施工缝留设在加强腋角上或下各300 mm 的位置，底板纵向施工缝（如图1 所示）设在底板腋角上300 mm的位置，环向施工缝留设在纵梁跨中1/4～1/3 范围附近，并且距离板、墙开洞部位或避开加强环梁不小于300 mm；整个车站现浇段共分为16个流水段施工。

图1 纵向施工缝划分示意图

（3）设定支撑体系。顶板、中板、楼梯、站台板、梁采用盘扣式脚手架作为支撑体系，柱、侧墙模板采用组合钢模及木模板，以三脚架、钢管支撑等作为支撑体系[3]。

（4）明确开挖流程。①开挖至基底设计标高处，铺设底板素砼垫层，敷设防水层，施作底板结构及部分侧墙；绑扎底梁及底板钢筋；立模并浇筑底板（底纵梁）混凝土；②底板达到设计强度；拆除第三道钢支撑；施做第三道钢支撑以下部分侧墙防水层；施左侧墙及立柱结构；③侧墙达到设计强度后拆除侧墙模板；施做部分侧墙及中板结构；④中板达到设计强度；拆除第二道钢支撑；施做第二道钢支撑以下部分侧墙防水层；施左侧墙及立柱结构；⑤拆除第一道钢支撑，搭设满堂架；施做防水层及侧墙、顶板[4]。

2.3 深基坑开挖及支护工艺与技术

2.3.1 明确施工流程

施工流程主要涉及以下步骤：施工准备、测量放线、表层土方开挖、边坡支护、石方爆破开挖、边坡支护、清低验槽、垫层施工。

2.3.2 基坑石方爆破开挖

基坑选择二级放坡开挖，其中坡度处于1∶0.3 与1∶1 之间，在进行爆破时，以人工风钻钻眼成孔，再加上人工装药、连线起爆来完成联合施工，其中爆破设备是瞬发电雷管、乳化炸药，引爆索连线直接起爆，选择的爆破工艺是“光面爆破+潜孔松动爆破+炮被覆盖”的联合爆破工艺，浅孔松动爆破主要用于基坑边坡区域、基坑内部，静态爆破用于铁塔防护区内；边坡土石方选择的是自上而下、随挖随支、竖向分层、纵向分段分台阶展开。在利用爆破减振技术时，应选择适宜的炸药，保证炸药、岩石结构波阻抗的匹配度，提升炸药效率，合理安排起爆顺序，避免出现爆破振速重叠，控制振速在合理范围内[5]。

2.3.3 车站围护结构施工

车站维护结构选择的是明挖放坡开挖，其中边坡支护依靠网片、锚杆、喷射混凝土来完成支护；将边坡设计为两段边坡，其中一级边坡、二级边坡分别是1∶1、1∶0.3；在暗挖段区间洞口、本体洞口上方设定一级边坡、二级边坡分别是1∶1、1∶0.5；锚杆选择的是Ф22砂浆锚杆，倾角达到15°，钻孔直径达到Ф100，按照梅花型进行布置，维持间距在2 m 左右，锚杆顺坡长度、反坡长度分别是3～5 m、5～7 m；网片选择的是Ф22 圆钢，间距保持在200 mm，喷射混凝土厚度不小于100 mm。

在进行砂浆锚杆施工时，工艺流程涉及以下步骤：做好施工准备工作、第一层土石方开挖、修整开挖坡面、底层喷射混凝土泥沙浆、放线定孔、机器钻孔、制作锚杆、清除孔内异物、安放锚杆、注浆、二次注浆、制作钢筋网、表面再次喷射混凝土砂浆、焊接锚头、第二层土司坊开挖。按照以上顺序来完成各个层级、各段的基坑土石方开挖，直至挖至基坑底部。锚杆选择的是HRB400，Ф22 钢筋，其中锚杆主体是直径为22 mm 的钢筋；而锚头选择时长100 mm、直径22 mm 的类型与锚杆一致的钢筋，焊接在锚头适宜位置；在使用锚杆前，需进行除锈、除油、焊接牢固处理，并保证锚杆长度达到设计标准；锚孔内部积水应及时清理，岩土浆上杂物亦应当清除，并按照设计标准针对锚杆完成压浆封堵，使其起到相应的应用效果[6]。

2.3.4 基坑降排水

地铁明挖车站深基坑中设置有集水井、明排水沟，确保及时排干净涌入地下的水，排出的地下水会经过三级沉淀池沉淀，其后输送到市政污水管道，降水井数量、降水方式、孔径、降水井深度等都需要结合实际情况而定；在深基坑周边坡顶挖出排水沟，在各个开挖面角落设置集水坑，保持集水井底面低于开挖面至少0.5 m，至下一层开挖面再次设置集水坑，满足后续排水所需。

2.4 支模架设计工艺

（1）此次模板支架选择的是盘扣式脚手架（Ф48×3.2 mm），侧墙选择扣件、钢管（Ф48×3.0 mm）。其中盘扣式支模架主要构、配件种类及规格如表1所示。

表1 盘扣式支模架主要构、配件种类及规格

（2）在进行支模架设计时，应结合当前深基坑施工规范来选取对应设计参数，涉及以下数点：第一，板、梁支撑架施工荷载取值模板支架设计时考虑的荷载标准值：模板及主次龙骨0.5 kN/m2；钢筋及混凝土自重25.1 kN/m3；施工人员及施工设备荷载3.0 kN/m2；第二，模板支架的荷载分项系数：永久荷载的分项系数，取1.2；计算结构抗倾覆稳定且对结构有利时，取0.9；可变荷载的分项系数，取1.4。

（3）模板设计。该工程主体结构顶板、中板、侧墙及梁、柱等采用15 mm厚多层竹胶板、组合钢模板与盘扣式脚手架支撑体系。模板背面用方木进行衬垫，提高模板刚度，保证板面平整度要求，并且相邻两块竹胶板无论横向拼缝还是纵向拼缝，保证在同一根方木上进行搭接，设木钉固定，避免出现错台。

（4）底板下翻梁模板。底板下翻梁，为便于钢筋绑扎，下翻梁采用喷锚作为模板；先采用48 型小型挖掘机挖槽，槽宽大于梁设计宽度单侧15 cm；浇筑10 cm C20素混凝土垫层；施做防水层，防水层施做完成后及时施做防水保护层。

（5）上翻梁模板。底板上翻梁采用15 mm 竹胶板，支撑体系为80 mm×80 mm 方木作为横向内背楞，Φ48×3.0 mm双排钢管作为竖向外背楞。横向内背楞间距450 mm，竖向外背楞间距480 mm，面板采用C14对拉螺栓连接；为保证梁模板截面尺寸正确，在模板内加定位筋，定位筋采用C18 钢筋制作，间距1 200 mm，梅花形布置，两端点涂防锈漆；为避免梁模板整体侧向偏移，在梁两侧采用Φ48×3.0 mm 单排钢管作为斜向支撑，支撑间距1.5 m，固定在Φ48×3.0 mm钢管上，钢管背顶在预先埋设的Φ25 mm锚筋上，靠近模板侧用U型丝杠顶在方木上。

（6）侧墙模板。侧墙采用新型组合钢模板，模板面板采用5 mm 钢板，支撑采用三角钢架支撑；侧墙模板在地面预先拼装完成，钢模板面板宽2 m，有4.5 m×2 m、1.2 m×2 m，1.5 m×2 m这3种型号。模板竖向肋板水平间距300 mm，横向背楞采用双拼槽钢（槽钢背对背设置），采用不等距布置，从下往上间距分别为300 mm、480 mm、900 mm、1 100 mm、1 200 mm、1 400 mm。在模板吊运前必须逐一检查汽车吊的吊索、吊具，对有损坏的及时更换；起吊前，现场安全员、信号工须对吊点进行检查，确认安全后在进行吊装作业。

3 深基坑监测

实施深基坑监测的最终目的是保证深基坑开挖及支护技术应用的稳定推进，时刻把握基坑竖向、横向位移情况，实现对基坑质量的合理评估，减少风险。在监测时可引入徕卡1201全站仪，对深基坑的各个层级展开测量。主要包含以下方面内容。

3.1 位移监测

在进行深基坑开挖前，选择钢板桩围堰四边中点区域部署测点，再用显眼的红漆标记，并保留、记录测量结果；在后续实施时，以钢尺、全站仪实现，前者测量的是水平位移。后者测量的是绝对位移，得出相关数据。

3.2 深层水平位移

在监测深层水平位移时，可选择基坑底标高以上大约2 m 位置围堰四遍周线布置反光贴测量，再以全站仪来测量各个深度、位置对应的水平位移，记录每次测量得出的数据，纳入管理数据库[7]。

3.3 裂缝监测

若是外延外侧地面在施工时出现开裂、裂缝问题，应安排专人对其加以监测，明确土体裂缝具体位置、走向等；部署测点在裂缝两侧适宜位置，测点数量则依据裂缝大小而定；测点可选择十字螺丝钉、小方木桩来进行；在整个监测过程中，可通过标准钢尺确认各个测点位移来实现对裂缝的有效监测。

3.4 监测异常结果处理

若是在监测过程中出现如下问题，则严禁继续施工：基坑周边建筑物一侧发生位移，位移量每日大于3 mm，且位移迹象仍在持续；剩下基坑位移大于5 mm，且位移迹象仍在持续。该种情况下需通过监测来明确异常情况出现的具体原因，执行对应的应急处理方案，避免对建筑基础产生负面影响。

4 风险控制

在地铁明挖车站深基坑开挖及支护时，会因各个方面的影响因素而使得工程面临各项风险问题，需结合风险特征制定对应的解决对策，以此来保证工程的稳定推进。针对高空坠落、物体打击、机械伤害、施工用电等事故，要求作业人员持证上岗，参与各个时期的培训学习，了解各项风险所在，提前做出反应；所有用电设备，按规定设置漏电保护装置；各种施工作业人员持证上岗，配备相应的足够安全的防护用具。

5 结语

综上所述，该文就地铁明挖车站深基坑开挖及支护技术进行了论述与分析，强调了其重要性与必要性，建议给予其足够的重视，分析地铁明挖车站的整体情况，按照固定的流程来展开开挖、支护工作，保证达到理想的深基坑开挖效果，为后续工程施工奠定基础，给广大市民提供更好的出行条件。