轨道交通大跨度半铺盖深大基坑土方开挖施工技术

    黄志肃 黄展案

    摘 要：本文结合埌东客运站工程，对轨道交通大跨度半铺盖深大基坑土方开挖施工技术进行了阐述，总结出一些施工经验和教训，为以后类似工程施工积累一些参考资料。

    关键词：开挖；施工技术；轨道交通

    DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.07.078

    1 工程概况

    埌东客运站右线起止里程为YCK20+867.700～YCK21+325.700，有效站台中心里程为YCK27+035.000，总长约458.0m。埌东客运站主体结构外包总长301.2m，标准段宽度45.0m，车站所属位置路面高差大，基坑深度19～26m，车站有效站台中心里程处顶板覆土3.405m。车站采用半铺盖法明挖顺筑施工，标准段基坑宽度大于45m，属于典型的半铺盖深大基坑。

    2 工程地质及水文地质条件

    （1）工程地质条件。本站场区为民族大道及其北侧绿化带山体，地势起伏较大。站位所在民族大道相对高差7.1m，道路坡度为2%，局部坡度大于2%。

    勘察报告显示，本站位地貌形态属于侵蚀堆积河谷阶地貌，不良地质作用及地质灾害现象不发育，无断层发育，未揭示到断裂迹象。沿线地层岩性较为简单，上覆主要为填土层，其余第四系土层较薄或缺失，第三系半成岩岩层一般埋深较浅，强度较高，工程地质条件较简单。自地面下25m深度范围内土层类型属中软一坚硬场地土，场地类别为II类。

    （2）水文地质条件。拟建场地地貌形态主要为侵蚀堆积河谷阶地区，无地表水流；揭露地层为填土层，淤泥质土层，粘性土层，基岩为第三系岩层；地下水位的变化受地形地貌、地层岩性、地下水补给来源等因素控制。地下水位的变化与地下水的赋存、补给及排泄关系密切，每年4～10月为雨季，降雨充沛，水位会明显上升，而在冬季因降雨减少，地下水位随之下降。

    3 开挖施工技术

    基坑开挖遵循“竖向分层、横向分块、先撑后挖”的原则，严格把握开挖速率与架设支撑的“时空效应”，开挖过程中掌握好“分层、分块、对称、平衡、限时”五个要点，严禁超挖。车站主体基坑总长301m，将半铺盖基坑开挖沿纵向分为十一个结构段。从东西两端（即第十一结构段和第一结构段）同时开挖，初期大放坡直接装土式开挖，后期两端向中部分层台阶接力法开挖。

    （1）土方开挖总体思路。土方开挖总体思路为“纵向分区分段、竖向分層、横向分块、先撑后挖、结构跟进”。

    ①纵向分区分段。根据设计图纸及场地条件，基坑沿纵向分为十一个结构段。

    ②竖向分层。基坑开挖按照“先上后下”的原则，基坑开挖一层土方，施工一道水平支撑梁，水平支撑梁达到设计强度后，再向下开挖一层土方，直至基坑底。

    ③横向分块开挖。根据设计图纸，每一结构段，横向分为明挖区和盖挖区二块分别进行土方施工。

    ④先撑后挖。该基坑工程支撑体系采内支撑，第一道支撑为钢筋混凝土支撑，第二至第四道为钢支撑。按照土方开挖方案，必须在每道支撑施工完成以后，混凝土强度达到设计要求或钢支撑施加设计预加轴力后方可进行土方开挖。由于支撑梁在开挖过程中已经支设完成，因此普通挖掘机很难进入基坑进行作业，但为保证基坑安全必须严格执行先撑后挖的施工思路。

    ⑤结构跟进。基坑开挖进度应与结构底板施工进度相一致，严格控制基坑暴露时间，开挖后12 h 内完成垫层封闭。

    ⑥开挖原则。在开挖过程中，应遵循“先支护、后开挖、严止水、勤测量、分层分段、先撑后挖”的原则。开挖至基坑围护结构边界时，预留足够多的反压土体。

    （2）土方开挖施工流程。半铺盖深大基坑标准段开挖工艺流程如图1所示，桩间挂网喷砼施工工艺流程如图2所示。

    （3）基坑土方开挖实施阶段划分。

    ①第一阶段。冠梁混凝土支撑施工时，预留四道混凝土支撑（第17～22轴，约40m范围），该范围作为出土通道，土方车由该通道直接开进基坑运土。

    为方便土方运输车辆开进基坑，先进行第一道混凝土支撑底以下5m基坑土石方开挖，由于开挖深度未到第一道钢支撑底标高，钢支撑暂不具备架设条件，为控制基坑变形，基坑边5m范围内的土石方按1：1放坡保留。

    ②第二阶段。第二阶段土方车直接开进基坑装土，随土方开挖紧接进行桩间网喷混凝土及钢支撑施工，确保基坑安全。本阶段分东西两端两个工作面同步进行开挖支撑作业，每作业面配备两台PC220反铲挖掘机由端头井向中间标准段后退式开挖。

    ③第三阶段。随着土石方向中间标准段开挖，当马道坡度较陡，不能满足运土车爬坡要求时，采用分级向马道口翻土，即把基坑开挖分为四级，每作业面配备两台PC220反铲挖掘机，进行接力后退式开挖。

    （4）基坑土方开挖步序。车站基坑土方开挖纵向共分为11个施工区段，以西端标准段为例，自上而下分5步开挖，具体施工步序如下：

    第一步：开挖至第一道支撑下0.1m处，开挖深度1.5m左右；施工桩顶冠梁和第一道钢筋混凝土支撑。

    第二步：开挖第二层土方至第二道钢支撑中心线下0.5m，开挖深度8m左右，先在中部掏槽，然后倒退开挖；掏槽边坡按1：0.75，两侧土台宽度不小于4.0m。施做第二层挖土层高度范围桩间网喷混凝土，架第二道钢支撑。

    第三步：开挖第三层土方至第三道钢支撑中心线下0.5m，开挖深度5.5m左右，开挖前先在中部掏槽，然后再倒退开挖其余部分土方；掏槽边坡按1：0.75，两侧土台宽度不小于4m；施做第三层挖土层高度桩间网喷，架第三道钢支撑。

    第四步：开挖第四层土方至第四道钢支撑中心线下0.5m，开挖深度4.5m左右，开挖前先在中部掏槽，然后再倒退开挖其余部分土方；掏槽边坡按1：0.75，两侧土台宽度不小于4m；施做第四层挖土层高度范围桩间网喷，架第四道支撑。

    第五步：开挖第五层土方至基坑底以上0.3m，开挖深度3.5～5m左右，开挖前先在中部掏槽，然后再倒退开挖其余部分土方；人工清理基底0.3m厚土方，施做第五层机械挖土及人工清土层高度范围桩间网喷。人工配合挖掘机平整，验收基底。基底验收合格后，在8～16小时内浇注混凝土垫层。

    （5）关键技术小结。纵向放坡时，应在坡顶设置截水沟，防止地表水冲刷坡面和基坑外积水流入坑内。基坑开挖后及时设置坑内排水沟和集水井，防止基坑内积水。

    基坑纵横向放坡根据地质、环境条件取开挖时的安全坡度，要求不得陡于1：1。对暴露时间较长或可能受暴雨冲刷的纵坡采用钢丝网水泥喷浆等坡面保护措施，严防纵向滑坡。

    土方开挖的顺序、方法必须与设计工况一致，开挖第一层土时每一段的开挖长度一般不超过12m；其余各层开挖时，每段长度一般不超过6m，开挖时间和钢支撑安装時间分别控制在16小时和8小时之内。

    基坑开挖时严禁大锅底开挖，开挖至基底以上0.3m时，应进行基坑验收，并改用人工开挖至基底，及时封底，尽量减少对基底土的扰动。

    针对自地面下25m深度范围内土层类型属中软一坚硬场地土，需合理配备施工设备，除了必要的挖掘机，还投入了破碎锤、犁头机、装载机、抓斗都设备共同配合完成基坑开挖任务。通过施工方案的优化和加大施工设备的投入，基坑开挖进度较理想，2014年4月日均出土量达1600m3。

    4 实施效果分析

    车站从2012年12月开始桩基施工，到2015年12月所有附属结构封顶历时37个月。其中，车站主体基坑土方于2014年1月6日开始，开挖地层以砂岩和粉砂岩为主，2014年10月24日完成主体结构土方开挖，累计完成土方量约26.5万m3，每月出土量约26500m3。工期较为理想。

    基坑开挖过程中，土体回弹明显，围护桩桩顶最大隆起量达22.9mm，立柱柱顶最大隆起量达30.29mm；钢支撑内力监测最大值约为设计值的1/2～1/3，说明钢支撑设计相对保守，可以作进一步优化；监测值均未超出报警值，说明基坑围护结构设计满足要求，施工方案合理。

    施工期间，地面交通顺畅，无拥堵现象，妥善解决了车站基坑开挖施工长时间干扰城市交通及影响周边居民生活的问题。

    5 经验总结

    当地铁车站位于地段路面之下，交通流量大，故工期要求紧，为减少对地面交通的影响，采用半铺盖法施工具有独特优势，在类似工程中有一定借鉴意义，其优势如表1所示。

    车站围护桩是车站主体施工重要前置工序。本站由于泥岩特殊的物理力学性质，旋挖钻机作业时往往需要解决钻进过程中出现的钻具打滑、吸钻、糊钻等难点。故根据泥岩强度变化，选用对应不同类型的钻头及钻杆，确保施工进度。

    半铺盖超宽基坑的关键工序为土方开挖，受半铺盖影响，土方机械出土工效低，采用何种开挖方案直接影响节点目标实现。通过对一端分层台阶接力法、两端分层台阶接力法、直接装土与后期台阶接力结合等开挖方案比选，直接装土与后期台阶接力结合开挖方案提高了土方开挖效率，保证了主体施工正常开展，进而确保两端盾构机如期顺利接收。超400米长地铁车站基坑开挖可参照本方案进行施工组织。

    参考文献：

    [1]谢小林.邻近运营地铁的软土深大基坑微变形控制设计技术[J].建筑结构，2013（S2）.

    [2]李大建.富水深大基坑施工技术[J].施工技术，2005（S1）.

    [3]谢晓娟.临近地铁深大基坑支护技术的探析[J].江苏建筑职业技术学院学报，2014（02）.