深基坑土方半盖挖法施工技术在地铁项目中的应用

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深基坑土方半盖挖法施工技术在地铁项目中的应用

2020-12-7 09:23

原作者: 中国高新科技期刊社来自: 中国高新科技期刊社收藏分享邀请

【52监测网讯】地铁车站是现代化地铁建设领域的重要组成部分，常建设于城市干线，是乘客实现高效换乘的重要场所。

原标题：深基坑土方半盖挖法施工技术在地铁项目中的应用

地铁车站是现代化地铁建设领域的重要组成部分，常建设于城市干线，是乘客实现高效换乘的重要场所。伴随施工时间的延长将严重影响区域内的地面交通秩序。针对地铁车站施工引发的交通拥堵问题，业内人员深入探讨全新施工技术，半盖挖法应运而生，并相继在广州、上海等地的地铁站建设中取得应用。

1工程概况

某地铁站采取的是地下二层岛式车站结构形式，具体包含站厅层和站台层两部分。车站规格方面，外包总长225.5m，标准段宽19.7m，深基坑工程中引入半盖挖顺作法。车站施工中设置地下连续墙围护，并将此部分连接于主体内衬墙，从而形成完整复合结构。

2围护结构

根据现场作业情况确定基坑支护方案：主体基坑围护为重要结构，此部分设为800mm厚连续墙，深39.7m，嵌固深度13.50~14.00m；端头井基坑部分主要参数为深17.94~18.40m，嵌固深度14.5~14.96m。以半盖挖顺作法作为本次施工的核心方法，标准段基坑施工中采取竖向增设3道支撑的方式，第1道支撑为900mm×1300mm截面混凝土形式；第2道支撑以φ800mm钢管为基础材料形成支撑结构，所用钢管壁厚均为16mm；第3道依然采取钢管支撑形式，但规格为φ609mm、壁厚16mm。此外考虑到端头井基坑的稳定性要求，采取混凝土支撑和钢管支撑相结合的方式，共计4道。

3降排水方案

3.1　降排水工程重难点

本项目中基坑施工量较大、开挖面较宽，施工周期相对较长，且易受到地质条件的影响。根据地勘结果得知浅部主要分布的是粉土夹粉砂层，此部分的特点在于含水量偏高、土体失稳严重，在水头差等多方面因素共同影响下极容易发生管涌、流砂问题，难以维持基坑稳定性。基坑开挖层下方地质条件特殊，该处分布的承压含水层具有高承压水头，破坏了基坑底板的稳定状态，施工中渗漏概率较大。

3.2　针对重难点的处理措施

根据降水工程的实际状况，结合类似工程经验，本文认为降水工程中应注重以下两点。

（1）基坑开挖深度范围内的地质条件欠佳，难以为正常施工作业创造良好条件，对于其中的潜水层和承压水层，当施工中形成稳定的围护结构后，即可有效切断补给水源。因此，对于降水方案的设计可采取疏干降水井的方式。

（2）从承压水层的特点来看，当形成地下围护结构后将具备有效隔断含水层的能力，且坑内含水层也无法再获得水源补给，因此对承压水层采取设置泄压井的处理措施，在其作用下达到有效释放压力的效果。在坑外布设观测井，在其作用下检测承压水位变动情况。

4土方开挖方法

4.1　主要施工方法及工艺

4.1.1　施工总体安排

为快速进入盾构施工环节，需对前期的围护结构施工工序加以调整，允许适当穿插降水井和格构柱施工作业，从而有效缩短施工周期。对于车站开挖应优先从两侧端头处开始，再逐步向基坑中部推进，应注重相邻土体放坡稳定性问题，结合现场施工情况，放坡开挖台阶长度以6~8m为宜，此条件下边坡稳定性表现较好。按上述方法，从端头井处开始持续向下开挖，施工作业持续推进之下，当端头井土方见底后便要安排人员进行垫层、防水等环节的施工作业。

4.1.2　开挖总体原则

综合考虑施工缝和诱导缝的设计方案（所处位置、规格、数量等），本车站土方开挖采取分节段有序推进的方式，共形成12个施工段。各层钢支撑均对应特定开挖层，在此基础上又细分为多个开挖小段，要求形成的各小段长度设为6m，并再次划分为多个小块。诸如纵向放坡坡度、结构单位划分线所处位置等均会对土方开挖造成影响，对此工程人员要高度重视；且要做好标准段和端头井的连接工作，该处的纵坡坡度需得到合理的控制，以免对端头井开挖稳定性造成不良影响。

4.2　端头井开挖方案

车站东、西端头井均采取相同的尺寸控制标准，即23.8m×15.1m，以基坑开挖要求为基本依据，综合考虑支撑布置情况，将整个土方开挖区域均匀划分为10层。不同区段的施工特点不同，与标准段衔接的区域对于开挖技术提出更高要求，需在接口处搭建支撑装置并对其施加适当的轴力，在此基础上组织端头井上方的开挖作业，遵循“随挖随撑”的原则有序完成基坑土体开挖，确保各层、各块的施工质量。依据竖向支撑位置合理完成分层处理，并充分考虑支撑平面布置情况，分为若干个小块，每结束一块开挖后均随即设置支撑装置，基坑开挖与支撑示意图如图1所示。

图1　基坑开挖与支撑示意图

本车站选择的是半盖挖法，根据现场施工需求，可配备的设备为液压抓斗机，并适配数台挖掘机用于开挖施工，有效开挖支撑下方土体，再将所得的土方倒运至抓斗机作业范围内。小挖掘机的作用在于转移土方使其有效到达抓斗机，各施工机械设备形成紧密配合关系。

结束第4层土方开挖作业且搭建钢支撑后，对该结构施加预应力，依据土层编号情况持续组织竖向开挖作业，此过程中可通过抓斗机取土（操作区域为已架设好的支撑间），创造足够的空间以便满足小挖机运行时的场地要求，依次运土、倒土。剩余的第2~3道支撑间基于与上述相似的方式完成土方开挖作业，以土方开挖深度为基准，当其达到钢支撑下方50cm处时则随即在该处搭建支撑，以各层土方开挖高度为基本依据，灵活调整单次开挖高度，确保现场安全。

持续开挖且进入到第9层时，经过前述各层的施工已经结束所有端头井支撑的安装作业，再次向下开挖并达到基底标高上300mm，此时安排施工人员清底，满足要求后组织垫层的浇筑作业。

4.3　标准段土方开挖方案

本地铁站施工选择的是半盖挖法，结束端头井基坑开挖作业后，部分土方已经开挖至基坑处，以相同方式展开标准段开挖作业。土方开挖施工中充分考虑到“时空效应”理论，即各部分施工都要做到“快挖快撑、随挖随撑”，避免超欠挖现象。

4.4　铺盖板下土方开挖方案

车站施工中采取的是半封闭式铺盖板，其在不同区域的规格有所差异，北侧铺盖板宽11.4m，在其下方的所有土方开挖均采取的是暗挖的方式。北侧铺盖板底部开挖后产生的土方将在相应设备的辅助下统一向南侧倒运，再通过抓斗挖机沿垂直方向出坑。钢架支撑应具有稳定性，为避免此结构对挖机正常作业的不良影响，支撑所在土层都采取水平开挖的方式。

5地铁车站深基坑土方施工的关键要点

根据本车站施工特点，对深基坑半盖挖法施工中所需注重的要点总结如下。

（1）降排水、土方开挖、支撑设置等均是重要环节，应以现场施工条件、施工单位自身的技术水平、经济状况等方面的情况为准，选择合适的方案。

（2）加强对围护结构的质量控制。

（3）创建管理体系，将其作为日常管理工作的指导，协调好各参建单位的关系，各环节有序推进。

（4）发挥专业人员的技术优势，做好对围护结构的监测工作，合理测放平面控制线和水准高程点，作为实际开挖作业的依据，以免出现超挖等有损施工质量的行为。

6结语

深基坑施工是地铁车站工程中的重点内容，土方开挖环节引入半盖挖法具有可行性。工程实践中，应兼顾周边建（构）筑物、交通状况等方面的因素，全面掌握现场情况，做好安全隐患排查工作，编制保护方案。以实际情况为准确定合适的土方开挖方案，各层厚度应足够合理，各施工单位形成紧密配合的关系，加强施工中的监测工作，全面确保施工质量。

撰稿：张振甲，中国电建市政建设集团有限公司工程师，研究方向：城市轨道交通。

（转自《中国高新科技》杂志2020年第12期）

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