浅谈地铁车站深基坑开挖与支撑施工要点

分类：推荐论文 时间：2011-04-06 09:27 关注：(1)

浅谈地铁车站深基坑开挖与支撑施工要点
曹振生 莫忠华 杨云鸿
【摘 要】地铁车站深基坑开挖与支护在工期、造价和资源消耗等方面都占很大的比重，其施工方案是否正确、可靠，施工组织是否合理、有序，将直接关系到该工程能否顺利完成，能否取得预期的经济和社会效益。
【关键词】地铁 深基坑 开挖支撑 要点 职称论文,发表论文,建筑设计论文
在地铁基坑施工阶段，开挖与支撑是主要的施工内容，对车站的工期、质量和安全等目标控制都具有重大影响。在施工过程中，要严格按“时空效应”理论，加强过程监控，确保施工安全。本文结合目前在建工程实例，论述了地铁车站深基坑开挖与支护施工要点，以期为类似工程施工提供一些有益的帮助和借鉴。
1工程概述
1.1概况
鼓楼站为天津地铁2号线的中间站，车站主体位于南马路与南门外大街以及城厢中路交叉路口，车站所在位置周边规划基本成型，两侧高楼密集。车站总长度、标准段宽度和基坑开挖深度分别为281.8m、20.5m和16.8m；车站主体围护结构采用地下连续墙+钢管内支撑的支护体系（以标准段为例）。车站基坑采用深井井点降水，采用明挖顺作法施工，开挖时沿基坑深度方向设置钢支撑，分直撑和斜撑，围护结构设置4道钢支撑。
1.2水文、地质条件
场地主要岩性为粉质粘土、粉土、粉细砂层，土质不均，多呈层状或互层状。本车站场地复杂程度为中等，地下水埋深1.86m～3.8m，场地土类型为软弱～中硬场地土；场地类别为Ⅱ类。
2施工部署
2.1施工总体思路
基坑开挖在围护结构已封闭、冠梁达到设计强度要求，降水系统施工完毕后，并试运转验收合格后进行。
基坑开挖施工以保证施工和周围环境安全为原则，土方开挖的顺序和方法必须与设计工况相一致，严格按照时空效应的基坑开挖与边坡防护技术，合理确定施工单元数，并根据监测结果不断调整优化施工参数。基坑开挖与支撑掌握好“分层、分段、分块、对称和限时”五个要点，并遵循“竖向分层、水平分区分段、开挖支撑、先撑后挖、严禁超挖、基坑底垫层要求到设计标高后及时浇筑”的原则，确保工程安全质量前提下快速施工。
2.2开挖及支撑施工顺序
根据施工分期和交通疏解的需要，鼓楼车站共分为三个施工区：东区、西区和中区，每区内分若干开挖小段。一期进行西区与东区的施工，二期进行中区的施工。
根据诱导缝和施工缝设置情况，将东区主体分为7个施工段，施工段长度为18～30m，；西区分为4个施工段，施工段长度为14.9～18.5m；中区分为3个施工段，两端头施工段长度分别为6m、8.5m，中间长为27m。
东区开挖顺序：东基坑和西基坑分别自东西两头沿纵向向中间分段分层开挖，中区由于开挖面积小，施工场地受限制，采取延伸东区16吨龙门吊到中区基坑中部取土，垂直运输。每个施工段内的土方开挖要自上而下分层开挖，每段先挖中间再挖两侧，每层开挖结束，立即安装钢支撑并施加预应力，并限时完成每段的开挖和支撑。
根据设计文件，结合实际情况，车站标准段挖土分5层进行，每层的厚度根据支撑的
间距而定。
3开挖及支撑要点
3.1基坑开挖要点
3.1.1施工准备
1、基坑开挖前，主体围护结构完成并达到设计要求；降水施工已达到设计要求；施工监测网点布设完成，测量初始值。
2、落实场区内存土场地、场区外弃土场地，保证场区内出土道路的通畅，基坑内的排水设备准备充足，基坑开挖设备、起吊设备、施加预应力设备和钢支撑材料已到位。
3、将开挖分层分段位置、标高、深度、各道钢支撑位置和预加轴力等技术指标和质量标准，向施工人员进行技术和安全交底。
4、基坑开挖施工所需临时设施准备就绪。
5、基坑开挖前必要的基坑土体加固已经按照设计要求完成。
6、注浆封堵止水设备、人员、材料准备就绪。
3.1.2施工过程控制要点
1、基坑开挖严格按监理工程师批准的实施性施工组织设计进行，并严格按监理审批的监控量测方案进行开挖全过程的监控量测；
2、开挖第一、二、三道支撑小段土方时，每段要在16小时内挖完，随即在8小时内安装好该段的支撑并施加预应力完毕；第四、五道支撑的开挖过程中，小段土方要在8小时内挖完，随即在8小时内安装好该段的支撑。
3、每步开挖所暴露的部分地下墙体宽度控制在3m～6m，每层开挖深度不大于2m，纵横向放坡开挖，具体根据支撑设置情况分层开挖，每层开挖至支撑底面标高以下1.0m时，及时进行支撑和支撑的标高放样工作，安装支撑系统并在其上准确放出支撑定位十字线，为支撑架设作好准备。
4、在支撑架设和支撑放样的同时，进行下一部分土方开挖，完成土方开挖后立即进行支撑架设。
5、沿车站纵向根据支撑平面位置分段，每段完成2～3根支撑范围内的土方开挖工作量。
6、基坑开挖时，其纵横向边坡放坡应根据地质、环境条件采取安全坡度。根据车站地质条件，坡顶至坡脚总放坡坡度在1:3左右，分层之间局部放坡坡度不陡于1∶1。纵向放坡开挖时，在坡顶外设置截水沟防止地表水冲刷坡面和回流渗入基坑，在基坑内设置排水沟和集水坑防止坑底积水。
7、每步开挖所暴露的部分地下墙体宽度宜控制在3-6米，每层开挖深度控制在2.5-3米，严禁在一个工况条件下，一次开挖到底；机械挖土时，坑底应保留300mm厚土层时进行验收，合格后用人工挖除整平，防止坑底土扰动。
7、基坑土方开挖到底后及时进行素混凝土垫层施作，基底部位每完成1～2个开挖段后即开始进行一次素混凝土垫层浇筑，以抵抗基底隆起变形，并形成底层支撑，降低基坑围护结构变形速率。
8、开挖过程中，为防止机械碰撞围护结构和支撑，围护结构侧由人工进行辅助开挖，并设专人指挥。
9、基坑开挖严格按设计分层位置进行施工，按施工设计及时进行坑壁支撑加固，确保基坑坑壁稳定。上层或已开挖的坑壁不稳定不得向下开挖；
10、限制基坑开挖边线以外地面堆物荷载不超过20KN/m2，做好计算校核工作，随时检查确保安全；挖土机械和车辆不得直接在支撑上行走操作，严禁挖土机械碰撞支撑、立柱、井点管、围护墙，钢支撑顶面严禁堆放、悬挂杂物。
11、开挖过程中随时做好基坑内的排水工作，及时排出积水，确保开挖过程中基坑干燥，确保基坑底部基础强度和整体性不被破坏，在雨季施工时，严格执行雨季施工方案
12、基坑开挖过程中，及时绘制地质素描，做好开挖记录，当地质情况变化与设计不符时，应立即报监理工程师和设计人员及时调整施工方法。
13、开挖施工要充分利用信息化施工技术，加强对周边建筑、围护结构的检测工作，指导开挖施工，当监测结果达到警戒值时，要立即停止开挖作业，并采取有效措施，提高施工边坡的稳定性，待符合安全要求时方可继续施工。
14、基坑开挖过程中，如发现文物、古迹等情况，停止开挖作业并作好保护，及时上报监理工程师和业主，待处理完成后方能继续进行开挖作业。
3.2钢支撑安装要点
3.2.1施工准备
钢支撑架设与基坑土方开挖是深基坑施工密不可分的两道关键工序，支撑的架设是保证基坑开挖和主体结构施工安全、控制基坑收敛和位移的有效措施。钢支撑架设极具时间性，钢支撑架设的时间、位置及预应力的大小直接关系到深基坑稳定。钢支撑架设必须满足设计要求，当基坑土方开挖至支撑下500mm时，要及时架设腰梁及支撑，使围护结构提前接受支撑反力作用，减少围护结构的变形。钢支撑的架设采用龙门吊，龙门吊不能架设的地方，采用人工配合吊车安装。
鼓楼车站采用明挖顺作法施工，支撑采用φ609钢管，除第一道支撑壁厚为12mm外，其余支撑壁厚均为16mm，钢支撑分斜撑及直撑，围护结构标准段设置4道钢支撑。
3.2.2 施工过程控制要点
1、严格遵照架设施工流程：支撑制作及编号→对号运到现场→焊三角形钢板托架→钢支撑就位、校正→施加预应力→紧固钢楔→拆除液压千斤顶→钢支撑与预埋钢板连接
2、钢支撑进场前需全面检查验收，特别要加强对钢管法兰和钢管接头焊缝质量检查。钢支撑由专人负责放样，安装。
3、钢支撑拼装时在地面进行预拼装，拼装长度与结构开挖断面宽度相符，经检查验收合格后对支撑进行编号，并对号运到施工现场。
4、钢支撑安装采用先撑后挖，紧跟基坑开挖进度。两端盾构井处斜撑预埋钢板在地下连续墙施工时提前预埋，支架高度拉线找平，以保持钢支撑的高度一致。
5、钢支撑分标准段、非标准段、固定端和活动端，节间采用法兰连接。标准段长度为6m，非标准段分2m、1m、0.5m、0.25m，具体尺寸在现场实际量取，较实际尺寸小10mm。安装钢管时测量轴线位置和标高，防止钢管安装不到位，造成倾斜和偏心。
6、每根钢支撑先安装固定端，然后依次拼接标准段、非标准段，最后拼接活动端，在钢支撑的下部设垫块固定。在活动端设置千斤顶，位置定好后立即用2台液压千斤顶在钢管和预埋钢板之间施加预应力，然后在活动端内剩余的间隙处加钢板楔紧，活动端与预埋钢板焊接，最后松开并移走千斤顶。
7、钢支撑拼装采用高强度螺栓连接，由扭力扳手上紧，确保支撑安全使用。拼装完成的钢支撑，检查轴线偏差和挠曲变形在允许范围之内后，方可用于施工。
8、在钢支撑相应部位设置压力盒及应变片，施工中加强对支撑轴力和变形的测量，保证施工安全；现场预拼装不少于8根钢支撑备用，保证安装进度以及补救处理。
9.每一工况挖土及钢支撑的安装时间间隔不得超过12小时，对各道支撑必须采取可靠的支托和连接，防止因围护结构变形和施工撞击而发生支撑脱落。
10、应保证钢支撑与地下连续墙垂直并按设计要求施加预加力，减少围护结构的变形。
11、施工过程中加强监测，若因侧压力造成钢管横撑轴力过大，造成横撑挠曲变形，并接近允许值时，必须及时采取增加支撑等措施，防止横撑挠曲变形过大，保证钢支撑受力稳定，确保基坑安全。
4.结论
通过加强对深基坑施工中开挖与支撑的过程控制，充分利用“时空效应”概念组织开挖、支撑施工，采取纵向分段、竖向分层的方法，既做到及时支护钢支撑，又做到正常开挖。同时加强基坑降排水、资源调配、监控量测等控制，实行信息化管理，鼓楼站深基坑开挖与支撑施工在工期、质量和安全等指标上全面受控，取得满意的效果。
总之，地铁车站深基坑施工要在认真、全面理解设计文件的基础上，结合工程情况，应用新技术成果，使施工方案具有技术先进、方案可靠、经济合理的特点，同时，要充分研究现场施工环境，妥善处理施工组织与周边接口问题，周密安排交通疏解和管线保护，使施工对周边环境的影响最小化，确保实现业主要求的工期、质量、安全、环境保护、文明施工和职工健康等各方面的工程目标。
参考文献
[1]王世雄.上海市轨道交通滨州路车站深基坑开挖监理要点[J]．建设监理，2007年第04期.
[2]天津地铁二号线第八合同段施工设计图纸、设计交底等资料.
[3]天津地铁二号线鼓楼站岩土工程勘察报告（A版）.
作者介绍：
1、曹振生（1976-），男，汉族，甘肃省武威市，工程师，双学士学位，中国水电十四局锦赤铁路项目部副经理兼总工程师，主要从事市政、铁路等工程项目施工管理工作；
2、莫忠华（1973-），男，汉族，湖南省邵阳市，工程师，大专，中国水电十四局贵广铁路10标段指挥部副总工程师，主要从事市政、铁路等工程项目施工管理工作；
3、杨云鸿（1974-），男，汉族，云南省普洱市，工程师，本科，中国水电十四局路桥市政工程分公司副总工程师，主要从事工程技术和工程测量管理工作。