摘要：地铁车站深基坑施工中，基坑土方开挖及运输受多种因素影响，如何安全、快速、经济地完成基坑土方开挖。通过分析比较4种深基坑土方开挖方案的优缺点，结合昆明地铁4号线3标苏家塘站工程实际情况，在考虑施工风险和经济性的基础上，采用第四层混凝土支撑分段一次性施作的开挖方式，有效地保证土方开挖的安全快速进行。同时根据土方开挖全过程监测预警情况，对土方开挖施工难点进行归纳总结，提出了相应的施工质量控制措施，为类似工程提供一定借鉴。
关键词：地铁车站；深基坑；土方开挖；施工难点；质量控制
0 引言
随着大规模的城市地下空间开发，基坑工程呈现出紧、近、深、大等特点[1]。．由于云南昆明地区的地基土质条件较差，同时城区建筑物密集、地下管线众多、交通网络纵横，环境保护要求高。基坑支护结构除满足强度要求外，还须控制基坑周边土体变形在允许范围内。为控制地铁车站深基坑周边土体变形量，合理确定土方开挖与支撑施作的相互关系显得至关重要，因此选择合理、经济及实用的深基坑土方开挖方案尤为重要。
本文针对狭长形明挖基坑的特点、变形控制及施工进度要求，通过分析比较4种深基坑土方开挖方案，从协调支撑制作养护与土方开挖运输之间的角度出发，决定采用方案4的土方开挖方式，并对该开挖方案中施工难点进行归纳总结，提出了相应的施工质量控制措施，从而达到提高施工效率、减小围护结构变形的目的，并成功应用于昆明地铁4号线3标苏家塘站地下车站三层深基坑土方开挖工程。
1 工程概况
昆明地铁4号线3标苏家塘站位于建设路与学府路交界处，为4号线与1号线的换乘站，为地下三层三跨矩形框架结构，围护结构采用地下连续墙+混凝土（钢）支撑支护，车站长度170m，基坑深26m，宽为23m，见图1所示。
图1 苏家塘站围护结构三维效果图
2 4种深基坑土方开挖方式比较
（1）深基坑土方开挖方案一
地连墙施工完成后，凿除内侧导墙并将土方开挖至第一道混凝土支撑底，施做冠梁及混凝土支撑，待达到设计强度后，利用四台挖掘机台阶放坡开挖到底，其中第四道混凝土支撑边挖边做，见图2所示。
风险是：第四道混凝土支撑等强期间，下部土方开挖过快则会有较大风险。
缺点是：第四道混凝土支撑需要搭设脚手架施工，且每做一根都需要等强，土方开挖进度受限，耗时较长，影响整个基坑开挖施工。
图2 开挖方案一
（2）深基坑土方开挖方案二
地连墙施工完成后，凿除内侧导墙并将土方开挖至第一道混凝土支撑底，施做冠梁及混凝土支撑，待达到设计强度后，利用两台挖掘机放坡开挖到第四道混凝土支撑底，一次性施做第四道混凝土支撑，待强度达到设计要求后，再用两台挖掘机放坡开挖剩余土方至基底，土方倒运到第四道混凝土支撑上方，然后用长臂挖掘机倒运到地面，见图3所示。
该方案相对安全，但是第四道混凝土支撑上方的基坑暴露时间较长，存在一定的风险。
钢支撑消耗量大、周转慢，且增加一台长臂挖掘机倒运土方，施工成本较大。结构施工的工期延迟，对整体工期考虑有较大影响。
图3 开挖方案二
（3）深基坑土方开挖方案三
地连墙施工完成后，凿除内侧导墙并将土方开挖至第一道混凝土支撑底，施做冠梁及混凝土支撑，待达到设计强度后，利用两台挖掘机放坡开挖到第四道混凝土支撑底，分段施做第四道混凝土支撑，待强度达到设计要求后，再用两台挖掘机放坡开挖剩余土方至基底，翻斗车直接开到基坑内的开挖面装土外运，见图4所示。
该方案也相对安全，第二道混凝土支撑分段施做，上方的基坑暴露时间较长，也存在一定的风险。
图4 开挖方案三
（4）深基坑土方开挖方案四
地连墙施工完成后，凿除内侧导墙并将土方开挖至第一道混凝土支撑底，施做冠梁及混凝土支撑，待达到设计强度后，利用三台标准臂挖掘机分段放坡开挖到第四道混凝土支撑底（每段长度为25米左右），第一次开挖两段，待前两段范围内第四道混凝土支撑（8根）一次性施做完毕后，待强度达到设计要求后，再用一台小挖机和一台标准臂挖掘机放坡开挖第一段剩余土方至基底，土方倒运到第四道混凝土支撑上方，然后利用开挖第三段土方的三台挖机倒运到地面。第一段基坑土方开挖完毕后施做主体结构，同时开挖第三段第四道混凝土支撑底上部土方，待第三段四根混凝土支撑做完强度达到设计值后开挖第二段剩余土方至基底，依次类推。开挖范围内所有钢支撑边开挖边支撑，见图5所示。
该方案相对安全，钢支撑消耗量较小、周转较快，不需采用长臂挖掘机倒运土方，施工成本相对较小。
缺点：施工过程中对第二道砼支撑无法达到等强条件砼支撑上方必须进行作业。
图5 开挖方案四
3 三层站实际开挖方案
通过比较4种传统的深基坑开挖方式的优缺点，结合该工程实际情况，提出一种了既安全又经济的深基坑土方开挖方案，即方案4，其实际施工流程如下所示：
（1）开挖至第一层混凝土支撑底，同步施工混凝土支撑。
（2）将第一层混凝土支撑施工完成。
（3）开挖两侧土体回填至中部8m范围内至混凝土撑顶面以上50cm，作为混凝土撑保护层，见图6所示。
（7）对第一个区段进行纵向拉槽，横向两侧≥2m范围进行保留，横向放坡≤1：1，拉槽深度保证挖机能作业不碰撞顶部钢支撑为宜，如图9所示。
（9）纵向同步向后方台阶法推进，横向水平2m一层向下降至第三道支撑作业面，后续工序与第二层钢支撑相同，拉槽深度保证挖机能作业不碰撞顶部钢支撑为宜，且不超过第四道砼支撑底。
（10）如基坑侧向地面条件具备堆土上车条件，进行施工第四道砼支撑（拉平4个区，同步施工前3个区砼撑（与第一道砼撑相同）（提高混凝土标号并增加早强剂），进行横向拉槽，提供作业空间，直至开挖第一区开挖标高，然后纵向方向向另外一个端头推进。
（11）直到端头到底可进行施工结构，此时流水作业空间形成，结构施工的同时，B区土方继续进行开挖（长臂挖机垂直运输到地面（800m3/天），A区土方不断向后方推进，形成两个出土面（A/B区），第二砼支撑同步向后延伸，需基坑旁具备堆土上车的路面条件，见图11所示。
图11 开挖流水作业示意图
4 土方开挖控制重点
在进行深基坑土方开挖，需要从混凝土支撑及腰梁施工、混凝土支撑及腰梁预埋件施工、土方开挖施工和垂直设备开挖施工等方面进行严格控制，保证深基坑开挖安全快速进行。
4.1 混凝土支撑及腰梁施工要求
（1）强度达到设计强度，预拱度按设计要求设置。
（2）腰梁采用植筋锚固时，考虑不破坏地连墙止水作用的情况下，锚固深度不大于墙体厚度的50％。
（3）混凝土冠梁及支撑浇筑时，浇筑顺序为：先浇筑支撑梁两端节点位置→浇筑支撑梁节点和腰梁段1/3位置范围内的混凝土→再浇筑中间部位，从支撑和腰梁的受力情况来看，支撑梁节点和腰梁段1/3位置范围内的混凝土为重点受力区域，务必确保浇筑质量。
（4）重点受力区域的混凝土质量控制：浇筑时与连续墙位置务必凿毛到位，接口面不能有明水，明水会改变此处的混凝土水灰比，土方开挖过程中的连续墙的变形会产生脱开裂缝，此位置质量控制是重点。
（5）混凝土试件制作：建议取最后1-2车混凝土进行制作，不能过早，且必须多制作4组试件，用于掌握第2天、第3天、第4天、第5天的试件压强，用此时间强度来掌握土方开挖时间。
（6）在混凝土环框梁上，沿纵向1.5m-2m预埋直径50mm的PVC管，方便后续混凝土拆除时的绳锯作业。
（7）开挖到第二层混凝土支撑位置时，再往下开挖，必须要经过计算混凝土支撑浇筑的区段，需要同步实现底板施工、第二层混凝土支撑等强和土方放坡和反压的要求，形成流水作业条件。
4.2 混凝土支撑及腰梁预埋件施工要求
对基坑开挖过程中涉及的PVC管预埋（绳锯使用）、梯笼固定预埋钢板、监测原件（应力计及轴力计）等相关预埋件必须建立台账，以保证每块预埋件的埋设正确性，避免漏埋埋错等现象，见图12所示。
图12 混凝土支撑及腰梁预埋件要求
4.3 土方开挖施工要求
（1）降水井提前施工及抽水，开挖过程中做到无水作业。
（2）开挖顺序建议采用单头开挖方式。根据基坑开挖经验，单头开挖较两头开挖节约时间≥20天。
（3）单头开挖方式的优势：后方有渣土作业空间和渣土运输通道，开挖、支撑、底板结构等可形成流水作业，且开挖到最后时，根据放坡要求，只有最后一个区的下层土方进行垂直出渣方式，能有效节约时间和成本。
（4）两头开挖方式的优势：第一层土方开挖优势明显，但往下开挖很难形成台阶，作业工效慢。随着开挖的进行和放坡要求，开挖到中部时，至少影响3个区的土方开挖，需采用垂直运输渣土方式，时间消耗长。
（5）必须做到开挖至砼撑底标高即刻开始施工，钢支撑底部50cm，底部采用纵向拉槽时，两侧须留反压土，反压土宽度大于2m（受力要求，同时也是人员作业方便），坡度小于1：1（为高宽比）。
（6）钢支撑如采用钢板与地连墙连接时，不建议采用钢板预埋至地连墙钢筋笼上（预埋误差过大时，割除重新固定时间成本高），建议采用螺栓或者植筋方式后期固定钢板（保证墙面平整度）。
（7）设备配置：开挖到最后一个区时，不具备放坡条件的，需要配置长臂挖机，或者采用履带吊起吊。
5 结论
通过分析比较4种深基坑开挖方式的优缺点，结合昆明地铁4号线3标苏家塘站现场情况，提出了采用方案4的深基坑土方开挖方式，有效地保证了土方快速安全开挖，并根据昆明地铁4号线3标苏小区间盾构井土方开挖全过程监测报警情况，对土方开挖过施工难点进行归纳总结，提出了相应的质量控制措施，可为类似工程提供一种经济实用的土方开挖方案。
参考文献
[1]贾坚. 逆作开挖深基坑控制卸载变形的方法与实践[J]. 岩土工程学报，2007，29（2）：304-308.
[2]庄剑峰，谢小松. “半逆作法” 在大型深基坑开挖中的应用[J]. 建筑技术，2007，38（12）：893-895.
[3]周臻全. 中心顺作—周边踏步式逆作施工工艺及关键技术[J]. 岩土工程学报，2010，32（2）：455-458.
[4]包旭范，庄丽，吕培林. 大型软土基坑中心岛法施工中土台预留宽度的研究[J]. 岩土工程学报，2006，28（10）：1208-1212.
[5]梁志荣，李忠诚，赵军. 基于极限抗力的基坑中心岛施工留土宽度分析[J]. 岩土工程学报，2010，32（2）：535-338.
论文作者:韩东
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第5期
论文发表时间:2018/7/6
标签：土方论文; 混凝土论文; 基坑论文; 方案论文; 深基坑论文; 作业论文; 四道论文; 《建筑学研究前沿》2018年第5期论文;