中铁建大桥工程局集团第三工程有限公司 辽宁 沈阳 110046
摘要：以宁波地铁1号线天一广场车站基坑工程为例，对基坑土方开挖中所涉及的技术措施进行分析探讨，为类似工程基坑施工提供参考和借鉴
关键词：地铁；基坑；施工
随着城市建设的不断发展，地下空间被不断开发利用，地铁工程在城市中开始建设，大量基坑支护与施工的问题产生了，成为当前工程的热点和难点，结合大量工程基坑施工实例进行实际总结，以适应进一步发展的需求。地铁基坑工程据有开挖深度大，土方开挖多等特点，从而对支撑体系要求带来更多要求，在开挖会产生较大位移和沉降，对周边建筑、路面、地下管线造成影响，由于地铁基坑施工工期长、场地狭窄、工程所需材料堆放对基坑稳定性也会产生不利影响，因此在具体的基坑工程施工工程中，需合理规划，结合各个工程的具体情况，采取相应的施工技术，以确保基坑工程顺利实施。
以宁波地铁1号线东门口车站基坑为背景，详细介绍了工程特点，并针对其特点及施工中的重点和难点给出了相应的处理方法，以对其它类似基坑工程施工提供参考。
一、工程概况及其特点
1.1工程简介
宁波市轨道交通1号线一期工程起于市区西部的高桥镇，沿规划望春路与后塘河之间的规划绿化带以高架线形式向东南延伸，经芦港、徐家漕，至机场公路西侧转入地下。线路过机场公路后沿中山西路向东，经过汽车西站、大卿桥、西门口、鼓楼、天一广场等地，下穿奉化江沿中山东路一直向东，经过樱花公园、世纪大道后，线路向北迂回进入宁穿路，而后线路一直沿宁穿路向东延伸，经海晏路、盛莫路后，到达一期工程终点站东外环路站。线路正线长20.878km。其中高架线5.45km，桥梁与U型槽过渡段及U型槽长0.31km，地下线15.118km；共设置车站19 座，其中高架站5座，地下车站14 座，平均站间距1.14km。本车站全长188.4m，外包宽度为22.5m。基坑标准段开挖深度为21.922m，端头井基坑开挖深度为23.758m。
1.2地质条件
建设场区位于宁波市海曙区东侧，地貌类型属于杭州湾南岸滨海淤积型平原，地势平坦开阔，地面高程约4～3.5m。地基土属于软弱场地土。
1.3不良地质条件
1）地表沉降
宁波市深层地下水大量开采，地下水水位逐渐下降。市区地面沉降、范围逐渐扩大，累计沉降量不断增大，也显示了地面沉降区域性、不可逆性特征，区域漏斗沉降不断扩张。地下水开采，随着粘土层孔隙水压力消散，土层产生不同程度的地面不均匀沉降现象，为施工带来一定的影响。
2）流砂和管涌
宁波位于余姚江、奉化江汇合于甬江的三江口处，区内基坑围护范围土层基本由强度较低的软弱粘性土组成，地下水位浅，为饱和土层，具有在振动条件下产生土层液化、流砂以及在动水压力下产生管涌、流砂，危及工程施工和运行等不良工程地质作用的特性。
1.4工程特点
宁波1号线一期工程为宁波一项重点工程建设项目，本车站基坑位于宁波市中心区周边高层建筑较多，车站南侧为交通要道，车流量较大，车站周边地下管线较多，分别为给水、电力、通讯排水、热力、燃气，车站地下车站为双柱三跨地下三层岛式车站，围护结构采用1000mm厚地连墙，支撑采用砼支撑、钢管支撑相结合的内支撑体系，标准段设置六道支撑，端头井设置七道支撑，第一、四道支撑为钢筋砼支撑，第五道为双拼钢支撑，其余为单拼钢支撑。
二、基坑开挖作业的重难点及采取的措施
2.1周边环境复杂、安全防护要求高，施工难度大
本基坑位于主干道上,周边环境复杂，建筑物密集,地下管线多,交通干扰大,因此，如何加强施工组织和技术管理，加强施工过程控制，做到协调有序是施工的重点。施工中拟采取如下措施：
1）根据本工程特点，基坑开挖及辅助措施采用有丰富施工经验的专业队伍组织施工；
2）认真编制基坑开挖方案，做好运输组织及碴土夜间外运工作，确保土方开挖及运输能力满足进度要求；
3)加强对施工期影响环境的因素的控制与监测，重点控制噪声、振动、扬尘、废水、废弃物等，达到规定要求，尤其对居民、等环境保护敏感点加强噪声和振动控制，减少外界干扰；
4）加强对管线、建筑物的保护与监测，必要时采取防护措施。
2.2地下水位高，地质差，降水困难
本基坑地层中大部分土质为淤泥质土，土层渗透性差，降水难以达到效果，同时降水还可能造成邻近建（构）筑物的沉降，影响其使用与安全，因此需要进行特殊考虑，确保基坑及周边建（构）筑物的安全。
1）通过试验井抽水试验，优化降水方案，确保降水效果和邻近建筑物的安全；
2）加强对降水井和邻近建筑物沉降监测，设置回灌井严格控制地表和建筑物沉降；
3）对于淤泥质土层中，由于土质渗透性差，降水井难以达到效果，准备设置疏干井进行明排，达到降水效果。
三、基坑开挖技术及开挖控制措施
3.1开挖方法
1）标准段土方开挖
（1）破碎表层土后再开挖表层土，挖土深度为第一道混凝土支撑底面，制作砼支撑并经养护，确保开挖第一层土前支撑达到强度要求；
（2）开挖第一层到第二层下300mm架设第一道钢支撑，开挖纵坡按1：4进行放坡开挖，单边用改装EX200挖机在基坑单边挖土，2台小挖机配合挖土；
（3）开挖第三层到第四层土方，开挖深度为第二道钢支撑底下300mm，按1：4进行放坡开挖，单边用长臂挖机在基坑单边挖土，2-3台小挖机配合挖土。开挖完成第四层土方后开挖第五层土方，开挖深度为下二层板底下200mm，浇筑垫层，进行下二层板施作；
（4）待完成第三个区的下二层板时，开始进行第一个区下二层板以下土方开挖，后面依次类推；
（5）第六至第八层逆做采用抓斗式挖机及龙门吊进行取土，再配合2-3台左右小挖机。考虑施工安全及工序的搭接，挖土总体上安排一个开挖面，分层开挖；
（6）在第八层土方开挖完成，30cm厚人工清底结束后紧跟垫层施工，并开始先行交出范围的结构施工。
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2）端头井土方开挖
（1）表层土体采用2台EX200挖掘机开挖(边角采用人工配合)，挖至支撑底标高下100mm位置，浇筑垫层，施工冠梁及混凝土支撑，挖出的土方直接装车运至弃土场（表层土可大面积进行开挖，以便施工冠梁及混凝土支撑）；
（2）混凝土支撑强度达到设计强度的80%后，开挖第一层土方。第一、二层土方开挖采用2台改装EX200挖掘机（加长）直接在支撑的空隙间挖土；对钢支撑下方的土体，采用一台小型挖掘机和一台EX200挖掘机（用50T履带吊放到基坑内）配合翻土。对边角位置的零星土方由人工配合清理。挖出的土方直接装车运至弃土场。挖土顺序为：先将靠近端头井的两根水平对撑位置开挖出来，安装支撑；然后开挖端头井三角区域土方；然后先开挖一个角支撑位置土方，架设支撑后开挖另一个角位置土方。开挖角部支撑位置土方时，小型挖掘机在支撑下掏挖土方，然后EX200挖机翻土到端头井端墙位置，由长臂挖机挖土装车。每区段土方开挖原则上先中间后两侧。每区段开挖时间控制在16h内，随即在8h内安装钢支撑预加好轴力；
（3）第三层土方开挖采用1台臂长18m的长臂反铲直接在支撑的空隙间挖土；对钢支撑下方的土体，采用一台小型挖掘机和一台EX200挖掘机（用50T履带吊放到基坑内）配合翻土。对边角位置的零星土方由人工配合清理。挖出的土方直接装车运至弃土场。开挖至下一层板下200mm后，浇筑垫层，进行下一层板及边框架施作；
（4）第四层至第五层逆做采用抓斗式挖机或龙门吊进行取土，地下再配合3台左右小挖机。开挖至下二层板下300mm后，浇筑垫层，进行下二层板施作；
（5）第六层至第八层逆做采用抓斗式挖机或龙门吊进行取土，地下再配合3台左右小挖机。考虑施工安全及工序的搭接，挖土总体上安排一个开挖面，分层开挖；
（6）在第八层土方开挖完成，30cm厚人工清底结束后紧跟垫层施工，并开始先行交出范围的结构施工。
3.2开挖控制措施
1）挖土控制措施
（1）基坑开挖从上到下分层、分段、分块进行。分层开挖厚度在3m左右，挖土时应从自然地坪面挖到冠梁底标高后立即修凿围护桩桩头和浇混凝土垫层。基坑抽槽横向坡度为1：2～1：2.5，纵向坡度不小于1：4。基坑开挖采取多种机械配合的开挖方案，以机械挖土为主，人工修挖为辅。基坑采用拉槽开挖方式，先挖中间土体,后挖两侧土体。对端头井开挖范围分为三个区间，先挖中间土体，再挖四周斜撑部位土体。斜撑范围内的土方，自基坑角点沿垂直于斜撑方向向基坑内进行分层、分段、限时的开挖。开挖时先对地下连续墙接缝处进行试挖，若无渗漏水情况，则正常开挖；若出现渗漏，应及时进行封堵，渗漏过大不易封堵时应进行土方回填处理，并采取注浆进行封堵；
（2) 底层开挖每级挖机作业宽度约为lOm。基坑底四周有高压旋喷桩作土体加固，由于其强度较高，挖机难以挖掘，拟采用PC200型镐头冲击机进行破碎后用挖机翻出转运。底层部位挖土后，为使坑底土而的暴露时间尽量缩短，应配备足够的凿桩人员及设备、足够的清理基坑余土人员以及机械不能开挖的坑中坑挖土、修土人员，并尽快抢浇坑底垫层，垫层应分块进行浇筑。另外施工测量员要在挖土至设计坑底标高约3Ocm左右时，及时设置控制标高标识，并随时告诉挖机操作手还应开挖的深度，严防超挖，破坏原土性质。当出现超挖时，必须用砂土或塘渣回填并夯实。现场施工员应按测量标高标识组织好坑底清理、修土、找平等工作；
（3）土方开挖一般按先挖中间（先抽槽）架设支撑，后挖两边的土体，尽量减少围护结构的位移。端头部分由于中间无支撑的面积较大，为减小基坑无支撑暴露时间，采用先开挖中间的土体，再开挖边角的斜撑区域的土体。根据对基坑稳定性及围护结构侧向位移监测情况，调整抽槽参数或将开挖方法调整为水平分层开挖，若结构变形超过警戒值,立即启动应急预案，采取钢支撑局部加密等措施。
2）对支撑的保护措施
（1）严禁挖土设备在挖土作业时对支撑碰撞，对掉落支撑上方的土渣及时进行人工清理，并定期对现场钢支撑活络头进行巡检，发现异常及时采取加固措施或更换支撑；
（2）在支撑处开挖土方时，必须先开挖中间土块、按先中间后两边进行开挖，先使支撑粱缓缓的对称受力，逐渐使整个支撑梁全部受力；
（3）所有支撑系统严禁堆载。
3）降排水措施
（1）针对开挖淤泥质土的特点，提前20天疏干井作业，待降水深度达到要求后方可进行基坑开挖，并设置挡水墙；
（2）由于本工程施工中，基坑北侧受管线限制，导致北侧地墙接缝处无法进行旋喷止水桩施工，因此围护壁周边的渗水可能性大，但若有渗水时，可采用封堵措施或引流措施，然后抽排至地面排水系统；
（3）土层滞水、大气补水的排除主要采取在挖土留坡的坡脚部位设置临时排水沟，在每次接力开挖的最下一个平面随挖土随布置一些排水沟与集水坑相连，有较多水时采用水泵向基坑表层排水系统中抽排；
（4）当土方挖至基坑底时，可在沿坑底周边一跨的基梁槽内设转通的排水沟，在基坑内部，可利用坑中坑作集水井或另设集水井；
（5）对于基坑周边需要从集水井内排入内河或市政管网的，在其边上增设滤水池，经滤水池后再排人内河或市政雨水管网。
4）基坑监测安全保证措施
（1）深基坑深层土的开挖对地面沉降的影响相对较大，尤其是深土层开挖过程中应及时加撑和加快车站结构底板的施工速度。基坑侧壁水平累积位移与开挖深度和每次开挖土层厚度及其土层性质关系密切，随着开挖土层埋深的增大，基坑侧壁水平累积位移累积速度明显加快；
（2）立柱桩的设计要充分考虑桩侧土体工程地质条件，当基坑开挖深度有较大差异和基坑底部土层厚度分布极不均匀时，应考虑验算立柱桩的差异沉降；
（3）基坑工程开挖引起的场地变形时空效应非常明显，随着开挖的进行，应沿纵向按限定长度逐段开挖，在每个开挖段分层、分小段开挖，随挖随撑，按规定时限开挖，及时安装支撑并施加预应力，按规定时间施工底板钢筋混凝土，减少暴露时间。
四、结语
工程实践表明，在深基坑开挖中坚持“开槽支撑，先撑后挖，分层开挖，严禁超挖”的原则一定能取得预期的满意效果。但在施工中除采用上述技术措施外，尚应着重注意以下几点：
（1）建立专门的应急救援组织机构，明确组织成员职责，各成员挖土期间保持24小时通讯联系畅通，定期召开会议，分析监测数据及查找工程事故隐患，并负责备足各类应急材料。
（2）建立信息化施工监测体系。由于软土地基的特殊性，挖土期间的各种不确定因素较多，要求必须及时掌握土体的变形及支撑内部的受力情况，对监测结果统计分析， 发现异常情况，立即启动应急预案，把事故隐患消灭在萌芽状态。
（3）建立严格的技术交底和专家论证制度。土方开挖前，其专项方案必须经专家论证，在专家论证基础上加以完善优化，编制成具有可操作性的作业指导书，项目技术负责人应对相关人员进行层层交底，并办理签字手续，方可参加施工。
（4）通过不断对不同时刻监测数据的对比分析，根据监测数据的信息反馈，对施工过程、施工工艺和相关设计做出应有的变更和工程事故应急措施。虽然现场施工监测能够有效地获得动态施工效应的信息，但无法对工程施工的不确定因素进行有效的预测与控制，往往会导致工程事故应急措施的失效和工程造价的失控。造成严重的经济损失和社会影响。因此，如何有效的结合数值计算预测方法和必要的现场监测技术是控制好基坑开挖的重点之一。
参考文献:
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[5]李岩岩.《地铁车站明挖施工基坑监测技术与分析》．青岛大学学报( 工程技术版) ，2009年04期.
论文作者:胡洪亚,袁路路,温晓辉
论文发表刊物:《防护工程》2019年第4期
论文发表时间:2019/5/30
标签：基坑论文; 土方论文; 土层论文; 工程论文; 措施论文; 车站论文; 挖机论文; 《防护工程》2019年第4期论文;