中铁五局集团有限公司
摘要：随着我国经济的快速发展，地铁作为城市轨道公共交通的主要工具，在城市的发展中起着不可替代的作用。地铁的广泛使用缓解了大城市交通拥挤的状况，给城市居民的生活提供了极大的便利。因此，大中城市的地铁建设已经陆续开始，地铁车站基坑开挖工程在城市中已是常见现象，该文就地铁车站深基坑的开挖技术做了简明论述，对开挖深基坑中的设计要求、施工要求、技术难点、解决办法做了简要介绍，着重介绍了地铁深基坑的开挖工艺和支撑工艺，希望对地铁车站的基坑开挖及类似的工程施工有所帮助。
关键词：地铁车站；深基坑；施工方法；开挖工艺；支撑工艺；造价
1、工程概况和难点分析
地铁车站基坑开挖需要掌握工程概况：工程建设位置、工程结构、施工面积、设计深度标高、开挖地点的地质状况及周围建筑状况凡此等等。遇到的困难主要有：（1）工程水文地质条件不好，地下水对基坑开挖有较大影响。（2）地上建筑物较多，尤其是在深基坑土体破坏范围内的建筑物，基坑开挖后荷载传递会引发基坑失稳，严重时可导致塌陷。（3）施工地点附近交通繁忙，车流量过大易引起边坡受力不均，严重时会导致边坡滑陷。（4）其他影响基坑变形的因素都要加以控制。地铁车站基坑开挖技术的核心表现在对深基坑支撑体系的控制上，这些影响深基坑开挖的因素都加大了对坑边支撑维护的难度。
2、设计要求和施工要求
2.1 设计要求
按地铁车站施工的要求、结构和营运的要求，工程要满足下列最低条件。
（1）基坑安全：基坑工程安全等级为一级。（2）结构耐久：主要结构构件设计使用年限为100年。（3）抗震等级：结构的抗震等级为三级，对非承重构件也要采取相应的抗震措施。（4）安全等级：车站主体结构的安全等级为一级；附属构件和围护结构的安全等级可为二级；露天结构和迎土面的混凝土结构设计类别可为二类。（5）防水等级：设备区和车站结构的防水要设为一级，非设备区防水等级为二级。
2.2 施工要求
基坑开挖应根据支护结构设计、降水排水要求，结合周围建筑物状况和交通状况确定开挖方案。
基坑周围地面应设排水沟，且应避免雨水、渗水等流入坑内；同时基坑内要设置必要的排水设施，保证开挖时及时排出雨水。放坡开挖时，应对坡顶、破面、坡脚采取降排水措施。当采取坑内外降水措施时，应按要求降水后方可开挖土方。
软土地层必须分层、分块、对称、均衡地开挖，分块开挖后必须及时施工支撑。对于有预应力要求的钢支撑和锚杆，还必须按设计要求施加预应力。当基坑开挖面上方的支撑、锚杆和土钉未达到设计要求时，严禁向下超挖施工。
基坑开挖时必须采取措施防止开挖机械等碰撞支护结构、格构柱、降水井点或扰动基底原状土。
发生下列异常情况时，应立即停止开挖，并应立即查清原因和及时采取相应措施后方可继续开挖。（1）围护结构变形达到设计规定的位移限值或位移速率持续增长且不收敛。（2）支护结构的内力超过其设计值或突然增大。（3）围护结构或止水帷幕出现渗漏，或基坑出现流沙、管涌现象。（4）开挖暴露的基底出现明显异常，包括粘性土强度明显偏低或者砂性土层水位过高造成开挖施工困难。（5）围护结构发生异常声响。（6）边坡或者支护结构出现失稳征兆。（7）基坑周围建（构）筑物变形过大或已经开裂。
3、地铁车站几种常用施工方法的介绍
3.1 明挖施工方法
明挖顺作法是直接在车站的外围先施做围护结构，然后直接进行开挖施工。明挖顺作法适用于施工场地足够大的情况。在城市修建地铁车站时，可以暂时中断交通进行封闭施工时，可以采用明挖顺做法施工，这种施工工法施工速度快，造价低，可有效降低地铁工程的造价（图1）。
图1 明挖法施工现场
3.2 暗挖施工方法
当地铁车站处于繁忙交通地段，车站施工不允许封闭路面交通、且站位埋深较大，可采用浅埋暗挖法施工。利用暗挖法进行地铁车站的施工，对路面交通的干扰小，不需要像明挖法施工车站那样占用很大的施工场地，因此地面拆迁量也少，也可以节省不少拆迁成本。但它的不足之处在于：一是在地下水位较高的软弱土层中不考虑采用暗挖法施工。二是暗挖地铁车站埋深浅、结构断面大时，其顶部土体的成拱能力、自稳能力差，开挖前需进行预加固。由于施工工序复杂，结构转换次数多，对土体扰动大，计算模型难于正确反映实际受力情况，因此施工时必须采取一系列的辅助措施确保施工安全及周围环境的安全。三是暗挖车站的造价高，投资控制难度大。由于施工难度较大，车站在施工过程需要对土体进行预加固、预支护等各种辅助措施才能进行施工，因此采用暗挖法的施工成本较其它施工方法高，车站在施工过程中，因不确定因素可能存在大量的设计变更，因此投资控制的难度大（图2）。
图2暗挖法现场施工
3.3 盖挖施工方法
当车站位于比较繁华而狭窄的街道下、繁华闹市区、跨越路口，无法提供明挖施工场地，但允许短期中断道路交通或局部交通改移时，盖挖逆作法是城市地铁车站施工的一种比较有效方法，能有效地保护周边环境，且具有施工速度快，对交通阻断时间比较短、对交通干扰小，有效解决了在城市中心修建地铁车站的交通等难题，有效降低了在城市中心区域地下工程施工对交通的影响，因此在国内地铁车站的修建中得到广泛的应用。随着盖挖法的应用及技术经验的积累，盖挖法施工技术得到了不断发展，根据施工的顺序及是否进行支撑，盖挖法可分为盖挖顺作法、盖挖逆作法以及盖挖半逆作法三种（图3）。
图3 采用盖挖法施工的车站
4、基坑的开挖与支撑
地铁车站基坑运用的开挖技术主要表现在两方面：一是开挖施工；二是保证开挖的支撑施工。
4.1 开挖施工
分层开挖方式。第一层，可采用大型挖机开挖，直到挖至第一道支撑处，开始安装支撑并且施加预应力。第二层，可采用小挖机在基坑中挖土、机械出土。第三层，即余下300 mm厚的土层，可由工人清除，减少对地层的扰动。
开挖时可分层、分段呈均衡对称型向前进行，在平面上是先中间后两边按一定坡度进行。按照“开槽支撑、先撑后挖、分层开挖、严禁超挖”的原则进行施工。
支撑预应力控制。采用“分段、分层、分块、对称”的方法来组织施工，减少侧墙横向位移和坑底回弹或隆起，合理做好挖土和支撑的配合时间及关系，做好应力控制。当支撑加设后应对支撑按设计要求及时加预应力，当墙体水平位移超过警戒值时可适当增加预应力或者采取加强支撑的措施以控制变形。
跟进施工。当基坑开挖至设计标高后，要根据施工方案、施工缝留置的位置及时进行混凝土垫层的跟进施工。
控制施工机械。在挖土过程中，要严格控制机械按规程操作，避免机械施工过程中臂碰撞支撑柱和土方超挖。
4.2 基坑开挖支撑施工
直撑法支撑。按照在地面进行的预拼装快速进行支撑安装，禁止使用不合格的或有损伤变形的支撑，预安装时要按部位进行顺序编号，以免在安装中出错，耽误架设支撑的及时性。
斜撑法支撑。基坑端头井、盾构始发、盾构接收井等大拐角处采用斜撑法支撑。斜撑安装可预先在支撑座处埋设钢板进行焊接处理，也可以将斜撑支座连成整体后安装。
施加和复加预应力。在完成支撑作业后要按设计要求及时施加预应力，预应力常因围护结构位移、其后土体位移、温度变化、施工振动等因素而发生损失，为避免维护结构发生不可逆转的位移，需要复加预应力操作。
支撑的拆除。在拆除支撑时要注意分级释放轴力，避免因短时间内完全释放预加应力，而导致结构发生局部变形、开裂等现象，要按预应力的大小顺序逐步释放。
为消除施工误差及施工难度对支撑的受力影响，保证基坑安全，目前常见的基坑第一道支撑及角撑设计均采用混凝土支撑。
几种方法的经济效益分析
从投资、施工的难度性、对环境的影响等方面对明挖顺作法、盖挖法、暗挖法三种地铁车站的施工方法的综合比较如下表1。
6、结束语
实践表明，根据车站基坑的地质条件和周边环境条件，并结合基坑本身结构特点，提出的地铁车站基坑开挖顺序、方法以及与之相适应的联合围护结构方案、围护形式及参数，可以确保基坑本身的边坡稳定与结构安全。可严格控制地基变形；能够满足复杂条件下的基坑开挖安全、质量与进度要求。由于城市地理位置不同，地铁建设地点的地质条件及地下水位不同，同时地铁车站的结构和设计风格不同，地铁车站开挖的基坑需要的技术也不是千篇一律的，每个车站基坑开挖都要根据具体地点并結合围护地铁结构形式和设计参数做进一步研究。在城市地铁建设过程中，工程建设者们都在实践中努力探索、总结经验、推广经验，并积极应用新技术、新材料、新工艺、新设备，大大提高了修建地铁的效率，为降低修建地铁成本、保证施工安全、改善城市交通做出了贡献。
参考文献
[1] 董鹏飞.浅谈地铁车站基坑同步开挖施工技术[J].山西建筑，2011（31）：55-56.
[2] 葛海燕.浅析深基坑开挖施工技术[J].民营科技，2008（2）：147.
[3] 张顶立，黄俊.地铁隧道施工拱顶下沉值的分析与预测[J].岩石力学与工程学报，2005，24（10）：1703-1705.
[4] 常瑞杰. 地铁车站施工工法的优化选择[J].都市快轨交通，2010，23（2）：83-87.
论文作者:龙根望
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年1月
论文发表时间:2017/4/14
标签：基坑论文; 车站论文; 地铁论文; 结构论文; 预应力论文; 交通论文; 位移论文; 《建筑学研究前沿》2017年1月论文;