中交一公局厦门工程有限公司；中国交建厦门轨道交通2号线总承包部项目部
摘要：基坑工程是支护结构施工、降水以及基坑开挖的系统工程，基坑开挖对周边环境的影响、甚至对基坑工程的安全都非常重要，基坑工程中土方开挖的方式应结合地质水文情况、基坑规模、开挖深度、平面形状以及支护结构综合确定。
关键词：长距离；大跨度；地铁车站；基坑开挖
1前言
随着经济的发展，城市化步伐的加快，为了满足日益增长的市民出行、轨道交通换乘、商业、停车、物业管理等功能的需要，结合城市建设和改造开挖大型地下空间已经成为一种趋势，比如越来越多的换乘地铁车站、地下停车场、地下商场等。这些深大基坑通常位于密集城市中心，基坑周边密布着各种地下管线、建筑物等，施工场地紧张、工期紧、地质条件复杂、周边环境保护要求高。为此，基坑开挖应充分结合现场实际工况和建设需求，选择一种行之有效的开挖方法，本文以厦门轨道交通2号线二期工程某车站为背景，重点研究长距离、大跨度地铁车站基坑开挖技术。
2工程背景
厦门地铁2号线某车站位于厦门市海沧区马銮湾海域，车站采用明挖顺筑法施工。车站为地下三层双岛四线平行换乘车站，车站长度220m，标准段宽46.6m，基坑深度16.46m；两侧端头井宽50.5m，基坑深度为17.25m，基坑开挖土方共计17.5万方。围护结构采用厚度800mm的地下连续墙+内支撑体系，第一道支撑为混凝土支撑，间距8m，第二道及第三道支撑为钢支撑，间距3m。
3地质水文情况
根据地质勘查报告和补勘报告，基坑开挖范围地层由上向下依次为淤泥、粉质粘土、中粗砂、凝灰熔岩残积粘性土。
地表水及地下水按赋存介质，地下水分三类，赋存于第四系松散岩类孔隙含水岩组，赋存于残积空隙裂隙含水岩组及基岩构造裂隙含水岩组，由于车站紧邻海边，地下水位较高，且存在承压水，水头高度为3.4～4.6米。
4技术难点分析
由于本站为长距离、大跨度地铁车站，开挖土方量大、工期紧，基坑开挖范围内地质条件复杂，在开挖过程中极易出现基坑隆起、边坡坍塌等现象，易导致地下连续墙围护结构变形失稳，引起基坑坍塌，施工难度大，风险高。
根据近十几年来长大基坑开挖过程中的实践经验总结，基坑开挖过程的“时空效应”十分明显。开挖深度相同的基坑工程，开挖面积越大、周边越长，围护墙的位移也越大，对环境影响越大；而且基坑开挖过程支撑架设的时间越长，基础底板封闭的越晚，基坑的变形就越大，也会影响到基坑开挖安全和周边环境安全。结合工期要求和地质水文情况，针对本站基坑开挖过程可能存在的问题进行预测，并进行原因分析，见下表：
5开挖方法的确定
基于上述原因分析，为了保证基坑开挖安全，本站基坑开挖主要遵循以下原则：
（1）确保围护结构施工质量，保证墙体刚度满足要求；
（2）确保井点降水质量，保证基坑开挖前地下水位满足要求，不至于因受地下水影响而导致基坑变形或地下连续墙踢脚，甚至基坑失稳。
（3）在开挖过程中采用从两端向中间分层分段后退式开挖，当基坑开挖至中间现有的挖机不能满足开挖要求时，采用垂直开挖方式。这种开挖方式可以充分考虑基坑“时空效应”，利用土体结构的空间作业，减小围护墙被动压力区的压力和变形，减小各道支撑安装时的墙体先期变形，还可以提高基坑抗隆起的安全系数。
（4）基坑开挖到基底后，及时施做垫层封底，当遇到降雨天气来不及施做垫层时，基坑边坡及土体采用彩条布进行临时覆盖，避免因基坑土质长时间暴露导致抗剪强度降低，进而引起滑坡、基坑隆起、失稳，甚至坍塌。
6开挖机械的确定
考虑到基坑开挖至中间部分以及端头井的清底，现有的挖机不能满足要求时，需将其更换为垂直开挖方式。针对垂直开挖的机械，共有三种方案可供选择：电抓斗、伸缩臂以及长臂挖机，综合考虑工期和成本，本站基坑开挖前，进行了相关调查和方案比选。
6.1现场调查
各种开挖机械的租赁费用见下表：
针对上述成本分析表，本站垂直开挖机械采用轮式电抓斗。采用此方案，成本最低，效率高，且能更好地保证开挖安全。
7开挖步骤
本站基坑开挖分为以下三步进行：
7.1第一步开挖
第一层（表层）土方开挖一个工作面采用一台机型为350挖掘机由两头向中间后退挖土至钢筋混凝土支撑一下10cm，挖土厚度约1.6m。土方分一层进行开挖，在挖至冠梁底10cm后进行桩头破除和检桩施工，然后施工第一道支撑、冠梁、连梁及挡土墙。
7.2第二步开挖
第二层土方开挖采用2台机型为200的挖机进行土方开挖，1台机型为350的挖机进行导土、装车，端头井位置开挖到第二道混凝土斜撑底面以下50cm进行腰梁及斜撑施工，标准段位置开挖到第二道钢支撑底面以下50cm进行钢支撑架设安装。开挖每小段分为3层进行开挖，高度为2米，开挖长度为12米，层间坡率为1：2，开挖到支撑底距分界面50cm后及时架设钢支撑。
第三层土方开挖采用3台机型为200的挖机进行土方开挖，1台机型为350的挖机进行导土、装车，扩大段开挖到第三道支撑底面以下50cm进行围檩、钢支撑架设安装，标准段开挖到第三道支撑底面以下50cm进行钢支撑架设安装。开挖每小段分为3层进行开挖，高度为2米，开挖长度为6米，层间坡率为1：2，开挖到支撑底距分界面50cm后及时架设钢支撑。
第四层土方开挖采用4台机型为200的挖机进行土方开挖，1台机型为350的挖机进行导土、装车，第四层开挖至基坑底上方500mm左右时，采用人工开挖至基坑底部，然后施作垫层。
7.3第三步开挖
基坑由两端开挖至中间和两侧端头井部分，机型为200的挖机与机型为350的挖机配合不能满足施工时，将机型350的挖机更换为轮式电抓斗用于端头井及中间段清底，基坑底部配备2台120挖机倒土，轮式电抓斗旁再配备1台200挖机装车。
8基坑开挖技术要求
（1）基坑开挖必须在围护结构封闭、车站挡水墙施工完成且地下连续墙、冠梁和第一道混凝土支撑达到设计强度后进行。开挖前应进行坑内预降水、疏干，保证基坑降水水面在基底以下2.0米。围护结构周围超载不得大于20Kpa，基坑周边2米范围内载重车辆行走，基坑周边10米范围内不得寸土堆载。
（2）基坑开挖时，其纵横向放坡应根据地质、环境条件取开挖时的安全坡度。必须分段、分层、分区、对称进行，不得超挖。每层开挖厚度不超过2m，严禁在一个工况下一次开挖到底。
（3）纵向放坡开挖时，应在坡顶外设置截水沟或挡水土堤，防止地表水冲刷坡面和基坑外排水再回流渗入坑内。当施工期较长，特别是在雨季施工停歇时间较长时，开挖边坡面宜及时采取钢筋网喷混凝土，坡顶设置挡水堤、平台面设置截水沟等措施护坡，加强降水井抽排，确保基坑水位在坑底2米以下。
（4）基坑开挖前应对地下各类管线分布情况进行探查清楚，确保开挖过程地下管线的安全和正常。
（5）基坑开挖后，应及时设置坑内排水沟和集水井，防止坑内积水。
（6）土方开挖的顺序、方法必须与设计工况一致，并遵循"开槽支撑、先撑后挖、分层开挖、严禁超挖"的原则，开挖第一层土时每一段的开挖长度一般不超过12m；其他各道支撑开挖时，每小段长度一般不超过6m，开挖时间和钢支撑的安装时间在16小时和8小时。
（7）基坑开挖时严禁大锅底开挖，开挖至基底以上0.5米时，应进行基坑验收，并改用人工开挖至基底，及时封底，尽量减少对基底土的扰动，剩余0.5米土方应采用人工及小型机械配合开挖。
（8）施工时严禁挖土机械碰撞支撑，严禁施工机械在支撑上行走，不得在第一道混凝土支撑表面堆载。
（9）土方开挖时，挖出的土必须及时运走严禁在基坑1倍深度范围内堆放弃土；基坑开挖至底面后，应及时施作接地网、垫层。
（10）坑底底板下翻梁、集水井等小坑定位及深度应根据主体结构图册确定，并需要采取放坡等措施保证施工安全。
9结语
本站属于长距离、大跨度地铁车站，基坑土方量大，工期紧，地质条件复杂。本文通过成本分析和方案比选，结合车站的实际工况，采用分层分段后退式开挖方法，选择轮式电抓斗作为垂直开挖机械，在本站基坑开挖中取得了一定的效果，满足了基坑安全和工期要求，对于今后在长距离、大跨度地铁车站基坑开挖中有着一定的指导意义。
参考文献：
[1]中华人民共和国住房与城乡建设部GB50299—1999地下铁道工程施工及验收规范.2003年版.
论文作者:祝勇,林金华
论文发表刊物:《基层建设》2017年第36期
论文发表时间:2018/4/4
标签：基坑论文; 土方论文; 车站论文; 地下论文; 机型论文; 挖机论文; 抓斗论文; 《基层建设》2017年第36期论文;