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摘要：基坑工程是指在地表以下开挖的一个地下空间及其配套的支护体系。而基坑支护就是为保证基坑开挖，基础施工的顺利进行及基坑周边环境的安全，对基坑侧壁以及周边环境采用的支挡，加固与保护措施。
基坑支护体系是临时结构，安全储备较小，具有较大风险，基坑工程具有很强的区域性。不同水文，工程地质环境条件下基坑工程的差异很大。基坑工程环境效应复杂，基坑开挖不仅要保证基坑本身的安全稳定，而且要有效的控制基坑周边地层移动以及保护周围环境。本文以北京地铁十号线二期07标段角门西站为例，对深基坑支护施工方法进行分析，通过本工程的成功实施，不仅保证了工程自身的施工安全，而且为同类工程的施工有很好的借鉴作用。
关键词：地铁车站 深基坑 钢支撑 钢围檩
一、工程概况
北京地铁十号线二期07标角门西站工程（总造价3.85亿元）位于嘉禾路（规划）和马家堡西路交叉路口下，沿嘉和路东西向设置，是10号线与既有4号线换乘车站。角门西站分为东、西站厅，均选用双柱三层三跨矩形框架结构型式，采用明挖法施工，桩撑支护。东站厅位于马家堡西路东侧，基坑深26.785m，长86.9m，顶板覆土厚度约4.8m；西站厅位于西侧，基坑深26.467m，长85.5m，顶板覆土厚度约4.5m～4.7m。
东、西站基坑均采用桩撑支护体系，采用Ф1000＠1500mm（1400mm）钻孔灌注桩。桩间喷射C20混凝土，围护桩桩身混凝土均采用C30混凝土。
东、西站厅围护结构标准段采用四道支撑（两道φ609mm钢支撑、两道φ800mm钢支撑），桩长30.55m；盾构段采用四道支撑（钢筋混凝土支撑、一道φ609mm钢支撑、两道φ800mm钢支撑）+一道倒撑（φ609mm钢支撑），桩长32.6m；竖井段（加宽段）采用五道支撑（三道钢筋混凝土支撑、一道φ609mm钢支撑、一道φ800mm钢支撑），由于竖井段（加宽段）紧挨已施工完毕的主体暗挖段，桩长长度不等。
二、基坑土方开挖
2.1土方开挖原则
1、在基坑开挖之前，对基坑周边的管线进行详细调查，如发现有渗漏水现象，及时进行处理（如地面灌浆、水泵抽排水等措施）。
2、根据角门西站东、西站厅工点实际情况以及水文地质条件，基坑土方开挖时按照“纵向分段、竖向分层、横向中部挖槽后对称，限时平衡”的原则进行开挖，并遵循“开槽支撑、先撑后挖、分层开挖、严禁超挖”的原则。
2.2明挖基坑施工工艺流程
图1明挖基坑施工工艺流程图
2.3基坑土方开挖技术
1、根角门西站西基坑土方开挖采用从西向东方向开挖，东站厅采用从东向西方向开挖，竖向将基坑土体分成上层土体和下层土体，逐层分台阶开挖支护并架设钢支撑。
2、上层土体（约14米厚）采用放坡道反铲挖掘机在基坑内直接装车外运或者挖掘机接力甩土出土，对最后无法直接装车的竖井段（加宽段）局部土体可采用长臂挖掘机开挖。
图1 车站基坑上层土体分层开挖示意图
3、基坑下层土体（约13米厚）采用反铲挖掘机+垂直运输设备（吊车、龙门吊）运输至地面装车外运方式出土。东、西基坑内各放置4台0.2m3反铲挖掘机装土，在垂直运输过程中应设专人指挥吊车司机施工,防止钢支撑受碰撞突然脱落，保证基坑的整体稳定和施工人员的安全。
图2 车站基坑下层土体分层开挖示意图
4、根据角门西站东、西站厅钢支撑分布情况，拟定在5～6轴，8～9轴，14～15轴，17～18轴之间留出土口，出土口两边钢支撑轴距为3.8米，并对其两端头进行防脱落处理，避免因出土碰撞而且失稳。角门西站东、西站厅基坑土方施工流水划分见图2。
5、基坑纵向每一开挖段尽量分小段开挖，竖向每一段从上到下分9层开挖，每层厚度不超过3m；中间拉槽不得出现反坡，并根据地层情况适当放缓临时边坡；当开挖至需架设钢支撑时掏槽开挖至钢围檩以下50cm，。打设钢围檩三角托架，量测横向槽长，在地面拼装钢支撑。
5、东基坑西端头、西基坑东端头临近既有四号线15米范围应采取对称开挖及支撑，因该部位设计有三道砼支撑，因此土方开挖采用“竖向分层、中间不拉槽”原则开挖，当开挖至支撑底标高后，浇筑混凝支撑连续梁，待混凝土支撑混凝土强度达到100%后继续向下开挖。
6、由于先行施工了主体暗挖段，靠近四号线侧端墙围护桩位于暗挖段初期支护上，施工围护桩时应与初支格栅有效连接，基坑开挖时对桩底土体采取注浆加固措施，加固范围为桩底向上3m，水平方向2.5m，注浆采用桩间打设小导管，小导管Ø32×3.25mm钢管，每组3根，纵向间距1.0m，外插角度45°，浆液采用水泥—水玻璃双液浆。
三、支撑安装施工
角门西站支撑系统由冠梁、钢支撑、钢围檩、混凝土支撑、混凝土腰梁。其中钢支撑有Φ609mm×16mm、Φ800mm×14mm两种，钢围檩采用2根H型钢双拼，规格为400mm×800mm，混凝土腰梁有600mm×800mm、800mm×800mm。基坑标准段设四道钢支撑，竖井段三道混凝支撑，两道钢支撑，盾构段设四道钢支撑及一道倒撑，钢支撑水平间距2.5m~3m，竖向间距5.5m~6m。支撑安装与基坑土方开挖时深基坑施工密不可分的关键工序，二者极具时间性和协调性。支撑架设时间、位置及预加轴力的大小直接关系到深基坑稳定的成败。
3.1钢支撑工艺流程
基坑钢支撑采用人工配合龙门吊进行架设。东、西基坑各采用1台15t桁吊，在钢支撑施加预加力过程中,桁吊钢丝绳不能放下。钢支撑施工工艺流程如下：土方开挖至该道支撑底标高下50cm→钢围檩牛腿安装→安装钢围檩→用C20细石混凝土填充围檩与支护桩的空隙→安装钢支撑→逐级施加轴力→钢楔锁定→继续开挖下层土体
3.2支撑拼装及钢围檩安装
钢支撑事先在基坑顶地面按设计需要的长度法兰连接拼装制作而成,法兰螺栓采用高强螺栓,采用对角和分等份顺序拧紧，拼装中钢支撑法兰盘位置通常有挠曲形象，采用拉线检查及时进行调整。钢支撑最终拼接长度比设计长度小10 cm,架设时10cm空隙用钢楔子调节活络头并锁紧,活络头最大伸缩长度应控制在30cm以内。除了第一道钢支撑以及混凝土支撑连续梁外，其余支撑均设置钢围檩，钢围檩采用2根H型钢焊接成格构式钢围檩，标准长6m，每根之间采用20mm厚钢板搭接焊等强连接，接头位置一般宜设置在两根钢支撑1/6间距范围内。钢围檩底座用75 mm ×8 mm角钢制作成三角支架支撑钢围檩重量，三角支架用M24的膨胀螺栓与围护桩固定，间距1.5m，当基坑开挖至钢围檩以下30cm即可对称架设钢围檩。
3.3钢支撑架设
钢支撑用龙门吊两个电动葫芦平行起吊进行架设。当钢支撑就位后，在活络端用千斤顶施加轴力，其间应注意管身、活络端头、千斤顶、挂板各轴线要在同一平面上，深基坑必须进行钢支撑轴线监测，需提前把轴力计安装在钢支撑活络端，并在有轴力计的一端加设两个“7”字挂板（20mm厚钢板），防止钢支撑脱落。
3.4钢支撑预加轴力
钢支撑吊装就位后，在活络端用两台100t油压千斤顶施加预加力，预加力达到设计预加力60%后，停止加压，当压力表无明显衰减时，采用特制定型钢楔锁定钢支撑，然后减压卸掉千斤顶，本车站钢支撑有Φ609mm×16mm、Φ800mm×14mm两种，其中609Φ为单活络端，Φ800mm为双活络端，钢支撑预加力见图3、4。钢支撑预加力如果采用两个以上钢楔时，上下交错布置，钢楔子具体规格见图5。
3.5混凝土支撑及连续施工
根据设计图纸，角门西站东西基坑临近既有四号线一端第三、四道支撑体系为600mm×800mm混凝土支撑，土方开挖时严格控制基底标高，待土方开挖至混凝土梁底后，人工处理好基面浇筑50mm厚C15混凝土垫层，绑扎钢筋、支模、浇筑混凝土，待混凝土强度达设计强度100%后方可继续挖土。
四、小结
1、在基坑开挖与支撑施工中，一定要做到信息化施工，加强监控量测，尽可能缩短围护桩无支撑状态的暴露时间，合理安排基坑开挖工序及钢支撑架设步骤，由于基坑长度短、深度较深，垂直运输出土速度将是东西基坑开挖总体工期的决定因素，因此根据钢支撑布设形式，沿着基坑纵向设置专用出土孔，出土孔两侧应加密监测点、并且在施工过程中加强监测频率，确保基坑安全。
2、监控量测在深基坑施工过程中起到重要作用，因此应由项目总工程师直接领导成立监控量测小组，及时监测、及时预报监测数据、及时预测土方开挖、支护及围护结构的稳定性和安全性，提出工序调整的意见及建议，确保深基坑施工安全。
3、加强基坑地下水监测，随着开挖深度加深后，提前10~15天启动降水井，确保地下水始终在基坑开挖面以下1m，并且设专人24小时负责降水井正降水维护工作，防止停电或者其他原因导致降水停滞。
4、钢支撑一般需提前在地面按设计长度拼装，并对经检查合格的钢支撑按部位进行编号，以免用错，另外有轴力计需提前安装，安装有轴力计的端头应加长底托或加设“7”字挂板，防止钢支撑脱落。
5、油压千斤顶在使用前必须经法定单位检测并标定，并且要经常对液压油泵进行检修，确保正常使用。
6、在深基坑开挖过程中，钢支撑不可避免地会产生预应力损失，由钢支撑预应力损失所引起的围护结构变形几乎是不可逆的，所以要根据实测轴力及时复加预加力以补偿损失。其中钢支撑轴力、桩深变形监测受人、气温等外界条件影响较大，因此最好采用专人负责、定时量测。
7、钢支撑拆除时活络端钢楔子完全取出后，应分别起吊钢支撑一头，待钢支撑两端头完全松动并脱离钢围懔后才能平稳起吊，防止死拉硬拽导致钢丝绳发生断裂。
参考文献：
[1]北京地铁10号线二期工程施工设计角门西站主体围护结构施工图.
[2]《建筑基坑支护技术规程》（JGJ 120-99）.
论文作者:苗琳琳
论文发表刊物:《基层建设》2016年4期
论文发表时间:2016/6/14
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