轨道交通工程深基坑支护和土方开挖施工

轨道交通工程深基坑支护和土方开挖施工

李海东

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摘要：以某轨道交通工程为背景，围绕深基坑施工展开探讨，分析支护与土方开挖两大环节，提出在工程开始阶段，土质承载性与工程完整性的检测方式和沉降计算、施工中出现问题及的解决方法，其检测结果对地基的沉降具有参考价值。

关键词：轨道交通；深基坑；支护；土方开挖

0引言

随着我国轨道交通行业的迅速发展，深基坑支护和土方开挖技术是当下轨道交通施工中较常见的施工技术，也是当下轨道交通质量保证的重点技术之一，该技术有着经济、安全、适应性强的特点。深基坑支护和土方开挖技术的不断提升，可为轨道交通质量的提高提供保证。

1工程概况

某地下2层车站工程，总长121.1m，宽22.4m，所设置的站台长80m 、宽10.0m，根据列车通行要求，标准段高度设置为18.7m。基于现场情况，站场周边地质环境较好，场地较为开阔，不存在永久性建筑物，可为施工作业提供宽阔场地，附近存在部分居民楼，与本车站相距50m。同时，地面水系发达，主要为平原地形。

2施工前土质承载力与工程完整性的检测

目前，对地下连续墙混凝土质量的检测方法有钻孔取芯法、超声波透射法。钻孔取芯法需要对连续墙采取钻孔处理，对所得芯样进行分析，检验是否出现离析或是孔洞等问题，对芯样做进一步加工可探明抗压强度性能，但会造成墙身结构受损，钻进过程中一旦出现钢筋断裂问题，将加大后续修补难度，且相关检测仪器规格较大，不具备灵活施工的特点。超声波透射法主要通过对超声波在混凝土传播过程中产生的声速、频率等因素的分析，进一步判定混凝土性质。采取此方式时仅需将声测管稳固安装在钢筋笼上即可，以便给超声波换能器提供通道支持，只要地下连续墙成型后即可检测，此方式不会对墙体结构造成影响。分析基本原理得知，与灌注桩质量检测一致，需在地下连续墙钢筋笼上遵循竖直的原则安装适量声测管(最少要达到2根)，向其中注入清水，并实现与发射装置.接收装置的有效连接。

通过发射换能器持续输出的高频弹性脉冲波，经一段传播后到达接收换能器，分析这一阶段耗时以及波频率等因素，可判定混凝土质量。为实现对整个剖面的检测，换能器需要持续上下移动，当检测区域出现混凝土缺陷(常见有离析﹑裂缝或是沉渣残留等)，对应的声学特性会发生变化，主要表现为声速变动、主频降低或是产生畸形波等。

3基坑支护的目的与作用

1)增强基坑土体稳定性，可与地下室空间要求达到相适应状态，为后续土方开挖创设良好条件。

2)对基坑周边的地下管线形成强有力保护，无论是基坑支护还是地下室施工环节，均可有效避免坑壁土体变形问题，降低土体位置误差。

3)基于节水.排水等相综合的方式，有助于优化基坑施工作业面，使其处于地下水下方区域。

4开挖支护理论体系

基坑开挖复杂度较高，易受到诸多因素影响，需严格遵循“时空效应”理论。实际操作中要优先分层，在此基础上展开分段开挖作业，需要为开挖设置支撑结构，不允许出现超欠挖问题。

基于对“时空效应”的分析，结合相关施工规范，需通过有效方式控制基坑变形问题：创设足够稳定的基坑施工环境；在土体开挖过程中，若结束卸载作业，需尽可能缩短支撑暴露时间，这是工程中要重点控制的参数；增强土体抗剪强度，提升现场排水措施的可行性。上述举措均是保障基坑施工环境的必行之举。

5基坑支护方式

在该项目中，考虑到基坑地下水位较深的特点，加之现场作业环境的限制，无法设置锚索与土钉。基于多方面对比，选择多支点混合支护结构，主要为护桩悬臂与内支撑，在两大结构的共同作用下形成具有较强稳定性的支护体系。关于本次钢管支撑体系，要求材料达到ρ600mm标准，同时壁厚以14mm为宜。在上述基础上，对基坑标准段做进一步处理，增设5道钢支撑结构。

6开挖与支护

基于“时空效应”，确定适用于基坑土方开挖与支护的工艺方法，采取竖向分层、纵向分段的基本方式，并遵循“先支后挖”的基本原则。

6.1 分层分段开挖

考虑基坑实际情况，如工程规模、围护结构特点等在此基础上确定合理的开挖顺序，即分层、分步展开，所有开挖过程均遵循对称原则，先采取支撑措施，随后开挖作业，各道工序的持续时间需得到有效控制，确定的工艺参数如下：①分层数量n=5(标准段)；②每层分步开挖数量V=300—750m³；③每分步开挖长度 B=6m；④每分步开挖高度H=3.0—5.8m(钢支撑层距)；⑤钢支撑预加轴力N=50%—80%(计算轴力)；⑥每分步开挖时间T<12—14h；⑦每分步支撑时间T<8h；⑧每分步无支撑暴露时间T，<14—16h。

6.2开挖顺序

1)分析临时钢管支撑特性，并考虑到本次施工中所用反铲挖掘机的工作特性，最终适配3—4台相同规格的反铲挖掘机，采取接力开挖的方式，充分考虑施工现场的开挖与支撑情况，在此基础上确定台阶层数。

2)冠梁顶部有必要施工放坡段，该结构由地面引出，随后通过开挖作业的方式形成放坡段，针对地面下方3.0m范围内的施工作业，开挖后产生的土体可在自卸车的辅助下运输至指定场所。

3)任何一个台阶都要适配1台挖掘机，通过土方接力持续开挖到运输便道。具体操作流程：将挖掘机就位于底部台阶，展开对最底层土体的开挖作业，施工所得土体放置在地层台阶后方区域；此后，上层挖掘机设备接力施工，基于上述流程持续到顶层台阶，交由顶层抓铲挖掘机装车并将土体运输至指定区域。值得注意的是，底层台阶开挖空间小，可采用小型挖掘机倒土的方式。

4)土方开挖过程严格遵循分层分段的基本原则，有必要对基坑两侧做预留处理，形成一个三角土护坡区，综合考虑设备运行性能，台阶长度以5m为宜。

6.3支撑安装

1)钢支撑安装通过预拼的方式形成整体结构，利用龙门式起重机与汽车式起重机相综合的方式完成整体起吊作业，将所得钢支撑设置在牛腿上，通过千斤顶给予适当的预应力，当其满足设计轴力要求后，需要在活络端置入钢楔块。此过程中，采取预应力分步施加的方式，首次50% —80% ，全面检查螺栓等连接件情况，无误后进一步施加，使其达到设计值。根据现场情况，由于支撑横向跨度不小于20m，在基坑间设置适量格构柱，主要目的在于减小钢支撑长细比，使其具有优良的稳定性。施工中，监测单位积极参与其中，设置轴力计并实时监测。

2)钢支撑施工要点通过千斤顶设备施加轴力，整个过程分多级加载完成，要求各支撑连接区域增设垫子，起到缓解钢支撑偏心受压的效果。钢支撑拆除环节，需基于分级释放轴力的方式展开，否则会在瞬间产生过大应力，进一步引发结构局部变形问题。在施工中注重监测工作，若因此基坑回弹而引发支撑竖向位移现象时，必须通过可行方式做进一步控制，实现对支撑挠曲变形现象的有效控制。除此之外，还要注重对底板混凝土垫层的处理，完成基坑开挖后随即采取封底措施。

6.4基坑开挖监测

设计.施工以及后续管理工作都要树立信息化理念，分析所得监测结果，对其采取修正措施，作为施工作业的基本指导。

监控工作具有系统性，主要体现在以下5点：①围护桩变形情况；②支撑轴力情况；③地下水位变化情况；④基坑周边地表沉降情况；⑤地下管线位置情况。

值得注意的是，大多工程项目中对于墙体竖向变形未形成准确认知，缺乏合理的监测手段。但从实际情况来看，基坑开挖过程中伴随明显的土体自重应力释放现象，在其作用下使得墙体发生竖向变形。此时，基坑稳定性随之下降，并引发地表沉降等一系列问题。

7结语

以具体轨道交通工程为背景，围绕深基坑施工展开探讨，涉及到支护与土方开挖两大环节，加入了地下管线沉降预测的能量法，准确地对沉降进行计算并解决出现的问题。在工程开始阶段，完成成孔检测和土质承载性与工程完整性的检测工作，再阐述每一层深基坑挖掘技术及挖掘顺序，然后介绍沉降监测等方法，使监测结果对地基沉降有参考价值，最后，对轨道交通工程深基坑支护的重要性进行简单论述，以期为相关行业技术的改进和完善起到推进作用。

参考文献：

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