地铁车站二期深基坑开挖及支护专项施工方案分析研究

地铁车站二期深基坑开挖及支护专项施工方案分析研究

吴志锦

佛山市顺德区轨道交通投资有限公司     广东佛山    528300

摘要：近年来，我国经济快速发展，特大城市单纯采用常规公共交通系统已不能适应我国城市发展的出行需求，具有运输效率更高、资源节约、环境保护和舒适、安全、快捷等方面的城市轨道交通建设步入快速发展阶段。地铁车站施工是轨道交通建设的重要环节之一。本文旨在探讨地铁车站基坑施工的质量、技术、安全管理，以期为提高轨道施工的质量、技术、安全水平提供参考。

关键词：基坑开挖；技术措施；保护措施

一、工程简介

本工程开挖范围为陈村新城站二期基坑18~59轴施工段，采用明挖加部分盖挖施工，北端接盾构区间。

陈村新城站总平面布置图

    根据本站基坑功能，结合地质及周边环境，依据国家级广东省建筑基坑支护的有关技术规范和规定，陈村新城站基坑安全等级为一级，基坑侧壁重要性系数为 1.1，变形控制保护等级为一级。根据工程特性、环境条件和设计原则及标准，工程地质、水文地质、周边情况、基坑安全等级综合考虑，主体结构采用明挖加部分盖挖，顺作法施工，基坑挡土结构采用 800mm 厚地下连续墙加内支撑的支护形式，基坑开挖前采用基坑内深井降水，地下连续墙基本幅宽为 6m，采用焊接工字型钢板接头止水，兼作止水帷幕。

基坑围护结构标准段竖向采用三道支撑，其中第一、二道为钢筋砼米字撑，第三道为钢支撑，第一道支撑尺寸为主撑 700×900mm+肋撑 500×700mm；支撑斜撑尺寸均为700×900mm；第二道支撑尺寸为主撑 1000×1200mm+肋撑 600×900mm；支撑斜撑尺寸均为800×1000mm；第三道支撑为Φ800mm,t=16mm 钢支撑，局部采用钢筋砼支撑（800*1000mm）；每期施工端头及两端盾构扩大段竖向采用钢筋砼直撑及斜撑：砼支撑尺寸均为800×1000mm。砼支撑对应设置冠梁和砼腰梁，冠梁（兼压顶梁）截面为1100×1000mm，第二道砼腰梁截面为1200×900mm，第三道砼支撑对应设置砼腰梁，截面（盾构扩大端）为1000×900mm，钢支撑对应设置钢腰梁，采用 2 工 50C 型钢组合腰梁。

二、工程重难点分析

陈村新城站基坑开挖施工过程中，存在如下工程重点与难点：

1、陈村新城处陈村大道与佛陈路十字交叉口，下穿陈村隧道和过路暗渠，车流量大，车站分四期进行施工，施工工期长，开挖过程中易对周围建筑及隧道造成沉降或开裂等影响，开挖过程中及时做好基坑围护工作，及时做好监测工作并进行分析，控制对周围建筑的，是车站开挖的重点；

2、本工程属于深基坑，施工期正处于雨季，必须充分考虑雨季施工及排水措施；

3、车站施工场区承压水头较高，开挖至基底时可能存在涌水、突涌等不利情况，在施工中应加强监测，做好降水工作；

4、车站基坑沙层较厚，在开挖过程中应严密注视地连墙施工质量，随时做好连续墙缺陷修补和处理措施；

5、基坑土方开挖与混凝土及钢管支撑架设施工交叉作业，对工期及安全影响较大，兼顾二者同步实施是本工程的重点。

三、施工总体安排

（一）总体开挖规划 

陈村新城站二期基坑长度344.5m，标准段宽度19.7m，盾构扩大端头宽24m。二期基坑主体采用明挖法加部分盖挖法施工，总计出土量为138000m3，素土回填量32822.27m3。计划单个作业面日出土量600m³。陈村新城站二期基坑50轴~59轴（铺盖板北侧）需提供启动标陈村站～陈村新城站盾构区间吊出条件。

陈村新城站二期基坑根据总体筹划土方开挖计划：共计设置5个开挖面，分别为：18轴~43轴（铺盖板南侧）展开三个工作面，其中南侧两个，北侧盖板位置一个；50轴~59轴（铺盖板北侧）展开两个工作面，北端头一个工作面，盖板北侧一个工作面。

土层采用挖掘机开挖，弃土直接装入自卸汽车外运。每层开挖深度控制在3m左右，分层开挖面坡度设定为第二层及第三层土方1:2.5，第四层土方为1：1.75，每层开挖20m左右分为一个挖掘机工作平台。

（二）边坡稳定性验算

基坑开挖在充分考虑时间、空间效应的前提下，遵循“开槽支撑、先撑后挖、分层开挖、严禁超挖”的原则。随挖随撑，作好基坑降排水，减少坑底暴露时间。

（三）总体施工方案

1、施工工艺流程

总体施工流程如下图所示

总体施工流程图

2、 基坑开挖与支护原则

基坑开挖分段划分将结合主体结构施工段进行，整个陈村新城站二期基坑车站开挖计划分14个施工段进行。

车站主体基坑开挖将遵循以下原则：

（1）挖土机械的通道、挖土顺序、土方驳运，土方堆载等都应避免引起对围护结构、支撑立柱和周围环境等的不良影响。

（2）土方开挖的顺序、方法必须遵循“开槽限时支撑、先撑后挖、分层分段、严禁超挖”的原则，将基坑开挖时周围设施的变形控制在允许范围内。

（3）施工机械不得直接在围护、支撑上进行挖土操作，严禁挖土机械碰撞围护墙、立柱、支撑、和降水井管。格构柱土方开挖宜先掏空立柱四周，避免立柱承受不均匀的侧向土压力。

（4）应尽量缩短基坑无支撑暴露时间。

（5）土方开挖应在降水及土体达到固结要求后进行，挖土操作应分层分段，严禁超设计标高开挖。坑底原基土，采用人工配合整平。垫层随挖随浇，即垫层必须在见底后24h内浇完。

（6）同一开挖分区内不同区域的开挖深度有较大差异时，宜先挖至浅基坑标高，垫层浇筑完毕后，再开挖较深的基坑，并应采取有效措施，保证边坡的稳定。局部挖深较大处开挖后及时完成垫层，避免坑外积水和雨水冲刷浸泡深坑边坡。

（7）除井点降水措施外，地面及坑内设明沟和集水井相结合的排水措施。

（8）基坑边严禁大量堆载，地面超载就控制在20KN/m2以内。

3、基坑开挖步序

基坑从上至下分层开挖，开挖一层施工一层腰梁及混凝土支撑，以保证基坑的稳定。标准断面第一层从地面开挖至冠梁一下10cm，开挖深度2.058m，第二层继续开挖至第二道腰梁以下10cm，开挖深度6.6m，第三层开挖至钢围檩安装面以下10cm，开挖深度4.9m，第四层继续开挖至基底，开挖深度3.82m，

4、技术措施

A.基坑开挖施工时可能会遇到以下情况而造成开挖事故：

（1）因淤泥层太厚，挖掘机在开挖施工过程中有可能陷入淤泥中；

（2）挖土时可能会碰到钢支撑，造成支撑松动坠落；

（3）降水井降水效果不好；

（4）围护墙接缝处漏水；

（5）地下水涌和涌沙；

（6）围护结构变形超出警戒值。

B.基坑开挖应做如下预防措施

（1）采用挖掘机挖土，在地面用2cm厚钢板铺走行路；若挖掘机陷入淤泥中，及时用吊机吊出挖掘机；

（2）专人指挥挖掘机，若有支撑松动，及时用钢支撑加固或重新支撑；

（3）在基坑外做好排水沟，在基坑内做好积水坑，预留好备用水泵；或重新打井降水；

（4）围护墙漏水处理措施：

1）根据围护结构检测情况，在有结构缺陷部位提前采取补强措施，施做止水帷幕。

2）在基坑迎水侧做降水井降低水位。

3）开挖过程中发生渗漏水现象时，视漏水程度处理，一般漏水采用结构堵漏措施处理，漏水严重时，应采取以下措施：

①疏散人员、机械设备，确保人身财产安全。

②针对渗漏情况制定堵漏方案。

③堵漏以疏水堵砂为主，地层渗漏用补偿注浆防止地面沉陷。

④堵漏材料选用滤水性好又能隔断砂粒的材料，注浆材料先用树脂堵水，再用水泥-水玻璃补强。

⑤现场配备堵漏材料与注浆设备。

⑥对注浆效果进行检测后再进行后续开挖，防止注浆失效，引发二次事故。

⑦过程中检测跟进，随时掌握地层、围护结构支承情况，信息化指导施工。

（5）如遇水涌或流沙时，要急速在基坑内侧堆起足够高度的装有粘土的草包，草包之间填粘土，控制流砂并急速向漏缝中压注速凝的足够量的化学堵漏浆液，以有效控制水土流失。

（6）如果发现地下连续墙围护结构变形警戒值时，及时对其变形部分进行加强或加密支撑，增加监测频率，发现异常情况及时通知抢险小组负责人和监理，针对具体问题共同研究对策。

四、施工准备工作

（一） 施工技术准备

1、做好调查工作

气象、地形和水文地质的调查：掌握气象资料，以便综合组织全过程的均衡施工，制定雨季施工措施，掌握好现场地下水位等资料。

2、做好与设计、监理的沟通工作

（1）由项目技术负责人组织施工人员认真学习和研究图纸，并进行自审、会审等工作，以便熟练、准确的指导施工。

（2）通过学习、熟悉图纸内容，了解设计要求施工达到的技术标准，明确工艺流程。

（3）组织施工班组共同学习施工图纸，并做好技术交底工作，商定施工配合事宜。

（4）组织图纸会审，由设计方进行交底，理解设计意图及施工质量标准，准确掌握设计要求。

3、施工机械准备

根据施工方案中确定施工机具、设备的要求以及施工进度的安排，编制施工机具设备需求量计划，并使之得以落实，确保按期进场，准时开工。

4、周边荷载验算

以50T履带吊为例计算

吊车自重50t，最大吊重20t。履带接地长度5.63m，宽度0.78m，则P=F/S=（50+20）/2*（5.63*0.78）=9.8Kpa，考虑偏心受压P=1.2*9.8=12Kpa<20Kpa。

（二） 施工现场准备

施工前按总平面布置图的规划，在一定距离布点，各控制点均应为永久性的坐标桩和水准基点桩，所布置的测量控制点均应以书面形式报监理复核，复核无误后方可使用，并采取有效保护措施，以防破坏。

五、基坑土方开挖施工

（一）基坑开挖区段划分

陈村新城站二期基坑采取明挖加部分盖挖开挖方式，其中18~43轴及50~59轴为明挖区段，43~50轴为盖挖区段。

陈村新城站二期基坑18~59轴采用纵向分段、竖向分层开挖，其中43~50轴段为盖挖部分，其余为明挖，共分为14段，具体分段如下图6-1所示；每段基坑的开挖长度与主体分节相对应，分段处都设在每跨梁的1/3位置，竖向分层适应施工混凝土支撑的要求。

车站主体围护结构共设三道支撑，其中第一、二道为混凝土支撑，第三道为钢支撑。竖向分4层开挖，第一层挖到冠梁设计底标高位置，其他分层高度以每道支撑底标高进行控制。每个台阶每层土方按“先两边挖槽后向中间扩展”的顺序 进行开挖。在基坑开挖过程中应保证上一层支撑达到设计强度才能进行下面土方的开挖。

（二） 基坑开挖流程

1、基坑开挖流程详见图：

基坑开挖流程图

2、基坑开挖步序

基坑从上至下分层开挖，开挖一层施工一层腰梁及混凝土支撑，以保证基坑的稳定。标准断面第一层从地面开挖至冠梁一下10cm，开挖深度2.058m，第二层继续开挖至第二道腰梁以下10cm，开挖深度6.6m，第三层开挖至钢围檩安装面以下10cm，开挖深度4.9m，第四层继续开挖至基底，开挖深度3.82m。

3、基坑开挖方法

基坑采用分层分段方式开挖。每层开挖深度控制在混凝土支撑底标高，土方挖至基底标高上0.3m，用人工清底至设计标高。

基坑坑顶2m范围内不得有重型车辆机械进行施工，地面限载值为不超过20kPa。

在标准段开挖第一层土时，每段长度按分段图上每段尺寸加6m进行土方开挖施工，以保证混凝土冠梁及混凝土支撑的及时施工。待达到砼强度后再进行下层土方开挖。

（1） 第一层土方开挖

本层土方开挖采用PC220型挖土机，其中43~50轴铺盖板范围已在一期进行施工完毕，18~43轴段分别由8段和16段开始向基坑中间开挖，50~59轴段由21段向19段开挖，开挖过程中先由机械开挖至冠梁及钢筋混凝土支撑底部标高以上10cm，剩余部分人工清底至设计标高。浇筑混凝土垫层，绑扎钢筋，浇筑完成钢筋混凝土支撑。

（2）  第二层土方开挖

第二层土方开挖共设置5个工作面，第8段、第11段、第16段、第19段及第21段各一个。43~50轴盖板下方在两侧开挖出来后进行掏挖，并采用PC220炮机凿除原陈村隧道围护桩及主体结构。开挖过程中先由机械开挖至第二道腰梁及钢筋混凝土支撑底部标高以上10cm，剩余部分人工清底至设计标高。坑下采用PC220型挖机作土方开挖设备，坑上采用长臂挖机进行垂直方向的土方开挖及运送到地面。

机械设备配置：5个工作面共220型挖机10台，土方外运车辆以保证土方及时转运要求配置。

（3）  第三层土方开挖

第三层土方开挖共设置5个工作面，第8段、第11段、第16段、第19段及第21段各一个。43~50轴盖板下方在两侧开挖出来后进行掏挖，并采用PC220炮机凿除原陈村隧道围护桩及主体结构。开挖过程中先由机械开挖至第三道腰梁及钢筋混凝土支撑底部标高以上10cm，剩余部分人工清底至设计标高。坑下采用PC220型挖机作土方开挖设备，坑上采用长臂挖机进行垂直方向的土方开挖及运送到地面。

机械设备配置：5个工作面共长臂挖机5台，220型挖机5台，土方外运车辆以保证土方及时转运要求配置。

（4）  第四层土方开挖

第四层（最底层）土方采用挖掘机与人工开挖结合的方法，机械挖土至设计标高上300mm，剩余土体采用人工开挖，到设计基底标高后立即浇注砼垫层。

第四层土方开挖共设置5个工作面，第8段、第11段、第16段、第19段及第21段各一个。开挖过程中先由机械开挖至基底标高以上30cm，剩余部分人工清底至设计基底标高。坑下采用PC120型挖机作土方开挖设备，坑上采用长臂挖机进行垂直方向的土方到运送到地面。垂直抓斗离坑顶2m范围外，同时注意地面限载值不超过20kPa。

机械设备配置：5个工作面共长臂挖机5台，PC120型挖机5台，土方外运车辆以保证土方及时转运要求配置。

（5）  最后剩余土方开挖

最后剩余土方开挖，用小型挖机进行开挖，坑上采用吊车+吊斗进行垂直方向的土方到运送到地面。土方全部挖完后可以方便将设备从坑底吊出，利用基坑上安装的塔吊或备用的履带吊垂直提升小型挖机。

4、 出土方法及内支撑的保护措施

4.1  出土方法

车站基坑计划在车站东西两端设置两个出土口，开挖第一层土方时以车站中间为分界点利用大小里程方向的出土口分别从大小里程起点方向向车站中间开挖。基坑边上的施工便道一定要保证畅通，以便长臂挖机及出土车辆进入。通道宽度至少按5m控制，通道完成后，按照开挖方法分段开挖。

4.2  对内支撑及钢立柱的保护措施

（1）机械作业时派专人引导挖机和推土机司机作业，防止机械作业撞击或碰到支撑及钢立柱。

（2）在基坑内进行垂直起吊作业时，降低起吊速度，等起吊物停止水平晃动后再行起吊，严禁重物撞击支撑及钢立柱。

（3）支撑上严禁负载任何重物。

4.3  盖挖作业安全措施

1、施工必须实行全过程监测，通过量测数据的分析处理，掌握盖板变形情况及盖板下方混凝土立柱变形情况，一旦出现报警，及时停止作业，并采取相应措施。

2、开挖采用分段、逐层开挖。严格按照图纸施工，必须坚持短开挖、快封闭、勤量测的原则减少施工工艺不当造成的安全事故。

3、开挖至格构柱时，应防止挖机碰撞，由专人指挥，先将格构柱周边30cm外的土体挖除，人工清理剩余土体。

4、开挖至设计标高后，及时架设支撑，减少基坑变形对盖板的影响。

5、盖板边设置钢筋混凝土防撞墩，防止机械侧翻。

5、 技术要求和标准

（1）支撑以下部分先用长臂挖机在基坑上方在坑下侧面挖一个底部长宽尺寸为4.5m×3.0m的工作坑，将挖掘机吊运至工作坑内进行坑内土方开挖。

（2）开挖最下一道支撑下面的土方时，应按每6m或3m分小段开挖，为做到坑底平整，防止局部超挖，在设计坑底标高以上30cm的土方，需用人工开挖修平，对局部超挖的部分要用砂、碎石或混凝土填充；同时在集水井位置设集水坑用泵排除坑底积水。

（3）基底应平整压实，其平整度允许偏差应为20mm，并在1m范围内不得多于1处。

（4）基坑开挖坡度：基坑开挖从上到下分层分块进行，分层开挖过程中临时放坡坡度为1∶1.5，基坑开挖到坑底标高时放坡坡度：1∶2.5。

（5）基坑土方开挖过程中，加强施工监控量测，随时掌握土体压力、支撑结构受力及地下水位变化、桩体测斜等情况，做到信息化指导施工。

（6）雨季施工时，纵坡面采用彩条防水布覆盖，每一个开挖台阶设置一个排水截水沟，每两个台阶设置一个汇水井以抽排积水。

（7）基坑开挖完成后，应及时清底并由监理会同勘察单位、设计单位、建设单位及施工单位进行基底验槽，减少地基土暴露时间，防止暴晒或雨水浸泡而破坏地基土的原状结构。

6、质量保证措施

（1）开挖过程中，严格按照随挖随撑的原则组织施工

（2）对不能及时施作支撑的区段应注意抽槽开挖、留土护壁。

（3）土方开挖过程中应确保排水系统的正常运转。

（4）运输便道应设专人修整，确保运输安全、提高效率。

（5）机械开挖的同时应辅以人工配合，特别是基底以上30cm的土层应人工开挖为主，以减少超挖、保持坑底土体的原状结构。

（6）在土方开挖过程中，应加强观察和监控工作，以便发现施工安全隐患，并通过监测反馈及时调整开挖程序。

（7）机械操作时安排专人负责指挥，机械在支撑下方操作时要减速操作，防止操作过猛撞击支撑。

（8）开挖时如有水应做好基坑排水，开挖过程中地表水采用边开挖边排水的方式进行排水，当挖至基底标高后，在适当位置设置临时集水井，及时抽排坑内集水，确保开挖过程中的土体和基底的干燥，保持基底强度及完整性不受破坏。

（9）基坑内侧的连续墙凸出侵线部分，必须凿除，并对出现的渗漏水亦及时进行封堵。

（10）基坑开挖至支撑设计高程后，要及时进行支撑安装工作，支撑未达到设计强度的80%，不得进行下方土体开挖及降水，以保证基坑围护结构的稳定和安全。

（11）施工排水

除基坑顶面四周设截排水沟外，开挖过程中依据开挖深度及水流情况设置临时排水沟和积水井。施工过程中必须保证排水顺畅，并随时将积水井中的水排出坑外。在布设排水沟、积水井及确定抽水设备时应留有20～30%的富余量。

（12）外运弃土

A 为保证市内清洁，防止车辆漏、掉泥土，要对运输车斗按佛山市散体物料运输车的标准进行改造。一是车斗斗门必须严密，防止漏掉；二是将车箱壁加高0.5m，装土必须低于车箱高度；三是对流状泥土必须晾晒后装运，不能将土、泥浆混装；四是车箱要覆盖蓬布。

B 为保证车辆整洁，车辆出场前，必须经高压水冲洗，使车辆外观干净，车轮清洁，不污染路面。

C 运输车辆进出施工现场路口设专人防护，统一指挥，及时疏导行人及车辆。

D 汽车市内行驶，驾驶员必须集中精力，注意安全，严格遵守交通规则，严禁抢道超车，做文明司机。

E 出土时间尽量安排在夜间9点至凌晨6点，减少对交通的干扰。

(13)基底加固区域，搅拌桩施工时严格控制桩顶标高，防止出现挖机挖不动现象，若出现挖不动现象，采取人工风镐破除至设计标高。

(14)防超挖措施

A 开挖前对土方作业队进行技术交底，明确本班开挖顺序、范围及深度。

B 开挖过程中技术、测量人员严格控制标高，确保不超挖。

六、 结语

地铁车站基坑施工是一项复杂而关键的工程，需要综合考虑多种因素和技术手段。在施工过程中，应充分考虑基坑施工对周围环境的影响，并采取相应的措施进行控制。同时，需要对基坑开挖引起的深层土体位移规律进行精细化分析，以揭示其对复杂环境的影响机理。通过这些措施的实施，可以确保地铁车站基坑施工的安全和顺利进行，为城市基础设施的建设和发展做出贡献。

参考文献：

[1]郝亮.地铁明挖隧道基坑围护结构施工工艺[J].设备管理与维修,2021(14):143-145.

[2]姜皓.富水砂层地铁车站深基坑降水设计与施工技术研究[J].安徽建筑,2022,29(03):40-42.