明挖法施工技術(shù)及其在地鐵車站基坑中應(yīng)用

陶剛

【摘 要】明挖法是地鐵車站施工的首要選擇方案，具有施工進度快、施工技術(shù)簡單、造價低、便于大型機械化施工的優(yōu)點。挖法的關(guān)鍵技術(shù)包括降低地下水位，邊坡支護，土方開挖，結(jié)構(gòu)施工及防水工程等。本文對明挖法施工技術(shù)進行概述，并以某地鐵車站工程為例介紹了明挖法的降水與支護兩大施工技術(shù)。

【關(guān)鍵詞】地鐵車站；明挖法；降水；支護

一、明挖法施工技術(shù)

明挖法是傳統(tǒng)的地面框架結(jié)構(gòu)施工方法，需要有寬闊施工場地和環(huán)境，具有施工進度快、施工技術(shù)簡單、造價低、便于大型機械化施工的優(yōu)點。在施工時首先需要在地面先做基坑圍護樁，然后從上而下的進行基坑土方的開挖施工，必要時需要在基坑周圍進行加固防止基坑變形，開挖到底后由下而上的進行框架結(jié)構(gòu)的施工。一般明挖法被作為地鐵車站施工的首要選擇方案。但是明挖法也有破壞、污染環(huán)境較為嚴重，影響市區(qū)區(qū)民的生活、施工風(fēng)險較大等缺點。明挖法的關(guān)鍵工序是：降低地下水位，邊坡支護，土方開挖，結(jié)構(gòu)施工及防水工程等。其中邊坡支護是確保安全施工的關(guān)鍵技術(shù)。

邊坡支護施工技術(shù)主要包括：①放坡開挖技術(shù)，主要適用于地面開闊和地下地質(zhì)條件較好的情況；②連續(xù)墻支護技術(shù) ，一般采用鋼絲繩和液壓抓斗成槽，也可采用多頭鉆和切削輪式設(shè)備成槽。連續(xù)墻不僅能承受較大載荷，同時具有隔水效果，適用于軟土和松散含水地層。③混凝土灌注樁支護技術(shù)，一般使用的是人工挖孔或機械鉆孔兩種方式，支護可采用雙排樁加混凝土連梁，還可用樁加橫撐或者是錨桿形成受力體系；④土釘墻支護技術(shù)，在原位土體中用機械鉆孔或洛陽鏟人工成孔，加入較密間距排列的鋼筋或鋼管，外注水泥砂漿或注漿，并噴射混凝土，使土體、鋼筋、噴射混凝土板面結(jié)合成土釘支護體系。⑤錨桿支護技術(shù)，在孔內(nèi)放入鋼筋或者是鋼索后注漿，達到預(yù)定強度之后與樁墻進行拉錨，并加預(yù)應(yīng)力苗谷后共同受力，使用與高邊坡及受荷載較大的場所。

二、地鐵車站基坑結(jié)構(gòu)問題

1、采用明挖法施工的車站，基坑范圍內(nèi)的管線需改移或采取懸吊、架空等措施，基坑設(shè)計一般不考慮周邊管線保護要求。對于基坑周邊一定范圍內(nèi)的建筑物和構(gòu)筑物，基坑應(yīng)根據(jù)有關(guān)規(guī)程及安全等級采取相應(yīng)的防護措施。

2、圍護結(jié)構(gòu)類型選擇

根據(jù)地下車站的結(jié)構(gòu)形式、埋深、場地地質(zhì)情況及周邊環(huán)境，同時參考北京地區(qū)地下工程建設(shè)經(jīng)驗，地下車站主體結(jié)構(gòu)部分的基坑圍護一般采用地下連續(xù)墻、灌注樁及土釘墻等幾種形式。

3、對于采用連續(xù)墻及灌注樁圍護形式的圍護結(jié)構(gòu)，支錨一般單獨采用內(nèi)支撐及錨索或兩者結(jié)合使用，內(nèi)支撐一般采用600或800的鋼管，壁厚14 ～16mm，橫向間距一般為3米，豎向間距一般為5～6米，錨索一般采用鋼絞線。

4、根據(jù)坑底土層的工程力學(xué)指標，經(jīng)墻體的抗滑動、抗傾覆、抗隆起、整體穩(wěn)定、抗管涌等驗算，確定連續(xù)墻及圍護樁人土深度。

5、圍護結(jié)構(gòu)計算。對于連續(xù)墻及灌注樁，計算時將其模擬為豎向彈性地基梁，采用有限元分析方法計算，計算時需根據(jù)基坑開挖、加撐和內(nèi)部結(jié)構(gòu)回筑、拆撐的不同工況，分步計算結(jié)構(gòu)的內(nèi)力、基坑位移、地面沉降，并驗算基坑的抗滑移、抗隆起、抗傾覆、內(nèi)部穩(wěn)定性、整體穩(wěn)定性。

三、明挖法在地鐵車站基坑中應(yīng)用

（一）工程概述

某地鐵車站是某地鐵2號線一期工程最長地鐵站之一，車站長度有258米，包括車站與車站停車線區(qū)間。車站采用明挖法施工，車站基坑支護結(jié)構(gòu)對整個工程的造價施工與安全有密切影響，因此施工重點在于基坑支護。本車站主體圍護結(jié)構(gòu)采用800mm厚地下連續(xù)墻，連續(xù)墻接頭采用H型鋼，接頭外增設(shè)兩根三重管旋噴樁墻間止水；主體結(jié)構(gòu)圍護體系支撐標準段設(shè)四道撐，第一道為鋼筋混凝土支撐，二、三、四道支撐均為φ800，t=16的鋼管支撐；兩端盾構(gòu)始發(fā)井段設(shè)五道撐，第一道為鋼筋混凝土支撐，二、三、四、五道支撐均為φ800，t=16的鋼管支撐。

（二）降水效果控制措施

1、材料的選用

為控制降水井運行效果，我們首先從材料進場入手，保證管材第一要符合強度要求，第二要具有規(guī)范要求的滲透性，要求管材必須有強度報告和透水性實驗報告；濾網(wǎng)選用60目優(yōu)質(zhì)濾網(wǎng)，并經(jīng)過有關(guān)部門的檢驗達到要求方可進場使用，濾料選用要進行篩分實驗，保證含泥量、級配等指標符合要求。

2、加強降水效果監(jiān)測

（1）在降水工作啟動之前，統(tǒng)一測量井內(nèi)的水位。降水工作啟動后，動水位和出水量的測量時間在抽水開始后每10min各測量一次水位和水量。當(dāng)水位和水量趨于穩(wěn)定時可每隔2～3h觀測一次，當(dāng)水位趨于設(shè)計水位后可每天測量一次。

（2）當(dāng)降水井中的水位趨于穩(wěn)定尚不能達到水位下降值，加大水泵出水量，以達到設(shè)計降深值。

（3）對水位、水量觀測記錄進行整理，繪制流量與時間和水位降深與時間過程曲線圖，分析水位下降趨勢，預(yù)測達到設(shè)計降水深度的時間。

（4）降水過程中隨時觀測出水含砂量，當(dāng)含因及時解決涌砂問題，防止涌砂引起地面塌陷并對附近基礎(chǔ)造成影響。

（5）在基坑開挖過程中，及時觀測基坑側(cè)壁和坑底的滲水現(xiàn)象并查明原因，以便采取必要的處理措施。

（6）降水監(jiān)測為確保降水不影響周邊環(huán)境安全，降水作業(yè)應(yīng)均衡進行，抽水連續(xù)，不得采用突擊降水；并對周邊建筑物做好監(jiān)測，對地面一定范圍內(nèi)實施監(jiān)測保證安全。由于降水期較長，降水使場區(qū)地下水均衡關(guān)系發(fā)生較大變化，必然對周邊環(huán)境產(chǎn)生影響。為了較準確地掌握場區(qū)地下水動態(tài)變化，及時采取必要的處理措施，在降水工程實施的同時，建立地下動態(tài)監(jiān)測網(wǎng)。

（三）支護技術(shù)施工要點

1、鋼支撐安裝

安裝順序：第二道鋼支撐—→第三道鋼支撐—→第四道鋼支撐—→第五道鋼支撐。

安裝方法：本工程基坑支撐長度在19.7m左右，由于中間沒有連系梁，因此可以整根鋼支撐吊裝。安裝時先測量支撐安裝中心位置，后按牛腿安裝標高鑿除地下連續(xù)墻砼保護層并暴露預(yù)埋焊接鋼牛腿，最后將支撐安裝在牛腿上并施加軸力。吊裝采用50t履帶吊車起吊安裝，用鋼絲繩在鋼支撐上綁上兩個著力點，安放在墻壁三角牛腿上。

第二道鋼支撐安裝：當(dāng)支撐工作面出來后，按照設(shè)計標高焊接鋼牛腿，同時丈量兩側(cè)地下連續(xù)墻間距離，調(diào)整已拼裝好的支撐長度當(dāng)支撐工作面出來后，及時丈量兩地下連續(xù)墻間實際距，并調(diào)整已拼裝好的支撐長度，按照設(shè)計安裝水平位置和標高分別在地下連續(xù)墻預(yù)埋鋼板上施焊鋼牛腿。支撐安裝標高、長度經(jīng)復(fù)驗無誤后，再由一臺50T吊車架設(shè)鋼支撐，及時按設(shè)計要求施加預(yù)應(yīng)力，本道支撐每次要求在8小時內(nèi)安裝完畢。

第三、四、五道支撐安裝，施工順序同第二道支撐安裝 ，每道支撐安裝完，經(jīng)驗收合格后方可進行下一層土方開挖。

2、鋼支撐加力

用吊車架設(shè)支撐并迅速設(shè)定支撐軸力監(jiān)測點，取得初始讀數(shù)后按設(shè)計分級和圍檁反應(yīng)決定的加載速度加載，嚴格控制預(yù)加力。鋼支撐軸力預(yù)加方法：用吊車將兩個千斤頂?shù)醴诺交罱j(luò)頭加壓處，定位加壓，觀察加壓器壓力表，達到設(shè)計預(yù)加軸力值后，停止加壓，將鋼楔用大錘打入活絡(luò)頭預(yù)留孔內(nèi)，然后減壓卸掉千斤頂，如采用兩個以上鋼楔時，上下交錯布置。鋼支撐加力見圖1。

鋼支撐預(yù)加力后，在土方開挖和結(jié)構(gòu)施工時，每天做好監(jiān)測工作，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，發(fā)現(xiàn)異常及時采取補救措施。同時，監(jiān)管好鋼管支撐的安全，杜絕危害支撐安全事件的發(fā)生。

3、鋼支撐復(fù)加軸向預(yù)應(yīng)力

（1）在第一次加預(yù)應(yīng)力后12小時內(nèi)觀測預(yù)應(yīng)力損失及樁體水平位移，并復(fù)加預(yù)應(yīng)力至設(shè)計值。

（2）當(dāng)晝夜溫過大，導(dǎo)致支撐預(yù)應(yīng)力損失時，立即在當(dāng)天低溫時段復(fù)加預(yù)應(yīng)力至設(shè)計值。

（3）當(dāng)樁體水平位移速率超過警戒值時，可適量增加支撐軸力以控制變形，但復(fù)加后的支撐軸力和擋墻彎矩必須滿足設(shè)計安全度要求。

四、結(jié)束語

地鐵車站采用明挖法施工使工程便于大型機械化施工，保證了施工進度，降低了工程。明挖法的一些施工工藝，如降水、土方開挖、支護形式的選擇與施工控制等有待進一步探討效果更好的技術(shù)措施。

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