周 浩，凌 濤，陳 卓

(1.中鐵五局集團(tuán)有限公司，湖南 長沙 410000； 2.中鐵五局集團(tuán)第一工程有限責(zé)任公司，湖南 長沙 410117)

1 概述

隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展和生活水平不斷提高，地鐵車站已不僅是單一的標(biāo)準(zhǔn)車站，而是集公交車站、地鐵車站及休閑娛樂場所等為一體的綜合交通樞紐站。由于車站結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，從而增加了施工的難度?，F(xiàn)階段，地鐵車站開挖方法主要有明挖法、暗挖法和蓋挖法等。對于標(biāo)準(zhǔn)地鐵車站而言，因?yàn)槭艿浇煌ê蛨龅氐纫蛩氐挠绊?，所以基坑開挖方法較為單一。隨著城市建設(shè)進(jìn)一步加速，地鐵車站的發(fā)展也需要具備綜合功能的樞紐站，顯然，單一的開挖方法已無法滿足城市建設(shè)的要求。明挖法具有速度快、施工方便且工程質(zhì)量較高等優(yōu)勢，但對地面交通和城市居民生活等有比較大的影響；暗挖法的施工成本較高且難度較大，而蓋挖法則能夠有效地解決明、暗挖法所存在的對地面交通影響大且成本高等問題，然而需要采用復(fù)雜的頂板和支護(hù)體系[1-3]。由此可知，各種施工方法均存在著各自的優(yōu)缺點(diǎn)，難以完全滿足復(fù)雜場地條件下車站施工的要求。本文結(jié)合具體工程案例，通過劃區(qū)域塊施工，選擇合適的地鐵開挖施工方法，高效完成基坑開挖[4-7]，從而提升施工的安全性，也為開展類似工程提供必要的參考。

2 工程概況

大運(yùn)樞紐站位于深圳市龍崗區(qū)龍飛大道與龍崗大道交叉口南側(cè)，沿龍崗大道西側(cè)呈南北向布置，緊鄰既有地鐵3號線大運(yùn)站，為既有3號線、在建14號及16號線和規(guī)劃33號等四線換乘的樞紐，大運(yùn)樞紐由125 m的16號折返區(qū)間、75 m的合建基坑，375 m的14號及16號線車站段、218 m的大里程區(qū)間段和交通核等共同組成，樞紐全長785 m，最大寬度為139 m，最大深度為27 m。樞紐總建筑面積162 798 m2，主要工程量包括圍護(hù)結(jié)構(gòu)樁1 978根、地下連續(xù)墻67幅、工程樁1 165根及鋼管柱95根，其土石方總計(jì)142萬m3，混凝土總量50萬m3，概算總投資57.7億元，為目前國內(nèi)少有的城市大型軌道綜合交通樞紐工程，見圖1。

2.1 地形地貌

場地原始地貌為臺地，因項(xiàng)目前期施工，本站點(diǎn)場地已經(jīng)過改造，現(xiàn)狀地形較為平坦，地表高程約為48.46 m～54.5 m。

2.2 地質(zhì)情況

1)大運(yùn)車站從小里程至大里程地層變化較大，小里程揭露地層從上至下依次為素填土、粉質(zhì)黏土、粉細(xì)砂層(厚4.0 m～6.0 m)，基底位于粉質(zhì)黏土或全～強(qiáng)風(fēng)化砂巖。大里程(10軸～34軸)揭露的地層依次為雜填土、素填土、粉質(zhì)黏土、土狀強(qiáng)風(fēng)化砂巖、塊狀強(qiáng)風(fēng)化砂巖與中風(fēng)化砂巖，如圖2，圖3所示。2)在車站大里程西側(cè)局部地層含有溶洞，溶洞型式為全填充型，均位于基底之下，根據(jù)溶洞處理原則，已對基底下10 m溶洞處理完成。

2.3 地下水類型

根據(jù)其賦存介質(zhì)的類型，場地地下水主要有兩種類型：一類是松散巖類孔隙水，主要賦存于第四系松散地層中；另一類為基巖裂隙(構(gòu)造裂隙)水，主要賦存于塊狀強(qiáng)風(fēng)化、中等風(fēng)化帶及斷裂構(gòu)造裂隙中，略具承壓性。

3 大運(yùn)樞紐深基坑開挖方法

目前，地鐵車站深基坑開挖方法主要有明挖法、蓋挖法、半蓋挖半明挖法施工等，方法不同，施工工藝流程不同，從而工期、工效等也不同。大運(yùn)樞紐站跨度大且深，緊鄰既有3號線，施工風(fēng)險(xiǎn)高，占位龍崗主干道西側(cè)，交通疏解次數(shù)多，工程體量大。基于上述大運(yùn)樞紐工程特點(diǎn)基礎(chǔ)上，通過文獻(xiàn)調(diào)研，從交通影響、安全風(fēng)險(xiǎn)、工期、工效、成本、主體結(jié)構(gòu)施作順序、支撐體系受力、工作面特點(diǎn)等多方面開展對比分析，總結(jié)了明挖法、蓋挖法、半蓋挖半明挖法的優(yōu)缺點(diǎn)，為了大運(yùn)樞紐站選擇合適的深基坑開挖方法打下基礎(chǔ)，如表1所示。

表1 不同深基坑開挖方法對比分析

表1對比分析了明挖法、半蓋挖半明挖法、蓋挖法三種不同深基坑開挖方法優(yōu)缺點(diǎn)。明挖法具有施工工效高、作業(yè)面空間大，造價(jià)成本低，安全風(fēng)險(xiǎn)低等優(yōu)點(diǎn)，但對交通影響大，場地占地面積大，會(huì)對周圍市政、商業(yè)環(huán)境干擾性大，并且影響周期時(shí)間也較長；半蓋挖半明挖法比明挖法交通影響小，可以釋放部分交通道路，施工工效比蓋挖高，但受作業(yè)空間影響，半蓋挖部分不能使用大型機(jī)械設(shè)備施工，會(huì)進(jìn)一步影響施工工效；蓋挖法可以充分釋放對交通影響，不需要拆除臨時(shí)路面系統(tǒng)，且可以充分利用土石方，土方開挖不僅可以作為臨時(shí)支撐，還可以作為主體結(jié)構(gòu)澆筑時(shí)的土模，這樣可以節(jié)省大量的鋼支撐、模板和支架，同時(shí)也為施工提供方便。但蓋挖法永久立柱安裝精度要求高，結(jié)構(gòu)主體防水層不易施作，受作業(yè)空間影響，不能使用大型機(jī)械設(shè)備作業(yè)。

大運(yùn)樞紐站主要由16號線折返段，75 m合建基坑段，1軸～7軸車站段，14號、16號車站基坑段，大里程基坑段，交通核等共六部分組成。樞紐基坑長約785 m，寬度66 m～135 m不等，深度為23 m～29 m不等，屬于超大規(guī)模深基坑，工程量約為標(biāo)準(zhǔn)地鐵車站17倍。結(jié)合目前大運(yùn)樞紐項(xiàng)目工期進(jìn)展，大里程區(qū)間段基坑段需盡早完工，為14號線盾構(gòu)區(qū)間提供左右盾構(gòu)始發(fā)條件。但采用何種開挖工法才能高效完成大里程區(qū)間段，從基坑開挖方法角度來考慮，目前現(xiàn)有的車站開挖工法有明挖法、半蓋挖半明挖法、蓋挖法等。從安全施工角度分析，盾構(gòu)法風(fēng)險(xiǎn)最小，明挖法其次，淺埋暗挖法風(fēng)險(xiǎn)最大；從施工周期角度考慮，暗挖法工期最長，其次是蓋挖法，最短的是明挖法。綜合考慮，大里程區(qū)間段采用明挖順作法施工，其原因在于明挖法施工速度快，作業(yè)面多，施工空間大，安全性較高，工期保證，工程質(zhì)量高，造價(jià)較低等；75 m合建基坑段也采用明挖法施工。1軸～7軸基坑段受到14號線左線基坑始發(fā)井的影響，為了防止左線始發(fā)井基坑變形過大，采用蓋挖逆作法施工1軸～7軸車站段，基坑結(jié)構(gòu)變形傳遞到基坑周圍土體。14號線、16號線車站段是整個(gè)大運(yùn)樞紐控制性工程部分，14號線、16號線車站段占用龍崗大道一半主干道寬度，采用明挖法施工，工作面僅在交通核一側(cè)使用，約7個(gè)工作面，出土方最高峰6 000 m3/d，采用蓋挖法施工，工效太慢，不符合工期成本要求。綜合考慮，采用半蓋挖半明挖順作法施工14號線和16號線車站，釋放3個(gè)車道給龍崗大道，緩解交通堵塞壓力，增加車站西側(cè)工作面，從原先7個(gè)工作面增加到12個(gè)工作面，每天出土石方量達(dá)10 000 m3/d。交通核采用蓋挖逆作法，如圖4所示。

3.1 大里程區(qū)間段明挖順作法深基坑開挖工藝

大里程區(qū)間段長21 m、寬為15 m～55 m不等，深度為24 m～27 m不等，距離既有3號線橋樁為2 m～8 m不等。圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用全葷咬合樁，采用井點(diǎn)降水法排水，基坑開挖法采用明挖順作二級臺階法施工，坡比1∶0.75，設(shè)置4個(gè)出土工作面?；娱_挖前需要做好管線改遷及綠化遷移工作，并提前采用井點(diǎn)降水到開挖面以下1 m。

大里程區(qū)間段明挖順作法工藝流程如下：首先破除圍護(hù)結(jié)構(gòu)樁頭，以植筋做冠梁；再開挖第一層到設(shè)計(jì)標(biāo)高；然后澆筑砂漿墊層，架設(shè)第一道混凝土支撐鋼筋，并澆筑混凝土支撐；在支撐強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)以后，再開挖土方至開挖第二道支撐標(biāo)高；澆筑砂漿墊層，架設(shè)第二道混凝土支撐鋼筋，及時(shí)澆筑混凝土支撐；接著圍護(hù)樁侵線處理，及時(shí)掛鋼筋網(wǎng)并噴射混凝土；循環(huán)進(jìn)行第二道混凝土施工工藝，使之達(dá)到車站結(jié)構(gòu)底部標(biāo)高，然后澆筑墊層，按照一級來鋪設(shè)防水材料和進(jìn)行接地處理，架設(shè)底板鋼筋，并澆筑底板混凝土。

3.2 1軸～7軸車站段蓋挖逆作法開挖工藝

1軸～7軸車站段長50 m、寬45 m、深26 m，距離既有3號線橋樁為4.5 m。圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用葷咬合樁，施作臨時(shí)格構(gòu)柱和永久鋼管柱，采用井點(diǎn)降水法來施工；基坑開挖法則采用蓋挖泥作二級臺階法來施工，坡比1∶0.75，設(shè)置2個(gè)出土口工作面。在基坑開挖前需做好管線改遷及綠化遷移等工作，并提前將井點(diǎn)降水到開挖面以下1 m。

1軸～7軸蓋挖逆作法工藝流程如下：采用機(jī)械開挖至車站頂板深度設(shè)計(jì)標(biāo)高，破除圍護(hù)結(jié)構(gòu)樁頭，然后植筋，用砂漿澆筑墊層，鋪設(shè)頂板底模，再預(yù)留2個(gè)出土口，架設(shè)頂板鋼筋與圍護(hù)結(jié)構(gòu)鋼筋連接，立模澆筑頂板混凝土，接著澆筑出土口擋土結(jié)構(gòu)；當(dāng)頂板強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度之后，按照1∶0.75放坡開挖土方至-1層底板設(shè)計(jì)標(biāo)高，土方從預(yù)留出土口送出，采用砂漿來澆筑-1層墊層，并鋪設(shè)底模，然后架設(shè)-1層底板鋼筋，且預(yù)留2個(gè)出土口，立模澆筑混凝土，進(jìn)行圍護(hù)樁侵線處理，掛網(wǎng)噴漿，從上至下鋪設(shè)-1層側(cè)墻防水材料，進(jìn)而架設(shè)側(cè)墻鋼筋，搭設(shè)側(cè)墻高支模，最后澆筑側(cè)墻混凝土；以同樣的工藝循環(huán)進(jìn)行-1層底板施工，以達(dá)到車站結(jié)構(gòu)底板標(biāo)高，再澆筑底板墊層，按照一級來鋪設(shè)防水材料和進(jìn)行接地處理，架設(shè)底板鋼筋，澆筑底板混凝土，然后進(jìn)行圍護(hù)樁侵線處理，掛網(wǎng)噴漿，按從下至上的順序鋪設(shè)防水材料，架設(shè)側(cè)墻鋼筋，搭設(shè)側(cè)墻高支模，最后澆筑混凝土。

蓋挖逆作法結(jié)合了蓋挖法和逆作法的特點(diǎn)，它首先從地面施作圍護(hù)結(jié)構(gòu)、止水帷幕、中柱及中柱樁等，由于中柱在施工期間需承受各種施工荷載和上覆土重，所以通常需設(shè)置中柱樁，以改善土體受力情況。它也是當(dāng)前本領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，文獻(xiàn)[5]以深圳地鐵為依托，介紹了車站中樁柱施工定位技術(shù)。

3.3 14號線和16號線車站段半蓋挖半明挖順作開挖工藝

14號線和16號線車站段長375 m，寬66 m，深26 m，距離既有3號線橋樁僅為1.5 m。圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用葷全咬合樁，施作臨時(shí)格構(gòu)柱和永久鋼管柱，采用井點(diǎn)降水法來處理，而基坑開挖則采用半蓋挖半明挖順作法?；凇胺謱又?，分層開挖，限時(shí)支撐，先撐后挖”的土方開挖原則，采用豎向分層、水平分塊、縱向分段的分層開挖方法。在基坑開挖之前需要做好管線改遷及綠化遷移等工作，并提前將井點(diǎn)降水到開挖面以下1 m處。為了有效確保基坑開挖過程既有3號線橋樁的穩(wěn)定性，需提前2個(gè)月在橋樁底部、樁身及承臺附近采用單液漿來進(jìn)行加固處理。

14號線和16號線半蓋挖半明挖順作施工工藝流程如下：采用機(jī)械來開挖至車站半幅頂板標(biāo)高以下2 m處，破除圍護(hù)結(jié)構(gòu)樁頭，然后植筋，采用砂漿來澆筑墊層，架設(shè)型鋼梁；再搭設(shè)盤扣滿堂支架，鋪設(shè)頂板底模，架設(shè)鋼筋使之與型鋼梁成為一個(gè)整體，澆筑半幅頂板等強(qiáng)，施作半幅擋土墻。接著布設(shè)出土工作面，破除半幅圍護(hù)結(jié)構(gòu)樁頭，植筋作為冠梁；再開挖第一層到設(shè)計(jì)標(biāo)高；澆筑砂漿墊層，及時(shí)架設(shè)第一道混凝土支撐鋼筋，并澆筑混凝土支撐；當(dāng)支撐強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)后，則開挖土方至第二道支撐標(biāo)高；進(jìn)而澆筑砂漿墊層，架設(shè)第二道混凝土支撐鋼筋，及時(shí)澆筑混凝土支撐；進(jìn)行圍護(hù)樁侵線處理，及時(shí)掛鋼筋網(wǎng)并噴射混凝土；以同樣的工藝循環(huán)進(jìn)行第二道混凝土施工，以達(dá)到車站結(jié)構(gòu)底部標(biāo)高，再澆筑墊層，進(jìn)行防水材料鋪設(shè)和接地處理，架設(shè)底板鋼筋，澆筑底板混凝土。

4 深基坑開挖方法基坑變形對比分析

在深基坑開挖的過程中，采用不同的開挖方法將會(huì)具有不同的變形特征，其原因在于不同的結(jié)構(gòu)體系變化將會(huì)改變其受力特征。本項(xiàng)目中緊鄰既有3號線橋樁結(jié)構(gòu)的圍護(hù)結(jié)構(gòu)均采用全葷咬合樁，為了進(jìn)一步研究不同深基坑開挖方法在開挖過程中的基坑變形特征，在1軸～7軸車站段、14號線和16號線車站段、大里程區(qū)間段等分別選取了3個(gè)水平位移監(jiān)測點(diǎn)，分別是A1,A2,A3，B1,B2,B3，C1,C2,C3，共計(jì)9個(gè)水平位移監(jiān)測點(diǎn)；如果水平位移為正值，則代表水平位移向基坑內(nèi)移動(dòng)，如圖5所示。

圖6～圖8分別描述了采用蓋挖逆作法、明挖順作法以及半蓋挖半明挖順作法來開挖大運(yùn)樞紐深基坑過程中基坑監(jiān)測點(diǎn)A1,A2,A3,B1,B2,B3,C1,C2及C3等的水平位移值。

其中，A1,A2及A3為1軸～7軸車站段水平位移監(jiān)測點(diǎn)，采用蓋挖逆作法來施工，基坑頂部的水平位移值為負(fù)，表明在頂板施作之后，由于受到頂板結(jié)構(gòu)和混凝土的影響，基坑頂部的水平位移會(huì)向基坑外側(cè)移動(dòng)；當(dāng)開挖至基坑底部之后，在沿著基坑深度的方向上，基坑變形值從負(fù)值變?yōu)檎?，其最大位置為基坑深?6.5 m，最大水平位移為5.21 mm。B1，B2及B3為14號和16號線車站段水平位移監(jiān)測點(diǎn)，采用半蓋挖半明挖順作法來施工，基坑頂變形小，基本為零；當(dāng)開挖至基坑底部之后，在沿著基坑深度的方向上，基坑變形值逐步增大，在基坑深度11 m的位置為基坑最大變形處，最大水平位移為15.87 mm，然后基坑變形逐漸減小至1.9 mm。C1，C2及C3為大里程區(qū)間段水平位移監(jiān)測點(diǎn)，采用明挖順作法來施工，基坑頂部變形值為負(fù)，施作了混凝土支撐影響；當(dāng)開挖至基坑底部之后，在沿著基坑深度的方向上，基坑變形值逐步增大，在基坑深度12 m的位置為基坑最大變形處，最大水平位移為18.97 mm，然后基坑變形逐漸減小至2.39 mm。

綜上所述，獲得了如下結(jié)論：明挖順作法、半蓋挖半明挖順作法和蓋挖逆作法等3種開挖方法的變形控制均在規(guī)范要求的范圍之內(nèi)。蓋挖逆作法的基坑變形值最小僅為5.21 mm；明挖順作法的基坑變形值最大為18.7 mm，比半蓋挖半明挖順作法的變形值大1 mm；基坑變形量的排序?yàn)椋荷w挖逆作法<半蓋挖半明挖順作法<明挖順作法。采用不同的深基坑開挖方法，基坑變形的最大位置有所不同，其中蓋挖逆作法的基坑變形值最大位置為16.5 m，明挖順作法為12 m，而半蓋挖半明挖順作法則為11 m，其中后兩種開挖方法的基坑變形最大位置較為接近，均在基坑深度1/2的位置。而蓋挖逆作法的最大變形位置則為基坑深度3/4位置。

5 結(jié)論

本文以大運(yùn)樞紐項(xiàng)目作為研究對象，總結(jié)了明挖順作法、半蓋挖半明挖順作法和蓋挖逆作法等深基坑開挖方法的工藝流程，對比分析它們的優(yōu)缺點(diǎn)，并探討了開挖過程中水平位移變形特征，獲得如下結(jié)論：1)針對超大規(guī)模深基坑開挖，應(yīng)結(jié)合項(xiàng)目本身工程特點(diǎn)，通過采用劃區(qū)域分段法，選取兩種或者三種以上的深基坑開挖方法來組合實(shí)施。2)蓋挖逆作法具有最小的基坑變形量，明挖順作法的基坑變形最大。3)采用半蓋挖半明挖順作法和明挖順作法時(shí)，基坑變形模式均為“D”，其最大位置均在基坑開挖深度1/2處。