地鐵車站主體土方開挖施工技術(shù)

地鐵車站主體結(jié)構(gòu)深基坑土方開挖施工技術(shù)摘要：成都地鐵十號線XX車站主體結(jié)構(gòu)為明開法施工，車站全長183。4m,寬度為20.7m,土方挖方量共為71850m3,圍護結(jié)構(gòu)采用鉆孔灌注樁+內(nèi)撐法。為確?；油练介_挖的高效、安全，需采取科學的土方開挖措施.本文重點介紹了土方開挖的施工流程，強調(diào)了監(jiān)測工作在深基坑土方開挖中的重要意義.關(guān)鍵詞：地鐵車站基坑開挖施工技術(shù)1工程概況1.1成都地鐵十號線xx車站主體土方工程xx車站全長183.4m,寬度為20.7m。車站現(xiàn)狀地面標高41.69?42°17m,車站結(jié)構(gòu)頂板覆土埋深3.5m左右，結(jié)構(gòu)底板埋深約16。5~18m，基坑全長185m,西端盾構(gòu)井處最寬處為39.8m，東端盾構(gòu)井寬25.5m,深18.07m；標準段寬20.9m，深16.23m.主體土方挖方量共為71850m3.工程采用明挖法施工，xx車站主體圍護結(jié)構(gòu)為鉆孔灌注樁壁，隨挖土方隨架設(shè)鋼支撐的內(nèi)支撐形式.灌注樁樁徑800mm，樁長22m，間距1。4m。鋼支撐為?630mm鋼管，壁厚12mm。車站主體圍護結(jié)構(gòu)見圖1。圖1車站主體圍護結(jié)構(gòu)平面圖（單位:mm）xx車站由于工期緊張（計劃工期為150天），且土方工程是整個車站工程最重要的一步，所以怎樣安全、快捷的完成土方開挖工程，成為本車站工程的一個重點。水文地質(zhì)情況根據(jù)地質(zhì)資料，xx站地層主要由第四紀粘性土、砂及碎石類土構(gòu)成車站范圍地下水有潛水、承壓水和上層滯水。具體詳見表1.表1XX站工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件

項目類別詳細內(nèi)容描述工程地質(zhì)條件根據(jù)巖土工程勘察報告，站區(qū)內(nèi)地層自上而下依次為：（1）人工填土層：粉土填土①、雜填土（1層,層底標高31°10~40.42m⑵新近沉積層粉土②、粉質(zhì)粘土②粉細砂②層，層底標高Z8O82?34.57m.⑶第四紀全新世沖洪積層：粉土③、粉質(zhì)粘土③粘土③、粉細砂③層?層底標高26.42?34。65m；粉質(zhì)粘土④、粘土④粉土④、粉細砂④層。層底標高^2。47?30.17m.⑷第四紀晚更新世沖洪積層圓礫卵石⑤、中粗砂⑤、粉細砂⑤，層底標高17。95~27。07m；粉質(zhì)粘土⑥、粘土⑥、粉土⑥、細中砂⑥層，層底標高為9.5421。89m。站體座落在粉質(zhì)粘土⑥和粉土⑥層上。XX站工程水文地質(zhì)縱剖面圖：2主體土方開挖方案的確定對于內(nèi)支撐式的圍護結(jié)構(gòu)的深基坑土方開挖施工一般有如下兩種：第一種是中心島（墩）式挖土:此方法宜用于大型基坑,支護結(jié)構(gòu)的支撐形式為角撐、環(huán)梁式或邊框架式，中間具有較大空間情況下.此時可利用中間的土墩作為支點搭設(shè)棧橋.挖土機可利用棧橋下到基坑挖土，運土的汽車宜可利用棧橋進入基坑運土。這樣可以加快挖土和運圖的速度。第二種是盆式挖土:是先開挖基坑中間部分的土，周圍四邊留土坡，土坡最后挖除。這種挖土式的優(yōu)點是周邊的土坡對圍護墻有支撐作用，有利于減少圍護墻的變形。其缺點是大量的土方不能直接外運，需集中提升后裝車外運。盆式挖土周邊留置的土坡，其寬度、高度和坡度大小均應通過穩(wěn)定驗算確定.如留的過小，對圍護墻支撐作用不明顯，失去盆式挖土的意義。如坡度太陡邊坡不穩(wěn)定，在挖土過程中可能失穩(wěn)滑動，不但失去對圍護墻的支撐作用，影響施工,而且有損于工程樁的質(zhì)量.兩種方法各有利弊，哪種方法最合適XX車站的土方開挖呢？成都市市市政四公司地鐵項目部組織公司技術(shù)人員,并邀請市政集團副總工程師關(guān)龍同志等有關(guān)專家進行了專門論證。專家們根據(jù)以上兩種方法的優(yōu)缺點，結(jié)合現(xiàn)場水文地質(zhì)情況，本著確保安全,節(jié)約資金的原則,推薦采用盆式挖土的方案,并嚴格遵循“開槽支撐,先撐后挖,分層開挖，嚴禁超挖”的原則。理由有以下幾點：⑴基坑標準寬度為22m,不適合采用中心墩式挖土的方法；⑵盆式開挖的兩側(cè)留土臺可對暴露的護壁樁有支撐作用，并可方便進行鋼支撐架設(shè)工作；⑶XX車站在基坑上方沿基坑方向采用臺階法施工，土方可以做到一次運輸.3土方開挖施工土方開挖施工工藝XX車站土方開挖施工工藝流程如下:通過計算，確定挖運土機械型號及數(shù)量f確定分層開挖高度一開挖第一層土方一根據(jù)監(jiān)測結(jié)果架設(shè)第一道鋼支撐、施加預應力一開挖第二層土方f根據(jù)監(jiān)測結(jié)果架設(shè)第二道鋼支撐、施加預應力f開挖第三層土方f根據(jù)監(jiān)測結(jié)果架設(shè)第三道鋼支撐施加預應力f人工清槽底.機械挖方開挖程序的確定3。2。1。1豎向分層按車站的結(jié)構(gòu)形式和總體部署分區(qū)，土層的分界線為鋼支撐下lm,第一層土方采用1。6m3挖掘機直接挖裝；第二層土方采用一臺1。6m3挖掘機從基坑西端開挖；第三層土方采用1。6m3挖掘機進行挖掘，第四層土方采用1。2m3挖掘機進行挖掘,即每層需要一臺挖掘機進行作業(yè)?；最A留300mm人工開挖?；娱_挖過程中隨挖隨按設(shè)計位置架設(shè)鋼管支撐，開挖順序為由上而下逐層開挖。開挖方法見圖2。圖2車站主體土方開挖示意圖車站基坑主體深度基本相同，基坑土方在豎向上共分四層開挖：第一層:豎向高度約為4.35m；第二層：豎向高度約為5。0m；第三層：豎向高度約為5。0m；第四層:豎向高度約為3.72m（端頭井）、1。88m（標準段）。其中第二、第三層、第四層土方開挖需分臺階開挖。機械作業(yè)臺階寬度6?7m,臺階坡

度1:0.75。豎向土方分層開挖步序如下表。表2土方分層開挖步序步驟例圖說明第一步開挖地面淺基坑（樁頂摘帽），施作鉆孔灌注樁及冠梁。第二步機械開挖基坑II步土方，隨開挖隨架設(shè)第一道鋼支撐。第三步機械開挖基坑III步土方，隨開挖隨架設(shè)第二道鋼支撐。沿車站縱軸線方向，第二、三、四層土方每隔6m同時開挖.3。2.2。3縱向拉槽、橫向擴邊在每一層每一段的土方施工中,在橫斷面跨中開中槽，由車站西區(qū)端開始沿縱向挖掘;由中槽向兩側(cè)開挖面進行開挖作業(yè)。⑴縱向拉中槽縱向拉中槽，即在每層開挖工作面始端沿車站縱向拉坡開挖中槽，中槽位于車站主體結(jié)構(gòu)橫斷面中間。中槽的大小首先要滿足挖掘機回轉(zhuǎn)棄土的要求，同時要盡可能多的保留兩側(cè)土體，以支撐圍護結(jié)構(gòu)，減小對周邊環(huán)境的擾動，并滿足鋼支撐施作要求。中槽的寬度為10m左右.⑵橫向擴邊拓展為中槽開挖至6m后，向橫向擴邊拓展，即由中槽向兩邊跨開挖擴邊。開挖方式為：由中槽向兩邊跨橫向挖土,兩邊跨的土方開挖盡量對稱進行,土方開挖至鉆孔樁附近時,改為人工挖土，以免機械開挖破壞鉆孔樁.基坑土方開挖縱向拉中槽、橫向擴邊拓展平面示意圖見下圖。圖3基坑土方開挖縱向拉中槽、橫向擴邊拓展平面示意圖鋼圍檁、鋼支撐架設(shè)鋼圍檁架設(shè)土層開挖至支撐架設(shè)設(shè)計位置后，安裝三角托架，架設(shè)鋼圍檁，鋼圍檁與鉆孔灌注樁之間預留60mm的水平通長空隙，其間用C30細石混凝土添嵌。鋼圍檁架設(shè)方式見圖4.圖4鋼圍檁支撐方式用龍門吊垂直起吊將鋼支撐固于鋼圍檁上，為方便鋼支撐就位后的焊接，項目部人員經(jīng)研究采取了在端部采用鋼板焊成托架,使鋼支撐放置在鋼托架上進行焊接的方法，提高了施工的安全性。見圖5：圖5鋼圍檁托架示意圖吊裝鋼支撐吊裝鋼管支撐前，按規(guī)定備齊檢驗合格的支撐配件、施加預應力的油鎬，并檢查托架是否完好。鋼支撐采用現(xiàn)場10t天車吊裝,根據(jù)材料理學理論,吊繩兩吊點從鋼支撐兩端分別內(nèi)移0。21,此時可模擬為外伸梁的鋼支撐最大彎距僅為ql2/40，是吊裝的最佳吊點，故以本工程標準段的22m鋼支撐為例，吊點位置選在鋼管兩端向內(nèi)4°4m處，具體見圖6鋼支撐吊裝示意圖，吊繩用鋼絲繩將鋼管栓牢，并用卡環(huán)鎖牢。圖6鋼支撐吊裝示意圖當使用10t天車時，鋼管由順基坑方向調(diào)整至垂直基坑方向時(此時鋼身約2/5長度進入基坑)換繩，按正式吊裝綁繩、吊裝入位.鋼管被安放在圍檁托架上入位至施加預應力過程中不得松繩，以平衡彎曲矢量，保持鋼管處于軸心受力狀態(tài).鋼管入位按先活動端后固定端順序，以確保鋼管與圍檁受力面接觸密實。施加預應力鋼支撐固定端固定完成后，采用兩臺80t液壓千斤頂在活動端支撐兩側(cè)對稱逐級預加力，預加力達到設(shè)計支撐軸力的50％時，采用鋼楔鎖定支撐。鋼支撐在加工時在千斤頂?shù)淖畲筮M程與最小進程間焊接千斤頂支點.圖7鋼支撐預施軸力示意圖各道支撐設(shè)計及預加軸力見下表：表3各道支撐預施軸力表支撐設(shè)計軸力KN預加軸力KN第一道撐300150第二道撐1500700第三道撐1500700鋼楔固定鋼支撐方式如下:根據(jù)鋼管的長度誤差確定需焊接25mm厚的鋼板塊數(shù)，并將25mm厚的鋼板如圖焊接在鋼圍檁上。圖8楔鐵安裝示意將楔塊1焊接在鋼板上，用千斤頂對鋼管施加預應，觀察千斤頂應力表，當預加軸力達到要求時，穩(wěn)壓5分鐘，然后將楔塊2如圖嵌入，邊釘入邊觀察壓力表，當壓力減小至0時，停止釘入，并將千斤頂卸下?其中要注意千斤頂示值為MPA,施工前需將預加軸力值(KN)換算成(MPa),可參考下圖：圖9千斤頂軸力標訂圖6）鋼支撐端部設(shè)?10鋼筋吊環(huán)，通過鋼絲繩或鋼筋連系在圍護樁上，同時用于微調(diào)的鋼楔采用電焊連接，防止墜落.護壁樁噴護對于基坑圍護樁樁間采取掛鋼筋網(wǎng)（?6@200（雙向））噴射混凝土的護壁形式?；臃植介_挖,分步支護，隨挖隨支。掛網(wǎng)安裝在每步開挖后及時進行,格柵定點預制，分片安裝。使用膨脹釘將鋼絲網(wǎng)片與圍護樁固定（膨脹釘縱向間距0.5m）.然后噴射60mm厚C20豆石混凝土.監(jiān)測配合（l）xx車站監(jiān)測項目表4監(jiān)測項目序號監(jiān)測項目方法及工具斷面距離監(jiān)測頻率1地表變形觀測水準儀30m一個監(jiān)測斷面根據(jù)施工進度確定，在開挖卸載急劇階段，每天三次，其余情況3天/次.當監(jiān)測結(jié)果超過警戒值時加密監(jiān)測，當有危險事故征兆時連續(xù)觀測，并及時通知有關(guān)單位并立即采取應急措施.2樁體變形及樁頂位移測斜管15m一個監(jiān)測斷面3圍護樁結(jié)構(gòu)受力鋼筋應力計15m一個監(jiān)測斷面4基坑周圍土體受力土壓力盒15m一個監(jiān)測斷面5支撐內(nèi)力軸力計15m一個監(jiān)測斷面6地面建構(gòu)筑物調(diào)查及沉降監(jiān)測水準儀1.5倍基坑開挖深度范圍內(nèi)的建構(gòu)筑物⑵警戒值的確定因本工程圍護結(jié)構(gòu)鋼支撐較多，且間距較?。ㄗ畲箝g距3m）,故機械開挖土方時，為保證機械作業(yè)面，通過監(jiān)測數(shù)據(jù)最大程度的提高機械效率,及時架設(shè)鋼支撐，故在允許位移量的基礎(chǔ)上設(shè)定警戒值，允許圍護結(jié)構(gòu)變形在警戒值范圍內(nèi).⑴基坑圍護樁測斜，取允許最大位移30mm的70%作為警戒值即21mm。⑵樁的差異隆沉，基坑開挖中引起的樁柱的隆沉不得超過10mm。⑶支撐軸力，根據(jù)設(shè)計計算書確定，一般將警戒值定為80%的設(shè)計允許最大值。⑷其他部分：對基坑沉降、裂縫發(fā)展等光滑的變化曲線，若曲線上有明顯的折點變化，應做出報警處理.4幾點體會4.1開挖方式與圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計相結(jié)合⑴施工進度與保證措施能否實現(xiàn)大規(guī)模、高度機械化的開挖，從而保證少占用工期，是內(nèi)撐式圍護體系能否成立的關(guān)鍵問題。早期的雙向鋼管支撐確實不利于機械化開挖，因而影響進度.這使得人們產(chǎn)生一種固有的偏見，認為內(nèi)撐式圍護妨礙開挖,影響進度。近年來內(nèi)撐式圍護體系設(shè)計有所改進，表現(xiàn)為選型合理的前提就是應該便于施工。在一道內(nèi)撐內(nèi),桿件之間的空間應便于大型機械的施展；而且任兩道支撐（包括下?lián)闻c坑底之間）之間的空間,應力要求滿足型號合適的開挖機械的順利工作.做到這一點,如果沒有其它限制條件，就可以實現(xiàn)在內(nèi)撐條件下近于百分之百的機械化開挖，從而大大的縮短工期.此外在開挖結(jié)束時，如果基坑深度較大，則無法保證挖土機械順利的自行推出坑外。這時，可以利用已經(jīng)安裝完畢的垂直運輸機械（本工程根據(jù)地鐵工程基坑特點很好的引用了lot天車來解決水平及垂直運輸），將挖土機械整體的（小型挖土機）或予以解體后（大型挖土機）吊出基坑.⑵開挖方式與圍護構(gòu)件的荷載在使用大型機械開挖的條件下挖土的方式與順序問題。應該慎用挖土機沿基坑邊緣一挖到底的開挖方式.因為從物理過程來看,挖土的速度會影響土壓力的大小.目前雖然還缺少這方面的實測資料，但已見到過由于沿圍護樁邊迅速切出一條深溝，第二天圍護結(jié)構(gòu)失穩(wěn)坍毀的實例。可以這樣理解土壓力變化的機理：在未開挖之前，圍護結(jié)構(gòu)兩側(cè)的土壓力是靜止土壓力；在開挖之后.樁前的壓力消失,樁背土體膨脹,樁身變形，樁背壓力下降。這一壓力下降是能量釋放的過程，在能量釋放過程中壓力起變化。如果能量釋放過程是平緩的，則壓力可能逐漸下降.如果釋放過程是急劇而短暫的，則壓力可能會暫時不變甚至上升，從而導致了圍護結(jié)構(gòu)的破壞。所以不宜采用“沿圍護結(jié)構(gòu)邊切出一道深溝"的開挖方式。而且要開挖面曝露后及時進行支撐.基于同一道理,只要工期許可，應該有計劃的分層、分段開挖。分層宜薄不宜厚，分段宜短不宜長。當然，在具體工程中，工期與施工進度安排往往成為第一要素，設(shè)計單位應在這方面適當留有余地.監(jiān)控測量在土方開挖過程中的重要性本工程對圍護結(jié)構(gòu)及支撐結(jié)構(gòu)進行了大量的布點監(jiān)測，從施工整個過程來看,監(jiān)測工作取得了重大的效果及作用,對深基坑施工過程進行監(jiān)測的重要性主要表現(xiàn)在以下幾方面:（1）驗證支護結(jié)構(gòu)設(shè)計，指導基坑開挖和支護結(jié)構(gòu)的施工當前我國基坑支護結(jié)構(gòu)設(shè)計水平處于半理論半經(jīng)驗的狀態(tài)，土壓力計算大多采用經(jīng)典的側(cè)向土壓力公式，與現(xiàn)場實測值相比較有一定的差異，還沒有成熟的方法計算基坑周圍土體的變形情況。因此，在施工過程中迫切需要知道現(xiàn)場實際的應力和變形情況，與設(shè)計時采用的值進行比較，必要時對設(shè)計方案或施工過程和方法進行修正.⑵保證基坑支護結(jié)構(gòu)和相鄰建筑物的安全在深基坑開挖與支護工程中，為滿足支護結(jié)構(gòu)及被支護土體的穩(wěn)定性，首先要防止破壞或極限狀態(tài)發(fā)生。破壞或極限狀態(tài)表現(xiàn)為靜力平衡的喪失，或支護結(jié)構(gòu)的構(gòu)造性破壞。在破壞前,往往會在基坑側(cè)向的不同部位上出現(xiàn)較大的變形，或變形速率明顯增大。支護結(jié)構(gòu)和被支護土體的過大位移,將引起鄰近建筑物的傾斜或開裂，鄰近管道的滲漏,有時會引發(fā)一連串災難性的后果。如有周密的監(jiān)測控制，