軟土地基地鐵站大跨度端頭井深基坑開(kāi)挖技術(shù)

地鐵車(chē)站施工中大跨度端頭井的深基坑開(kāi)挖技術(shù)1工程概況xx軌道交通x號(hào)線西延伸工程虹橋臨空?qǐng)@區(qū)站位于xx市天山西路的淞虹路口與協(xié)和路口之間。車(chē)站全長(zhǎng)455m，標(biāo)準(zhǔn)段凈寬18.6m，開(kāi)挖深度16m，其中端頭井的最大開(kāi)挖深度17.5m。車(chē)站的圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用800mm厚的地下連續(xù)墻，標(biāo)準(zhǔn)段部分采用單襯墻結(jié)構(gòu)，即地下連續(xù)墻既作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)，同時(shí)又作為車(chē)站的永久性主體結(jié)構(gòu)。本工程的工程地質(zhì)條件為第四紀(jì)松散沉積物，車(chē)站主要穿越的地層以灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土為主，局部為粘質(zhì)粉土。場(chǎng)地自地表至75m深度范圍內(nèi)按成因類(lèi)型、土層結(jié)構(gòu)及其性狀特征，可分為8層，14個(gè)亞層。土層自上而下如下表：層號(hào)土層名稱(chēng)層厚(m)土質(zhì)特征①1人工填土1.2~4.11土質(zhì)松散，以雜雜填土為主主，成分復(fù)復(fù)雜②1褐黃色粉質(zhì)粘土土0.0~3.00可塑~軟塑，局部為粘粘土，中壓壓縮性③1灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)質(zhì)粘土3.5~7.55飽和、流塑、層層理紊亂、高高壓縮性④灰色淤泥質(zhì)粘土土8~14.5飽和、流塑、均均勻、高壓壓縮性⑤1-1灰色粘土1.5~4.44飽和、流塑、均均勻、高壓壓縮性⑤1-2灰色粉質(zhì)粘土0~6.5飽和、流塑、尚尚均勻、高高壓縮性⑤2灰色粉砂(夾粘粘土)5.5~13..0飽和、中密、欠欠均勻、中中~高壓縮性性⑤3-1灰色粉質(zhì)粘土6.5~14..5可塑、尚均勻、中中壓縮性2東端頭井的形狀和支撐體系2.1東端頭井的形狀和尺寸本車(chē)站東端頭井的南側(cè)結(jié)構(gòu)和一個(gè)風(fēng)井相連，所以端頭井的設(shè)計(jì)尺寸較大，其中東側(cè)南北向和南側(cè)東西向的跨度均達(dá)37m，是目前施工的xx市地鐵車(chē)站中最大的一個(gè)端頭井。其中54軸～56軸之間基坑開(kāi)挖的深度為16.58m，51軸～54軸之間基坑開(kāi)挖的深度為14.84m。參見(jiàn)圖1。2.2東端頭井的支撐體系本車(chē)站東端頭井跨度大，相應(yīng)的鋼支撐也較長(zhǎng)。本車(chē)站采用φ609mm的鋼支撐，在東端頭井的東北角、東南角各設(shè)有兩個(gè)立柱樁，西南角設(shè)一個(gè)立柱樁。根據(jù)以往的施工經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)立柱樁過(guò)多時(shí)，不但施工成本增加，而且不利于基坑開(kāi)挖作業(yè)，故在原設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上做了改進(jìn)，將東北角、東南角原有的各兩個(gè)立柱樁各改為一個(gè)立柱，即一個(gè)立柱同時(shí)支托兩根鋼支撐，將西南角的立柱取消。東端頭井的鋼支撐架設(shè)難度最大的部位在西南角，上下有八道支撐，縱橫交錯(cuò)，且南北向的較長(zhǎng)的鋼支撐中間還有立柱樁，如何合理地確定土方開(kāi)挖、斜撐架設(shè)、立柱樁間的連桿焊接以及長(zhǎng)支撐的分段連接是控制本基坑變形的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。參見(jiàn)圖1。圖1東端頭井的形狀和支撐體系3深基坑開(kāi)挖的理論依據(jù)在xx軟土地基深基坑的開(kāi)挖施工中，指導(dǎo)工程實(shí)踐的理論依據(jù)是“時(shí)空效應(yīng)”的規(guī)律。根據(jù)這一規(guī)律，基坑開(kāi)挖支撐施工過(guò)程中的每個(gè)分步開(kāi)挖的空間幾何尺寸和擋墻開(kāi)挖部分的無(wú)支撐暴露時(shí)間，對(duì)基坑圍護(hù)墻體和坑周地層位移有明顯的相關(guān)性。無(wú)支撐暴露的時(shí)間越長(zhǎng)，則基坑的變形將越大。根據(jù)“時(shí)空效應(yīng)”理論制定的施工方案的主要特點(diǎn)是：根據(jù)基坑規(guī)模、幾何尺寸、圍護(hù)墻體系的布置、基坑地基加固和施工條件，選擇基坑分層、分步、對(duì)稱(chēng)、平衡開(kāi)挖和支撐的順序，并確定各工序的時(shí)限，在實(shí)際的施工方案中需要定出如下施工參數(shù)：—開(kāi)挖分層的層數(shù)；—每層分部的數(shù)量；—分部開(kāi)挖的時(shí)間限制；—分部開(kāi)挖后完成支撐的時(shí)間限制；—支撐預(yù)加軸力（采用鋼支撐）；B,h—貼靠擋土墻的支承土堤每步開(kāi)挖的寬度和高度；—每步開(kāi)挖所暴露的部分墻體，在開(kāi)挖卸載后無(wú)支撐暴露時(shí)間。規(guī)定的施工順序及施工速度以及以為主的施工參數(shù)，主要是為了達(dá)到如下要求：=1\*GB2⑴減少開(kāi)挖過(guò)程中的土體擾動(dòng)范圍，最大限度減少坑周土體位移量和差異位移量；=2\*GB2⑵在每一步開(kāi)挖及支撐的工況下，基坑中已施加的部分支撐體系及圍護(hù)墻體內(nèi)側(cè)被動(dòng)區(qū)支承土堤，可使基坑受力平衡而得以穩(wěn)定，并控制坑周土體位移量和差異位移量。4東端頭井深基坑開(kāi)挖的方案編制和實(shí)施根據(jù)“時(shí)空效應(yīng)”理論，深基坑開(kāi)挖與支撐必須遵循快挖、快撐、快封底的原則，進(jìn)行上下分層，左右分段、分塊開(kāi)挖。結(jié)合本車(chē)站東端頭井的實(shí)際情況，編制開(kāi)挖順序圖，按分層分段劃分開(kāi)挖支撐單元，嚴(yán)格按開(kāi)挖單元順序施工，每個(gè)開(kāi)挖單元（一個(gè)分層長(zhǎng)6m），支撐為2根。開(kāi)挖時(shí)間6～8h，支撐架設(shè)2h。嚴(yán)禁超深、超寬、超時(shí)。開(kāi)挖縱向總坡度不大于1：3，臺(tái)階小坡不大于1：1。4.1臺(tái)階小坡的穩(wěn)定性驗(yàn)算為了簡(jiǎn)化計(jì)算過(guò)程，假定開(kāi)挖的土層為均質(zhì)土層，采用穩(wěn)定數(shù)分析方法進(jìn)行驗(yàn)算。根據(jù)穩(wěn)定數(shù)計(jì)算方法，影響邊坡破壞的參數(shù)有5個(gè)，即土的粘聚力、內(nèi)摩擦角、土的重度γ、臺(tái)階高度H和邊坡角β。根據(jù)實(shí)測(cè)的內(nèi)摩擦角和計(jì)算的，可以計(jì)算出邊坡的穩(wěn)定安全系數(shù)Fs。Fs=實(shí)測(cè)/計(jì)算Taylor用圖表示了安全系數(shù)的計(jì)算結(jié)果，穩(wěn)定數(shù)表達(dá)式為。邊坡極限平衡條件下，Ns、和β之間具有圖2所給出的關(guān)系，利用圖2就可以很方便地對(duì)邊坡作出穩(wěn)定性評(píng)價(jià)。已知開(kāi)挖的每個(gè)分層最深為4m，土的重度γ=18KN/m3，粘聚力=11.5KN/m2，內(nèi)摩擦角大約為=100。臺(tái)階小坡坡角β=450。圖2邊坡的穩(wěn)定數(shù)根據(jù)已知條件β=450，=100，則從圖2中查得邊坡處于極限狀態(tài)時(shí)的穩(wěn)定數(shù)=9.7，并計(jì)算邊坡穩(wěn)定所要求的粘聚力===7.42KN/m2邊坡的穩(wěn)定安全系數(shù)Fs=11.5/7.42=1.55>1根據(jù)計(jì)算得出的穩(wěn)定安全系數(shù)，每個(gè)小坡是安全的，不會(huì)失穩(wěn)。4.2東端頭井開(kāi)挖方案實(shí)施步驟由于受交通條件的影響，基坑開(kāi)挖采用單邊開(kāi)挖的方式進(jìn)行開(kāi)挖，東端頭井分層、分塊（小段）劃分及開(kāi)挖順序如下：1、第一分層開(kāi)挖及支撐架設(shè)如下表：序號(hào)分塊編號(hào)開(kāi)挖方向分層高度（m）開(kāi)挖方量（m33）架設(shè)支撐數(shù)量1①由角部向中間開(kāi)開(kāi)挖1.52206根2②由角部向中間開(kāi)開(kāi)挖1.525063③開(kāi)挖中間三角區(qū)區(qū)，然后中中間拉槽，挖挖出兩個(gè)中中間柱1.55002個(gè)立柱連系桿4④兩臺(tái)普通挖機(jī)分分別開(kāi)挖槽槽兩側(cè)土方方1.54303根5⑤由一側(cè)退著開(kāi)挖挖，一直挖挖到第3個(gè)立柱樁樁，先架設(shè)設(shè)西南角5根斜支撐撐，再架設(shè)設(shè)連系桿1.53305根6⑥由一側(cè)退著開(kāi)挖挖1.52根7⑦由一側(cè)退著開(kāi)挖挖1.52根8⑧由一側(cè)退著開(kāi)挖挖1.52根圖3東端頭井第一分層分小塊劃分及開(kāi)挖順序平面示意圖2、第二分層開(kāi)挖及支撐架設(shè)①首先開(kāi)挖中間三角區(qū)①，開(kāi)挖分段高度3.5m，開(kāi)挖土方480m3，不需架設(shè)支撐；②開(kāi)挖東南角三角區(qū)②，后開(kāi)挖東北角三角區(qū)③，開(kāi)挖土方量均為600m3，個(gè)架設(shè)6根鋼支撐；③開(kāi)挖第4塊，第4塊寬度8.5m，寬約34m，開(kāi)挖高度4m，土方量1150m3。由于該塊土方量大，采取先挖中間向南北推進(jìn)，最后挖兩邊，以減小開(kāi)挖過(guò)程中圍護(hù)結(jié)構(gòu)的形變，開(kāi)挖限制在17小時(shí)內(nèi)完成。先架設(shè)兩立柱間的連桿再架設(shè)3道長(zhǎng)支撐，支撐加設(shè)時(shí)間不得超過(guò)7小時(shí)；④開(kāi)挖第5塊，由于受到場(chǎng)地條件限制，挖機(jī)只能在北側(cè)順?shù)撝伍_(kāi)挖，南側(cè)土方需多次往北倒土，再由地面長(zhǎng)臂挖機(jī)挖至地面，加之西南角部5根斜撐，4根直撐上下交錯(cuò)，共8道支撐，開(kāi)挖十分困難。第5塊開(kāi)挖寬度約10m，長(zhǎng)度約20m,土方約800m3，開(kāi)挖方法為地面用長(zhǎng)臂挖機(jī)，坑內(nèi)用小挖機(jī)配合，先在第5塊的北面開(kāi)挖10m×10m的槽，然后用兩臺(tái)小挖機(jī)向南開(kāi)挖，將土往北倒運(yùn)，地面用長(zhǎng)臂挖機(jī)接力挖至地面。開(kāi)挖時(shí)間16h。然后架設(shè)西南角5根斜撐，再將連桿接長(zhǎng)焊牢。斜支撐及連桿架設(shè)時(shí)間7h。⑤開(kāi)挖第6、7塊，架設(shè)兩根長(zhǎng)支撐，南北完成對(duì)撐。⑥順次開(kāi)挖標(biāo)準(zhǔn)段第8、9、10、11、12……等小段，順次架設(shè)每小段兩根支撐。西南角斜撐及長(zhǎng)直撐架設(shè)難度很大，主要是8道支撐上下交錯(cuò)影響吊裝，而且吊裝距離太遠(yuǎn)。解決辦法是選用大噸位吊車(chē)，或者南側(cè)圍擋臨時(shí)拆除，吊車(chē)?yán)猛砩吓艿侥蟼?cè)，占用人行道進(jìn)行吊裝，需要采取安全技術(shù)措施。3、第3、第4分層開(kāi)挖及支撐架設(shè)順序，開(kāi)挖方法均與第2分層相同，不再重復(fù)。4、第5分層標(biāo)準(zhǔn)段開(kāi)挖，為最下一個(gè)分層，開(kāi)挖到基底。由于第5分層不需要架設(shè)支撐，也沒(méi)有連桿，因此按由東向西每次開(kāi)挖6－8m的距離，然后清底，底部20－30cm人工清理，清理抄平后，經(jīng)基底驗(yàn)收，施工20cm厚C30早強(qiáng)砼，以封閉基底，減小隆起和基坑變形。5、第6分層為東端頭井最下一個(gè)分層，不需架設(shè)支撐，但第6分層開(kāi)挖高度小，需要采用更小型機(jī)械開(kāi)挖。其方法是分塊開(kāi)挖分塊施工墊層，以減小基坑變形。圖4東端頭井第二分層分小塊劃分及開(kāi)挖順序平面示意圖圖5東端頭井土方分步開(kāi)挖剖面示意圖5．基坑開(kāi)挖方案實(shí)施結(jié)果在施工過(guò)程中嚴(yán)格按照上述方案進(jìn)行實(shí)施，確保了基坑開(kāi)挖的安全，通過(guò)監(jiān)測(cè)表明，圍護(hù)墻體水平位移最大值為28mm，基坑周邊房屋沉降最大值為6.6mm，周邊管線最大沉降6.3mm，根據(jù)監(jiān)控量測(cè)結(jié)果表明周邊環(huán)境是穩(wěn)定的。6結(jié)束語(yǔ)地鐵車(chē)站深基坑工程是一項(xiàng)較復(fù)雜的系統(tǒng)工程，而較深部位的端頭井開(kāi)挖又是關(guān)系到整個(gè)基坑開(kāi)挖成敗的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。本文結(jié)合實(shí)際，論述了在跨度大、支撐體系復(fù)雜情況下的端頭井開(kāi)挖時(shí)的施工要點(diǎn)和注意事項(xiàng)，充分考慮“時(shí)空效應(yīng)”的規(guī)律，合理制定放坡、開(kāi)挖單元、支撐架設(shè)等的技術(shù)參數(shù)，對(duì)安全、快速地完成端頭井的開(kāi)挖起到了決定性的作用。希望通過(guò)本文的論述能對(duì)同行的類(lèi)似工程施工起到一定的借鑒作用。參考文獻(xiàn)[1]龔曉南.深基坑工程設(shè)計(jì)施工手冊(cè).中國(guó)建筑工業(yè)出版社.北京.1998[2]劉建航、侯學(xué)淵.基坑工程手冊(cè).中國(guó)建筑工業(yè)出版社.北京.1999[3]陳國(guó)興、樊良本.基礎(chǔ)工程學(xué).中國(guó)水利水電出版社Abstract:MostsubwaystationsofShanghaiwereconstructedinsuccession.Generallyspeaking,theendwellsizeofstationwasdesignedrelativelybig.Excavationofbasetunnelregularlybeginwiththeendwell.Soitisveryimportanttomakethecorrectexcavationscheme.Combinedthepractice,