盖挖地铁车站深基坑土方开挖施工技术
0 引言
地铁车站因其处于城市核心区,其基坑形状狭长且开挖深度较大,周边建(构)筑物密集,侧壁变形控制和环境保护要求较高,且周边环境条件复杂,经常面临施工零场地的困难,因此多采用盖挖法施工。如何在这种复杂环境下科学合理地组织土方盖挖施工,达到提高挖土效率,控制支护结构变形,保证基坑及周边建(构)筑物安全的目的,是盖挖车站施工中普遍面临的一大难题。针对盖挖车站深基坑工程的特点,通过实践探索出了适用于盖挖顺作的台阶式纵向开挖方法,以及适用于盖挖逆作的分块、分层、抽条、对称横向开挖方法,从而在有效控制基坑支护变形、保护周边环境的同时,显著提高了土方开挖效率。本文探讨的盖挖车站土方开挖技术在无锡市综合交通枢纽项目地铁1号线车站及地铁3号线车站基坑工程中得到成功应用,该方法出土效率高、地下结构施工速度快、基坑变形小,对周围环境影响小,取得了良好的经济效益和社会效益。
1 盖挖顺作基坑土方开挖方法
1.1 台阶式纵向开挖方法
台阶式纵向土方开挖方法是利用多台挖机沿基坑纵向接力挖土形成多级土台,进行斜面分层分块土方开挖流水施工的土方开挖方法,每段的长度按照1~2个同层水平支撑间距确定,每层厚度按支撑竖向间距确定,每小段的土方开挖完成后及时进行钢支撑设置。对于基坑纵向具备出土条件的盖挖顺作法基坑具有显著的适用性。
1.2 台阶式纵向开挖方法的优点
台阶式纵向开挖法在平面上可采取从一端向另一端开挖的方式,也可采取从中间向两端开挖的方式。该方法可将地下结构施工(盖挖顺作)纳入基坑土方开挖流水,地下结构沿基坑纵向随土方开挖进程相应分块插入施工,不需等待基坑土方全部开挖完毕才开展,有效缩短了工期,同时提前插入地下结构施工减少了基坑暴露时间。
1.3 施工要点
纵向开挖自底部向顶部进行倒运,以单层单段为单个开挖区间,形成开挖斜面,在纵断面设置边坡平台与安全加宽平台。具体施工流程如图1所示。
分层分段规划设计具体如下。
1)每小段长度以支撑水平间距确定,约为3~8m,每层厚度一般以支撑竖向间距确定,约为3~4m,每小段开挖和支撑形成时间均有较为严格的限制,一般为12~36h。
2)斜面分层分段纵向总坡度不宜大于1∶3;各级土方边坡坡度不宜大于1∶1.5,各级平台宽度不宜小于3m,安全加宽平台不宜小于9m,安全加宽平台间土方边坡一般不超过两级。
3)为保证边坡稳定,需对斜面小边坡、各阶段形成的多级边坡、纵向总边坡进行抗滑稳定计算。
在土方开挖时,其顺序、方法必须与设计工况一致。同时土方开挖到各层支撑钢管底部时,及时施作钢管支撑。挖土时严禁挖土机械碰撞支撑,支撑表面不允许加荷载。而开挖至基底以上0.3m时,应改为人工开挖至基底,并进行基坑验槽,及时封底,尽量减少对基底土的扰动。采用斜面分层分段开挖至基底时,应按照设计或基础底板施工缝设置要求,及时进行垫层和基础底板施工,基础底板分段浇筑一般控制在25m左右,在基础底板形成后,方可继续进行相邻纵向边坡开挖。
纵坡坡顶设置截水沟或挡水土堤,防止地表水冲刷坡面和基坑外积水流入坑内。基坑开挖后及时设置坑内排水沟和集水井,防止基坑内积水。
基坑施工全过程应进行实时动态监测,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。
2 盖挖逆作土方开挖方法
2.1 工艺原理
分块、分层、抽条、对称横向开挖法适用于盖挖逆作法基坑,适用于基坑横向具备出土条件(如基坑一侧为围护结构,另一侧为已施的地下室),将基坑土方在竖向进行分层,在平面上进行合理分块分层,再确定开挖先后顺序,进行抽条开挖,通过相邻地下室结构横向出土,同时逆作结构楼板与相邻地下室之间加设支撑形成基坑整体抗侧力体系。
2.2 优点
分块、分层、抽条、对称横向开挖法在基坑横向可多设置几条出土路线,从而增加同时挖土的工作面。该方法结合逆作法(盖挖逆作),地下水平结构施工与土方开挖穿插进行,能提前完成地下结构,其形成的各层地下结构楼板对基坑侧壁形成较大刚度的支撑。
2.3 施工要点
操作流程如图2所示。分块、分层、抽条、对称横向开挖法进行规划设计时,要注意以下几点。
1)土方开挖分层根据逆作结构楼板层数和附加支撑道数进行确定。
2)土方开挖分块主要根据结构施工缝(后浇带)留设位置、附加支撑纵向间距、横向出土口位置、施工工期要求等进行确定。
3)为减小土方开挖的基坑暴露时间,各层土方开挖和结构施工的分块面积可相对减小,这样可以缩短每块的挖土和结构施工时间,从而使围护结构的变形减小,保证基坑安全。
4)若开挖分层下为地下结构楼板,应结合楼板施工缝位置进行开挖分块,以出土口为中心,进行对称开挖。
5)若开挖分层下为支撑结构,应结合支撑分布间距,进行相应分块,以出土口为中心,进行对称开挖。每块土方开挖完成后,限时进行支撑施工。
6)为最大限度减小围护结构的变形,确保基坑及周边建构筑物安全,采取抽条土方开挖方式,抽条宽度约等于横向支撑梁间距。
7)分块开挖和抽条开挖均遵循对称开挖的原则。
8)若开挖分层下为基础底板,应结合后浇带位置进行分块,以出土口为中心,进行对称开挖。
整个土方开挖过程必须严格按照设计分块、分层、抽条、对称及开挖顺序执行,不得随意更改。开挖顺序应遵循平衡对称的原则,以有效控制基坑变形。
需要注意的是,在土方开挖和运输过程中,应派专人在开挖作业面和运输路线上指挥,以防止开挖机械破坏钢格构柱和降水井,防止运输车辆破坏已施主体结构。
3 工程实例
无锡市综合交通枢纽项目地铁1号线车站及3号线车站均为狭长形深基坑,地铁1号线和3号线垂直交叉穿过,其中1号线车站基坑挖深21.3m,3号线车站挖深14.5m,属于典型的软土地区深基坑,基坑周边有市政交通要道,城际铁路站房、沪宁高铁线等重要设施,该工程隶属于无锡综合交通枢纽工程,无锡综合交通枢纽工程基坑挖深11.4m,两工程基坑相通,周边环境复杂,对地铁基坑施工的安全性要求非常苛刻。
该工程采用复杂环境下逆作法施工地铁车站狭长形深基坑土方开盖挖施工工法(其中1号线车站基坑采用台阶式纵向开挖法,3号线车站基坑采用分块、分层、抽条、对称横向开挖法),实践表明效果良好,充分保证了基坑和周边建(构)筑物的安全,满足了地铁1号线及3号线盾构及时出洞(本工程地铁车站设置有盾构掉头井)的工期要求,具有重大的社会效益。
4 结语
针对盖挖车站深基坑的特点,探索了适用于盖挖顺作基坑的台阶式纵向开挖法以及适用于盖挖逆作基坑的分块、分层、抽条、对称横向开挖法,总结了两种盖挖车站土方开挖方法的特点以及施工要点。两种盖挖车站深基坑土方的开挖方法不仅有利于基坑工程的变形控制和周边环境保护,同时可以显著提高盖挖条件下基坑土方开挖效率。针对于盖挖车站深基坑的土方的两种开挖方法在无锡综合交通枢纽工程基坑工程成功应用,取得了显著的经济和社会效益。
[2]李选栋.盖挖顺作法在京广北路隧道设计与施工中的应用[J].城市道桥与防洪,2013(8):240-242,395.
[3]席鹏,曹得占.大型基坑开挖对地铁车站基坑影响的数值仿真分析[J].土工基础,2017,31(2):183-187,196.
[4]张磊,李雨润,王小燕,等.地铁车站超深基坑开挖施工监测与数值模拟[J].施工技术,2018,47(3):72-76,92.
[5]李金华,宋涛,朱海西,等.南宁地铁2号线车站深基坑开挖变形规律研究[J].施工技术,2017,46(19):32-35.
[6]许昭.天津体育中心地铁站深基坑施工对周边环境的影响研究[J].施工技术,2017,46(9):63-66.