0 引言

　　随着城市的快速发展，地下空间逐渐成为解决城市交通拥挤问题的主要途径，于是出现了大量的基坑工程。而地铁车站基坑工程是其中重要的一部分，所以对基坑施工技术和符合实际的出土方案研究有着非常重要的实际价值。杨志银等^[1]指出了宝吉工业区改造等7个典型基坑工程实例在基坑规模、深度等方面的特点，基本代表了深圳地区基坑工程的最新技术水平;吴锋波等^[2]根据开挖的深度和地层条件，将北京市80个实测基坑工程开挖的方法统计分析，对该地区深基坑开挖引起的周围地表变形进行研究;杨育文等^[3]介绍了基坑案例的推理技术和具体的实施过程，并对其应用前景进行了预测;郑刚等^[4]基于天津站地下换乘中心工程2标段基坑工程，研究地下连续墙水平位移在开挖过程中的变形规律;史庆涛^[5]基于南京青奥轴线地下工程采用的直立开挖形式，介绍了工程开挖方案和相关措施。此外，还有众多专家学者做了大量关于地铁车站不同形式基坑出土方法的研究^[6,7,8]。

　　本文以石家庄地铁1号线和3号线的换乘站中山广场站为背景，深入分析了该盖挖逆作车站主体基坑开挖过程中的难点问题，提出了联合盖挖逆作法和明挖作业的施工出土技术方案并付诸实践。

　　1 工程概况

　　中山广场站为地铁1号线与3号线换乘车站，设计为T形换乘，主要采用盖挖逆作法施工。其中3号线地下3层和1号线地下2层之间设联络线采用明挖法施工。车站纵向坡度为+2‰，覆土厚度为3～3.5m，采用三跨三层矩形钢筋混凝土框架结构。1号线和3号线结构标准段总宽度23.1m，高13.89m，采用双柱三跨双层矩形钢筋混凝土框架结构。

　　本区间中山广场站所在地层由上至下依次为:杂填土层、黄土状粉质黏土层、粉细砂层、中砂层、粉质黏土层、中粗砂层。场区内无地表水分布，主要含水层为砂土、卵砾石土。根据新百广场站预设的观测孔水位记录情况，可知地下水埋深约为39.1～40.4m。地质剖面及土层物理学参数如图1和表1所示。

　　图1 中山广场站地质分层情况  

　　表1 中山广场站土层物理学参数  

　　2 施工重、难点及区域部署

　　2.1 主体基坑施工重、难点控制

　　2.1.1 主体基坑施工重点

　　1)中山广场站东南侧为中山广场(城市绿地)。东北角为新百广场新百家电城，距车站主体结构分别为18.27m和7.58m;西南角部分区域为空地;西北角为世纪大饭店，距车站主体结构约26.1m;西南侧为河北省土地管理局，距车站主体结构约24.01m，中国银行石家庄永安办事处与车站的主体结构距离为20.38，保艺大厦距车站主体结构约24.39m。在施工期间能否进行很好的交通调疏以保证工期目标的实现是本工程的重点之一。

　　2)中山广场站的土方主要利用联络线双向下入到1,3号线，主体作为出土马道。由于基坑为深基坑，且具有出土量大、施工周期较长的特点，还面临工期处于雨季时间较长的问题，如何保证联络线出土通道正常排水、施工道路畅通是本工程的重点。

　　3)中山广场站所处地层土质主要为粉细砂层，该土层自稳能力差，易发生安全事故，因而涉及的基坑底部地层改良也是本工程重点。

　　2.1.2 主体施工难点

　　出土量大、工期紧、交通导改次数多以及基坑开挖受管线及交通导改的限制较多是本车站主体基坑施工的难点。本车站为框架结构，开挖深度约为17～27m，毗邻现有建筑物和地下管道线路多，基坑特殊部位的宽度在施工段变化，受力复杂。

　　2.2 施工区域部署

　　车站主体分为6个区域:1号区域为地铁1号线西侧73m处、2号区域为换乘节点处、3号域区为1号线东侧167m处、4号区域为3号线230m处，均采用盖挖逆作法;5号区域(商业开发区)和6号区域(联络线)采用明挖法施工，如图2所示。

　　图2 基坑区域划分 

　　1号线车站东侧(中华大街以东)以及3号线地下1,2层主体结构出土采用斜坡道;1号线车站西侧(中华大街以西)地下1层采用皮带输送机出土，地下2层以及3号线车站地下3层主体结构出土采用竖井的方法。

　　3 开挖及出土施工顺序

　　在车站备用空间内设置斜坡道。车站主体结构施工期间，利用斜坡道开挖车站内部土体，将施工材料运送至施工场地。斜坡道纵向坡度为10%，分3次形成，第1次开挖至车站顶板以下3m，第2次开挖至地下1层底板底，第3次开挖至地下1层底板以下3.5m，完成车站地下1层及地下2层的土体开挖及主体结构施工。施工完毕后采用片石混凝土回填地下1层底板以下斜坡道。在斜坡道交汇处设置4m宽错车平台，方便施工车辆运输材料。

　　1号线小里程端(与盾构区间交界处)设竖井和皮带输送机，尺寸为8.6m×4.5m。竖井开挖至地下1层底时开始地下1层出土，出土采用皮带输送机，待做完地下1层底板、侧墙后竖井继续下挖至地下2层底，出土使用门式起重机吊出。在3号线主体与车站备用空间及4号风道交界处设置4个竖井，均为临时结构，在开挖3号线车站地下3层土体及施工地下3层主体结构期间使用，施工顺序同1号线小里程端(与盾构区间交界处)，竖井出土完毕后需进行回填。

　　3.1 盖挖法开挖及出土顺序

　　1)1号线车站东侧(中华大街以东)以及3号线地下1层主体结构出土开挖车站备用空间2m内土体，利用斜坡道开挖顶板以下3m范围内土体，由车站两端向侧向开口位置倒退开挖至地下1层底，同时绑扎地下1层底板钢筋。

　　2)1号线车站东侧(中华大街以东)以及3号线的地下2层主体结构出土当底板达到设计要求之后，当地下1层底板达到设计强度后，可利用斜坡道开挖中板下3.5m土体，由车站两端向侧向开口位置倒退开挖至地下2层底，同时绑扎地下2层底板钢筋。

　　3)1号线西侧、3号线地下3层采用竖井的方法出土，出土设备采用门式起重机。将斜坡道回填至地下1层，施工竖井，开挖地下3层土体，同时开挖联络线土体。

　　4)换乘节点施工1号线地下1层和地下2层土方从各层的马道口出土，地下3层的土方通过盾构井的盖板预留口提升至地下1层，再通过地下1层的马道口出土。

　　5)1号线西南竖井及斜坡道出土按照局指挥部既定中山广场站一期工程节点工期安排，结合现场实际，1号线西南设置1个竖井及1个斜坡道出土口，支护形式均采用围护结构加钢支撑。车站钢支撑采用分段分部施工，开挖至钢支撑轴线标高以下1m后进行该排基坑防护(钢支撑支护及桩间喷锚)施工，最后再进行下层土方开挖。如此循环直至开挖至基坑底部。每次挖掘至距离腰梁约50cm时，预留出钢支撑的轴线位置，进行钢支撑以及钢腰梁施工。

　　3.2 施工准备

　　1)将安全栏杆和踢脚挡板等设施设置在基坑四周，并检验其可靠性。

　　2)在施工现场和基坑周围提供充足的照明。

　　3)基坑周围严禁堆放杂乱物。

　　4)施工现场应有足够的钢支架用于2个施工坑使用。

　　5)千斤顶压力设备和压力表应进行校准。

　　6)在施工前确认地下管线的拆移已经全部完成。

　　7)应对工区周围的构筑物、管线等进行确认。

　　8)应在城市排水管道周围设置与排水管道相连的城市排水管道。

　　9)钻孔桩和桩顶的支撑结构达到设计标准。

　　3.3 竖井及斜坡道开挖方法

　　开挖时为保证本车站基坑的施工进度、质量和安全，采用机械开挖为主的开挖方式，人工挖土配合进行修边平坡。

　　采用分段、分层开挖，第1层开挖长度不应超过12m，其余各层开挖长度≤6m。经4次开挖可至基坑底部，第4层经过第3道支撑安装后，用小型挖掘机开挖至基坑底部。

　　挖掘机开挖时，顶层可以直接挖装，然后自卸车外运;2～4层则将土方倒运至顶层，之后再运至指定的弃碴场。开挖顺序呈阶梯状放坡挖掘。

　　封闭结构完成后，才能进行土方开挖，支撑安装也同样如此。基坑开挖如图3所示。

　　图3 基坑土层分层开挖示意 

　　3.4 盖挖逆作法施工工艺流程及出口设置

　　以1号线车站东侧(中华大街以东)及3号线地下1层主体结构施工为例，工艺流程如下:地下挡土墙及钢柱→屋顶开挖、地板的顶部建模、屋面结构的防水层和保护层→回填、恢复道路→车站大厅的挖掘及结构施作→站台层土方及机构施作。

　　将出土口均匀分布于车站东侧，距离控制在20m以内，出土口的面积为120m²。

　　3.5 明挖法开挖及出土顺序

　　施工区域内的风亭、出入口、联络线及商业开发区全部采用明挖法进行施工。

　　3.5.1 联络线开挖

　　1)主要施工内容

　　联络线围护结构施工期间，利用斜坡道开挖车站内部土体及进料。斜坡道分3次形成，第1次从小里程端以10%坡度向下开挖至标高+61.780m，出1号线地下1层土方;第2次从LIDK0+190处以11%向下坡度向大里程端开挖至标高+54.000m，出1号线地下2层土方;第3次从LIDK0+2000处以11%向下坡度向小里程开挖至标高+47.851m，出3号线地下3层土方。

　　2)支撑形式

　　联络线范围内的支撑形式有钢支撑和锚索两种形式，内侧桩以下从里程LIDK0+64.598—LIDK0+200.00之间设钢支撑，其余均设锚索。开挖施工期间，挡土墙的外侧沿竖井竖向设置3根锚杆，3道609钢支撑;内侧桩冠梁以上采用两级放坡施工，在冠梁下方，3个钢支架沿着基坑垂直布置。

　　3.5.2 出入口及风亭商业开发区附属结构开挖

　　1)附属结构开挖边坡的坡度应根据不同的地质条件来选择开挖期间的安全边坡。设计要求必须分段、分区、分层、对称开挖，每层≤3m，边开挖边支护。在开挖过程中，应在斜坡顶部设置截流沟和挡土堤，以防止地表水对坡面进行冲刷，触发基坑塌陷事故;机械挖掘施工时，每层应预留约200～300mm厚，以备再挖掘和找平。

　　其中4号风亭及A出入口附属结构基坑先开挖，基坑西侧3号线车站主体结构及东侧华润万象城后施工，保证基坑施工安全。基坑开挖断面如图4所示。

　　图4 开挖步序 

　　2)支撑形式支撑采用围护桩+钢支撑形式。第1道钢支撑设置在附属结构的围护桩冠梁上，第2,3道的支撑沿基坑竖向布置。支撑的安装与拆除和设计施工步骤必须一致。腰梁和支撑结构安装后，经确认各节点符合要求后，方可施加预应力;预应力达到设计值且稳定后锁定，与纵向联系梁连接，方可继续向下开挖。

　　基坑开挖时应进行分层。纵向分层是基于预先定义的结构诱导裂缝(施工缝)进行，大约每25～30m设置1个挖掘段;降低纵坡高度，第2个支撑上的土方开挖完成后，进行放坡开挖;根据“先支后挖，后挖支撑，对称开采”的原则，严格按照设计前的条件执行;采用盆式挖土法，即在基坑的中间先挖槽，两边预留出约3m宽的被动土。在第2,3个钢支撑段的挖掘过程中，每个部分宽度不应大于6m，并在10h以内完成，安装钢支撑的时间控制在8h内。斜撑的安装控制在12h内。在第4个支撑及以下的土层开挖中，每段土体长度不应超过3m，控制在8h内挖完，同时安装钢支撑，斜撑也在12h内安装完成，并施加预应力。当挖掘至基坑底部设计高程后，垫层应沿砌块长度10～12m进行分块浇筑，这样可以充分发挥垫层在基坑变形中的作用，并可在7d以内完成底板结构安装。

　　主体车站建成后，施工现场实测数据显示地下连续墙和垂直柱的最大沉降值分别为10.57mm和9.33mm，远小于设计时要求的15mm;垂直柱与地下连续墙的差异沉降为3mm，满足设计要求。

　　4 工期对比

　　依据石家庄市轨道交通3号线第一期中山广场站主体施工进度可以看出，由于采用了联合盖挖逆作法和明挖作业的出土方案，工程进度明显加快、工期缩短，具体情况如表2所示。

　　表2 施工工期对比 

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　　5 结语

　　经过1年多的探索和实施，石家庄中山广场换乘站地铁车站主体结构顺利施工完成，在考虑不同的地质条件、交通情况及周围建筑物分布的情况下，分为不同的工作区域，采用明挖、暗挖相结合的施工方法，使得整个基坑施工不仅将对交通及周围建筑物的影响降到最低，并且各后续工艺也得到了不同程度的优化，主体工程提前完成。