城市地铁基坑开挖与支护施工技术

城市地铁基坑开挖与支护施工技术

王锋 张志伟 耿味

中建三局集团有限公司  陕西 西安 710075

[摘要]本文结合城市地铁基坑开挖实际工程施工情况，详细介绍了地铁开挖与支护施工技术控制。

[关键词] 车站；钻孔桩；；喷射混凝土；支护；格构梁

1、概况

地铁车站延南三环东西向布置车站设置施工竖井三座，分别为1#风亭兼做施工竖井、2#出入口垂直电梯井兼做施工竖井、3#风亭兼做施工竖井。1#风亭兼做施工竖井位于车站西南侧，井口尺寸15.4m*10.3m，基坑开挖深度42.32m，支护型式采用围护桩，主体结构采用逆筑法施工，此竖井为车站西端头施工竖井，由竖井进入横通道后向东开挖车站正洞。竖井施工场地紧邻南三环现状边坡布置，北低南高，高差达6m，桩基外侧采用桩板墙支护，南侧坡面采用1:1放坡开挖+锚杆格构梁防护。2#出入口垂直电梯井兼做施工竖井位于车站西北侧，井口尺寸7.6m*16.2m，基坑开挖深度38.56m，支护形式采用为围护桩+预制混凝土支撑+桩间网喷护壁，此竖井为车站中心里程处施工竖井，由竖井进入横通道后向东西两侧开挖车站正洞。2#竖井支护采用1:1放坡开挖+双排隔离桩+锚杆格构梁支护。

2、工程地质

结合本区段的区域地层特性，划分岩层，由上自下分别为：1-1杂填土、1-2素填土、3-1-1新黄土、3-2古土壤、4-1-1老黄土（水上）、4-2-1古土壤。本区间地基土稳定性较好。

3、施工工艺

1.钻孔灌注桩施工

车站附属2个出入口和3组风亭围护桩设计均为钻孔灌注桩，施工拟采用旋挖法干成孔，导管法灌注混凝土，桩身混凝土都采用C40商品混凝土。围护桩施工过程中考虑桩位外放15cm，防止因施工误差导致围护结构侵限。

1.1施工方法

（1）施工准备

围护结构施工前，应首先做好桩位地下管线调查，地表以下2m范围人工开挖探槽，6m采用洛阳铲探查，探孔间距30*30cm，梅花型布设。

（2）测量放线

场地平整完成后，测量队根据设计图纸进行放线，考虑施工误差、桩体变形、防水层厚度及自身施工经验等确定围护桩外放尺寸为15cm。

（3）护筒埋设

钢护筒采用厚4～6mm的钢板制作，一般钢护筒的内径应大于钻头直径，护筒的直径比孔直径大100mm～150mm，根据施工现场经验，一般情况下钢护筒高出施工地面30cm。钢护筒吊放进孔内，找出钢护筒的圆心位置，用十字线在钢护筒顶部或底部，然后移动钢护筒，使钢护筒中心与钻机钻孔中心位置重合。同时用水平尺或垂球检查，使钢护筒坚直。

（3）钻进成孔

钻孔灌注桩采取“隔三打一”的方式施做，施做钻孔灌注桩的顺序为 1→1→1→2→2→2→3→3→3→4→4→4，具体参见图4-2所示。钻进过程中，必须准确控制钻进参数，以免扰动孔壁，引起塌孔、扩孔或卡钻等事故；在钻进过程中需不断检查、调整垂直度。成孔完成后对孔深、孔径、垂直度等进行检测验收，并及时下放钢筋笼，并浇灌混凝土，防止凉孔时间过长塌孔。

（4）渣土堆放

由于围护桩施工均位于边坡上部成孔后的渣土自边坡甩下，临时堆放于边坡坡脚处，渣土采用防尘网覆盖，避免对环境造成污染。待具备出土条件后，外运至指定弃土场。  

（5）钢筋笼制作

钢筋笼在加工厂内加工，加工尺寸严格按设计图纸及规范要求进行控制，验收合格后采用运输车将钢筋笼运至现场安装。钢筋主筋采用机械连接，内箍圈采用单面搭接焊连接，主筋与箍筋点焊连接。钢筋笼主筋下端应向内弯转，以防吊装时碰撞孔壁。钢筋笼采用焊接搭接时，单面焊缝长度10d，同一断面接头不超过50%。

（6）钢筋笼吊放

根据现场实际情况采用不同吨位吊车下放钢筋笼，人工辅助起吊、对准及下放。报检合格的钢筋笼通过运送至桩位附近，保持与汽车吊吊臂呈90度夹角。吊装采用三点起吊的方法，即汽车吊主钩与副钩相互配合，第一吊点设在骨架的上部，使用主钩起吊。

（7）导管安装

钢筋笼吊装完成后，进行混凝土灌注导管安装。采用Ф250mm导管，导管间用丝扣联结牢固。导管安装时要调整吊机吊钩位置，使导管尽量置于孔的中间，缓慢下放导管，避免碰撞钢筋笼，严禁猛起猛落，确保管内混凝土畅通。导管下口与孔底保留30～50cm左右。导管在使用前及灌注4～6根桩后，要检查导管及其接头的密闭性，确保密封良好。

（8）混凝土灌注

灌注桩混凝土采用商品混凝土，应具备良好的和易性。灌注首批混凝土量应使导管埋入混凝土中深度不小于1.0m。首批混凝土灌注正常后，应连续不断灌注，灌注过程中应用测锤测探混凝土面高度，推算导管下端埋入混凝土深度，并做好记录，正确指导导管的提升和拆除。混凝土应连续灌注至设计标高以上0.5m，灌注过程中导管埋深宜为2～6m，严禁导管提出混凝土面。

2.格构柱的施工

车站1#竖井采用逆筑法，灌注桩间挡土采用挂网喷射混凝土，桩顶设置钢筋混凝土冠梁，基坑内设置格构柱四根，钢格构柱下采用钻孔灌注桩，外加东、西、北三侧冠梁与主体侧墙连为整体，共同承受施工过程中侧墙的自重。格构柱从冠梁底直至基坑底，坑底立柱桩深入基坑

20m，我标段格构柱主要包括钢立柱和立柱桩两部分，上部钢立柱为钢构件，下部立柱桩为钢筋混凝土钻孔灌注桩基础，施工工艺如下：

钻架定位→钻孔→测孔深→安放钢筋笼→固定安放格构柱→下导管→测孔深（合格后）→灌注砼→钻机移位

1、立柱桩施工

（1）测量控制方法

根据施工图纸及现场导线控制点，使用全站仪测定桩位，根据地质情况直接定点或打入木桩定点，并以“十字交叉法”引到四周作好护桩点。

2、护筒埋设

据桩位标志，开挖护筒孔，护筒直径比设计孔径大20cm，护筒高度不小于1.8m。放入护筒后，护筒孔坑内再次精放桩位点，吊线锤校验垂直度，校正护筒位置和垂直度并固定，护筒与坑壁之间用粘性土夯填实，确保护筒位置的持久准确及稳定。

3、钻进成孔

成孔开始前应充分做好准备工作，施工过程应做好施工原始记录。钻机定位时要求钻机安装稳固、周正、水平、安全可靠，确保在施工中不发生倾斜、移动。保证钻塔滑轮槽缘、锤头中心和桩孔中心三者在同一铅垂线上，并且锤头中心与桩孔中心偏差不大于20mm，确保钻孔的垂直度与桩位偏差满足设计与规范要求。

每钻进深度4～5m验孔一次，在更换钻头前或容易缩孔处均应验孔。

4、钢筋笼制作及吊放

在钻机钻孔的同时，钢筋笼在现场加工制作，钢筋笼制作所用的钢筋规格、数量及焊接制作的质量要求和有关规范要求进行，钢筋笼制作偏差应严格控制在允许偏差范围内。钢筋笼制作成形后，应会同监理人员进行验收。

（1）格构柱制作技术要点

格构柱采用在场外钢构加工厂加工制作，原材料进场首先审查质量合格证明文件并对材料的外观进行检查验收，合格后准予制作。对制作完成的格构柱依据《钢结构工程施工验收规范》GB50205-2012及设计要求进行验收合格后方允许进场进行安装。

格构柱间对接焊接时接头应错开，保证同一截面的角钢接头不超过50％，相邻角钢错开位置不小于50cm。角钢接头在焊缝位置角钢内侧采用同材料短角钢进行补强。

（2）格构柱吊放安装

格构柱采用一台50T吊机进行吊放，吊点位于格构柱上部。

格构柱固定采用钢筋笼部分主筋上部弯起，与格构柱缀板及角钢焊接固定，固定时格构柱必须居于钢筋笼正中心。焊接过程中，吊车始终吊住格构柱，避免其受力。

型钢中桩吊放时应精确定位，要求型钢中桩中心线与桩位中心线误差≤±5mm，垂直度偏差≤L/300且≤15mm。

（3）混凝土浇筑

本工程灌注桩砼采用C35，导管选用Ф250，施工前进行封密性检查，导管应离孔底30至50cm为宜。当砼浇至钢筋笼底部时，应放慢砼入管速度，减小砼上升顶力对钢筋笼作用，达到控制钢筋笼上浮的目的。

（4）空孔回填

立柱桩砼浇注完后，需要及时进行桩孔回填，回填之前桩孔周围作好安全措施，回填材料采用粗沙，回填时在格构柱周边均匀回填，避免回填不平衡对格构柱造成挤偏，回填一定要密实。

（5）格构柱定位、固定与吊装

由于现场场地标高与立柱顶标高。立柱安装后无法在顶端进行固定，为保证立柱的垂直度，格构柱安装工程质量控制工序如下：

确定定位点→定位器就位→格构柱就位→格构柱与钢筋笼焊接→垂直度控制→（导向架）格构柱定位→垂直度复测→下导管

1）确定定位点：格构柱桩钻孔完成后，测量员计算好格构柱四边中点延长线四个坐标点，然后进行放线，定位偏差小于10mm。钢筋笼下落至孔口位置时用型钢进行固定，将格构柱吊至钢筋笼内进行加固连接；格构柱吊至孔口位置时，用型钢固定，用螺栓与导柱进行连接。

2）格构柱吊装就位：将吊起的格构柱缓慢放入钢筋笼内，格构柱进入桩顶3m，尽量避免碰撞钢筋笼。

3）格构柱与钢筋笼焊接：

在格构柱每边的钢筋笼主筋上各焊接1根Φ16水平钢筋，距格构柱每边有20—30mm的活动量，使格构柱位于钢筋笼中间，保证格构柱各面与钢筋笼间距均匀，以便吊装后能对格构柱位置进行微量调整，使其位置准确柱身铅垂。

3.冠梁及挡土墙施工

车站在围护桩顶基坑四周及隔离桩施工段落连续设置三种类型冠梁尺寸：1000×1500mm 、1000×1800mm及1000×4800mm钢筋混凝土冠梁。其中1000×1500mm冠梁主筋为： HRB400Φ20的钢筋上、下各9根，HRB400Φ25的两侧腰筋各8根，箍筋为：HPB300Φ14间距@200，混凝土强度等级C35，保护层厚度35mm。

3.1施工方法

（1）冠梁沟槽开挖

沿冠梁中线开挖沟槽至冠梁底标高，开挖深度1.5m以内，采用垂直不放坡开挖；开挖深度超过1.5m，采用放坡或带支撑开挖，坡比1:0.5，沟槽支护时，沿开挖沟槽每2米设置一道支撑，支撑采用5cm厚、20cm宽的木板两侧防护、中间选用上下两道10×10cm方木对撑。沟槽开挖后可在沟槽底设置集水坑，将雨水收集后用水泵将其通过场地排水系统汇入市政雨水管网，以防止夏季雨水汇集造成冠梁沟槽坍塌。

（2）桩间土清理及凿桩头

沟槽开挖至冠梁底标高后人工清理桩间杂土，然后采用风镐凿除多余桩头。凿桩时先用风镐沿桩头四周将围护桩锚入冠梁主筋剥离出来，再沿水平方向在冠梁底桩体上钻眼抬断桩头后，将其吊出沟槽。桩头破除施工时，注意对外露钢筋的保护，严禁用风镐扰动钢筋，避免其产生过大弯折或破损等情况。图纸要求，围护桩桩体检测采用低应变动测法检测桩身完整性，检测数量不宜少于总桩数的20%，且不得少于10根。待施工段桩头破除完成后，按照检测比例，采用手持磨光机将桩头打磨平整以备围护桩质量检测。检测合格后方可进行下一道工序施工。

（3）模板支立

冠梁及挡土墙模板支撑系统配置：面板采用15mm厚木胶板；横向次楞选用80*80方木，间距不大于20cm；竖向主楞选用φ48×3.5mm的双钢管，间距不大于60cm。斜撑选用方木或带托撑的钢管，端部加5cm厚的木板撑在坚硬的土体上。面板接缝处贴双面胶带，接缝要求平顺无错台、严密不漏浆。

（4）施工注意事项

浇筑冠梁混凝土前，预先按设计图纸要求预埋混凝土支撑预留插筋。根据图纸要求用于基坑监测在钻孔桩内布设的测斜管等。凡有埋设均需在冠梁挡土墙混凝土浇筑前接长至挡土墙顶部。根据规范及图纸设计要求预留施工缝，混凝土接茬处必须凿毛，将浮浆及松散的石子剔除干净，下次浇筑混凝土前用高压水冲洗干净。

4.现浇混凝土腰梁及支撑施工

3#竖井采用明挖及七道混凝土支撑，冠梁支撑梁+3道预制混凝土撑+3道现浇混凝土撑，最后第五及第七道采用现浇混凝土腰梁及支撑施工。3#竖井第六、七道混凝土支撑及腰梁结构，其尺寸为1000×1200mm、1000×1000mm，与围护桩预埋的水平筋连成整体，并单独采用一道钢筋做为纵向拉结，混凝土围檩设计图详见后附图。

图2   混凝土围檩与支撑施工图

4.1工艺流程

现浇混凝土支撑及混凝土腰梁施工工艺流程。

图3 现浇混凝土支撑施工工艺流程图

4.2施工方法

（1）测量放样

在钢筋混凝土支撑混凝土浇注前，将其顶面标高放样于模板面上，以控制钢筋混凝土支撑顶面标高。待钢筋混凝土腰梁模板拆除后，检查钢筋混凝土腰梁的边线和平整度、垂直度是否符合设计及规范要求。

（2）植筋及凿桩

1）开挖基坑内土方至钢筋砼腰梁底标高处以满足施工作业面，依据建设单位、设计单位、监理单位及施工单位会议通过的相关文件。每根桩凿除围护桩保护层，将预埋套筒凿出与混凝土腰梁钢筋连接。

2）凿除腰梁吊筋位置桩保护层混凝土，依据设计文件每根桩设置一根C32，焊接连接在桩主筋上。

（3）腰梁钢筋绑扎

1）受力钢筋的接头采用焊接，焊接必须满足设计及施工规范要求。

2）施工缝的设置是确保工程质量的关键。施工缝采用钢砂网与骨架钢筋进行绑扎堵头。应特别注意的是在施工缝处受力钢筋须留足规定的钢筋搭接长度，并应相互错开，保证在同一截面上的钢筋接头不超过钢筋面积的50%。在新浇筑混凝土前，应将旧混凝土表面凿毛，并用高压水冲洗。

3）钢筋加工的形状、尺寸按图纸要求进行，所有钢筋骨架要求焊接，钢筋焊接的接头形式、焊接工艺和质量验收，符合图纸设计和国家现行标准的有关规定。焊接长度：单面焊≥10d，双面焊≥5d，焊缝宽度≥0.8d，焊缝高度≥0.3d。

4）钢筋设置在同一截面的焊接接头应相互错开，在任一焊接接头错开长度不小于35d（d为钢筋直径），且在不小于500mm的区段内，同一钢筋不得有两个接头，在该区段内有接头的受力钢筋截面面积占受力钢筋总面积的百分率为受拉区不宜超过50%，焊接接头距钢筋弯折处不应小于钢筋直径的10倍，且不宜位于构件的最大弯矩处。

5）钢筋绑扎时设置和腰梁同标号同强度的混凝土垫块，腰梁保护层厚度为35mm，确保钢筋保护层厚度符合设计要求。

6）钢筋绑扎完成后先由项目部质检人员进行自检，在自检合格后报监理单位验收，经验收合格后方可进行下道工序施工。

（4）模板支立

1）根据腰梁尺寸1000×1000mm及1000×1200mm，现场采用15mm厚竹胶板进行加工，模板高度为1000mm。

2）侧面模板加固采用10×10cm方木穿连接螺杆加固，每50cm设置两道，对拉螺杆采用φ12钢筋加工，长度50cm，外侧一段进行15cm车丝，内侧与钢筋焊接牢固。

3）腰梁的保护层厚度为35mm，侧模经测量放线后，在钢筋骨架上设置定位钢筋，确保钢筋保护层厚度满足设计要求。

4）混凝土浇筑

在混凝土浇筑前，检查埋件的尺寸、位置是否符合设计要求，在满足各个专业的要求后方可浇筑砼。在混凝土浇筑工程中，经常观察模板、支架、预埋件的情况，当发现有变形、移位时、应及时采取处理措施。在钢筋密度大的节点处，混凝土振捣困难的位置，加强控制其级配、加强振捣措施，以确保节点处混凝土的密实度。严格控制混凝土的内外温差，防止开裂。施工缝的位置预留在结构受力较小的便于施工部位。应特别注意的是在施工缝处受力钢筋须留足规定的钢筋搭接长度，并应相互错开，旧混凝土表面凿毛率为100%，并用高压水冲洗。

4：结语

从植物园车站施工的总体情况看来，支护施工质量严格按照施工工艺进行施工控制，提升了施工质量，为同类地铁施工提供了宝贵的施工经验。

参考文献：

[1]GB50299-1999，地下铁路工程验收规范[s].北京.中国计划出版社.1999.

作者简介：张志伟（1981-），男，高级工程师，2004年毕业内蒙古大学土木工程系，（daobo888@126.com）。

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