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1、狹長型深基坑開挖及支護施工工藝楊曉東中鐵十五局集團第一工程有限公司【摘要】結合廣深港福田站工程實例，介紹狹長型深基坑開挖支護的工作原理、施工工藝，并對基坑開挖與支撐的時空關系進行分析，確保基坑開挖的安全。可以在類似的深基坑工程中予以借鑒。【關鍵詞】基坑開挖 分層 分段 支撐體系 腰梁 鋼支撐1、工程概況廣深港客運專線ZH-4標福田站工程施工段一位于深圳市福田區市民中心廣場西側，福中路與深南大道之間，沿益田路呈南北方向布置。設計里程：DK110+963.800DK111+397.012，長度433.212 m，結構寬度16.965.86m。基坑深約32m，主體結構開挖土石方395736.6m3。2、圍護結構采用1200mm地下連續墻+4道支撐（第一道為鋼筋混凝土支撐，其余為800鋼管支撐）。主體結構為單柱雙跨至三柱四跨框架結構，結構總高28.95m，頂板覆土厚度為3.0m左右，地下一層為交通轉換層，地下二層為站廳層、地下三層為站臺層。車站北端為益田隧道出口，接盾構區間。2、土方開挖考慮“時空效應”規律，根據本工程基坑邊界形式（全深度范圍有圍護有內支撐）、基坑邊界面長度條件（狹長形），以及基坑平面尺寸條件（橫向尺寸較寬），遵循“分層、分段、分塊、對稱、平衡、限時”和“先撐后挖、限時支撐、嚴禁超挖”的原則，確定本施工段A1、A2明挖順作段土方開挖采用縱向斜面分段分層、橫向分層分塊開挖的方法。3、2.1縱向斜面分段分層根據本施工段基坑長度以及周邊交通環境情況，以DK111+171為界南區和北區分為兩個工作面分別開挖。均沿車站縱向由南向北方向推進，第一層土方（第一道鋼筋混凝土支撐底部以上土方）采取不分段連續開挖的方法，待混凝土強度達到設計要求后再開挖下層土方。對于第一道鋼筋混凝土支撐以下土方，采用多臺反鏟挖掘機接力，斜面分層分段的開挖方法，其施工參數確定如下：分層：根據內支撐豎向位置的設置情況，土方開挖共分為5層，即每層開挖至支撐梁底面高程。根據本基坑支撐間距、反鏟挖掘機的挖深能力以及防止基坑局部失穩，將第二層以下每層又分為2個亞層，具體分層情況見下表所示：基坑開挖分層一覽表分層號第1層4、第2層第3層第4層第5層2-1層2-2層3-1層3-2層4-1層4-2層5-1層5-2層層高(m)2.33.14.03.74.04.354.03.454.01.91分段：根據同道鋼支撐水平間距情況，以及考慮鋼筋砼腰梁施工時間較長等因素，分段長度確定為同層相鄰2根鋼支撐間距，即34米。斜面總坡度：根據本基坑工程地質情況，斜面總坡度確定為1：2。開挖完成后無支撐暴露時間：本基坑工程鋼支撐腰梁設計為鋼筋砼結構，進度指標難以提高，開挖完成后無支撐暴露時間確定為710天。注：在施工過程中，根據監測數據并經設計同意適當調整施工參數，減少開挖過程中的土體擾動范圍，最大限度減少坑周土體位移量和差異位移量。當分5、臺階接力開挖至分區末端后，剩余土方采用反鏟挖掘機配合龍門吊（履帶吊）+土斗垂直提升開挖。具體參見基坑開挖縱斷面示意圖2.2橫向分層分塊開挖第一步：開挖第一層土方至“第一次開挖面”，施工冠梁及第一道混凝土支撐。第二步：開挖第二層土方； 開挖第二層土方至“第二次開挖面”，施工第一道混凝土腰梁；開挖第二層土方至“第二次開挖面”，安裝第一道鋼支撐。第三步：開挖第三層土方； 開挖第三層土方至“第三次開挖面”，施工第二道混凝土腰梁；開挖第三層土方至“第三次開挖面”，安裝第二道鋼支撐。第四步：開挖第四層土方； 開挖第四層土方至“第四次開挖面”，施工第三道混凝土腰梁；開挖第四層土方至“第四次開挖面”，安裝第三6、道鋼支撐。第五步：開挖第五層土方； 開挖第五層土方至“第五次開挖面”（基底）。具體參見基坑橫向分層分塊開挖示意圖2.3土方開挖施工要求1）機械挖土施工過程中，嚴禁各種機械設備碰撞鋼支撐及臨時格構柱。2）鋼支撐安裝完成后，不得在鋼支撐上加載，人員不得攀爬鋼支撐，不得放置重物。3）隨著土方開挖深度，采用高壓水清除連續墻壁上的浮土雜質，高出結構面的部分須剔除保證結構側墻斷面尺寸，并將預埋拉結鋼筋剔出拉直。4）基坑開挖過程中還應注意及時做好降水井及基坑內集水坑的抽水；基坑周邊設置截水溝與集水井（沉淀池），防止地表水流入基坑。5）機械開挖嚴禁超挖，基底留有最少200mm厚土層人工清底。6）人工清底后，需7、及時澆筑結構底板墊層，如不能及時澆筑，應用清水霧狀噴灑保濕，但不得多噴造成集水，噴水以地基土不干裂為準，不造成擾動地基土。3、支撐體系施工本施工段明挖順作段均采用4道內支撐：第1道采用鋼筋砼支撐，支撐于地下連續墻頂冠梁；其余3道采用800mm，t=20mm鋼管支撐，支撐于鋼筋砼腰梁，其中第一、二道腰梁需拆除，第三道腰梁不拆除，基坑開挖階段作為支撐體系使用，后期作為主體結構側墻的一部分，施工時需預埋側墻及暗柱豎向主筋。3.1第一道砼支撐施工基坑第一層土方采用沿車站縱向連續開挖的方式，冠梁及第一道砼支撐隨開挖方向分段施工，冠梁施工縫預留于相鄰兩道支撐1/31/4處，并與連續墻接頭錯開，采用封口網進8、行封堵。待混凝土達到設計強度后，方可進行下層土方的開挖施工。其施工工藝見下圖所示：鑿除墻頂超灌砼、施工砼支撐地模測量放線綁扎鋼筋支立模板澆筑混凝土養護進入下一循環制作試塊試塊試驗砼拌制及運輸基坑開挖至第一次開挖面1）第一層土方開挖、連續墻頂超灌砼鑿除結合基坑土方開挖方案，南區、北區第一層土方均沿車站縱向由南向北，采用反鏟挖掘機連續開挖推進，開挖前注意做好基坑降水工作。開挖至支撐位置處時注意預留20土方人工開挖，避免對土體的擾動。冠梁處人工清除連續墻頂雜土及浮碴，同時風鎬鑿除超灌砼，施工中注意保護連續墻外伸鋼筋。2）模板砼支撐底模采用M7.5砂漿墊層，上鋪油氈隔離，施工時注意緊跟土方開挖，以避免9、暴露時間過長。冠梁及砼支撐側模采用組合鋼模板，雙層對拉螺桿+蝴蝶扣對拉加固，斜撐使用帶伸縮撐頭的48鋼管。預留施工縫處采用封口網進行封堵。3）鋼筋及砼澆筑鋼筋均在加工場下料加工，現場綁扎。混凝土由拌合站供應，汽車泵泵送入模，插入式振搗棒搗固。砼澆筑前，注意將連續墻內預埋的測斜管和應力計電纜引出，以便后期觀測用。3.2鋼支撐體系施工基坑的土方開挖和支撐體系的安裝是一個有機的、不可分割的整體施工過程，施工中須處理好開挖和支撐的關系。對于第一次開挖面以下的土方，上道支撐未架設完成不得開挖下層土方，土方分段分層開挖至開挖面后，需限時進行當前段腰梁及鋼支撐的施工。其施工工藝流程見下圖所示：第一道砼支撐達10、設計強度土方分段分層開挖支撐點測設精確調整就位鋼支撐吊裝拼接鋼支撐制備施加預應力插入并固定鋼鍥塊拆除千斤頂托架、砼腰梁及連梁施工托架、連梁加工開挖下層土方1）托架及連梁的安裝土方開挖至開挖面后，及時進行托架的安裝，托架每6米一道，采用膨脹螺栓固定在連續墻上。連梁采用I45c型鋼，每層開挖至開挖面后，將I45c型鋼縱向插入已施工的格構柱，并與格構柱焊接牢固。2）腰梁施工（1）第一、二道腰梁模板底模擬采用地模：完成托架安裝并回填夯實后，鋪設5厚M7.5水泥砂漿墊層，上鋪油氈隔離。施工中注意機械開挖至開挖面時預留20土方采用人工開挖，以避免對腰梁下地基的擾動。側模采用竹膠板+雙層1010方木，鋼支撐11、位置處預埋鋼板直接作為模板使用。斜撐使用帶伸縮撐頭的48鋼管。鋼筋及砼腰梁鋼筋采用鋼筋加工場加工制作，龍門吊（吊車）吊入基坑內安裝。混凝土采用汽車泵泵送入模，插入式振搗器振搗。（2）第三道腰梁模板底模擬采用地模：完成托架安裝并回填夯實后，鋪設20厚M7.5水泥砂漿墊層，并預埋20長套管，作為側墻和暗柱主筋預埋時伸出腰梁底面使用。施工中注意機械開挖至開挖面時預留20土方采用人工開挖，以避免對腰梁下地基的擾動。側模采用竹膠板+雙層1010方木，鋼支撐位置處預埋鋼板直接作為模板使用。斜撐使用帶伸縮撐頭的48鋼管。鋼筋及砼腰梁鋼筋采用鋼筋加工場加工制作，龍門吊（吊車）吊入基坑內安裝。側墻及暗柱豎向主筋12、預埋采用鋼管進行定位固定，并外放2，向下伸出腰梁底插入套管內，向上伸出腰梁頂保證同一截面接頭數量不超過主筋總數的50%。混凝土采用汽車泵泵送入模，插入式振搗器振搗。3）鋼支撐施工本工程鋼支撐采用800mm（t=20mm）鋼管支撐，活動端、固定端和中間節組成，各節由法蘭盤螺栓連接。（1）鋼支撐的制作本工程所需鋼支撐構配件均由項目部專業施工隊伍工廠化加工制作。（2）鋼支撐的安裝支撐安裝前按設計長度在地面進行預拼裝以檢查支撐的平直度，經檢查合格的支撐按部位進行編號。安裝施工時，根據砼支撐連梁的布置情況，首先采用吊機或龍門吊分段吊入安裝位置后再拼裝成為整體，然后精確就位，最后施加預應力完成安裝。施工注13、意事項：根據土方開挖的速度，提前配齊所需要的鋼支撐構配件，并在地面進行預拼裝，待腰梁砼達到設計強度后立即進行安裝。鋼支撐安裝就位時，應緩慢放在鋼支架及連梁上，不得有沖擊現象出現。本工程采用2臺150t千斤頂對圍護結構施加預應力，施工時兩臺千斤頂必須同步施加壓力，達到設計值后，塞緊鋼楔塊才能拆除千斤頂，并保證鋼板之間緊密接觸，以防止預應力損失。鋼支撐安裝的容許偏差：拼裝后軸線偏心：2mm安裝后軸線總偏心：5mm安裝位置：高程50mm 平面100mm預加頂力：50KN鋼支撐加力前檢查鋼支撐軸線與腰梁預埋支撐鋼板面是否垂直（固定端端頭與腰梁支撐鋼板面是否密貼）,鋼支撐活動端先加10%預應力，固定端與14、腰梁支撐鋼板接觸后若發現一邊有空隙（鋼支撐軸線與腰梁預埋支撐鋼板不垂直），立即在空隙處加入鋼板，然后再繼續施加預應力至設計值，防止偏心受壓鋼支撐彎曲。（3）支撐體系的拆除當結構底板（中板、頂板）達到設計要求的強度后，方能進行相應位置的支撐拆除。拆除時用吊車從兩端輕輕托住鋼支撐，在活絡頭處安設千斤頂施加頂力，直至鋼鍥塊松動后取出鍥塊，再逐級卸載，直到卸完，吊出鋼支撐。4、結束語本工程周圍多為高層建筑，為保證基坑開挖安全，必須嚴格按開挖方案中的“時空效應”參數施工。由于嚴格按方案施工，通過監測基坑周邊土體及建筑物，沒有出現土體沉降及建筑裂縫變形現象。筆者認為可以提高腰梁砼標號，加快鋼支撐支護的速度，減少基坑無支護暴露時間，加快開挖進度，保證施工安全。【參考文獻】1福田站車站主體圍護結構設計圖 2地下鐵道工程施工及驗收規范，GB50299-1999（2003年版）3基坑工程手冊（第二版），中國建筑工業出版社，2009.11