深基坑开挖支护施工方法的探讨与研究
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【摘要】：近年来随着国家加大基础设施的投资力度，铁路建设市场迎来新的发展机遇，许多城市的火车站需进行扩能改造，由于这些车站大多位于城市的中心，发展的空间基本固定，这就要求设计单位在考虑火车站功能加强、设施完善的同时还必须向上、向下要求更多的发展空间，因此大型地下候车厅、旅客地道、大型路堑应运而生。大型的深基坑开挖工程也随之产生，随着深基坑工程的增多，深基坑开挖过程中产成的事故也越来越多，本文主要对深基坑开挖支护的施工方法进行探讨研究，以更好地解决施工中存在的问题。
【关键词】：深基坑；基坑支护；基坑降水、基坑变形；观测方法
封闭式路堑U型槽结构是一种较新的结构形式，一般适用于地下水渗透系数大于5 m／d的含水地层及某些特殊原因不允许降低地下水的路堑。但是目前对于这种结构尤其是其底板的计算还未见公认的最优方法，也没有相应的设计规范，如果对深基坑开挖组织不好，定会给人身安全带来威胁，因此加强对深基坑的研究和探讨十分必要。本文结合天津站改扩建封闭式路堑工程，对深基坑开挖施工中常出现的问题加以探讨。
一、选择合理的施工方法
深基坑工程是指包括基坑开挖、降水和支护结构设计、施工在内的总称。
1)、根据基坑工程设计所选定的主要施工参数，按基坑规模、几何尺寸、支撑形式、开挖深度和地基加固条件，提出详细的可操作的开挖与支撑的施工程序及施工参数。按分层、分步、对称、平衡的原则制定开挖与支撑的施工工序和施工参数。最主要的施工参数是分层开挖的层数、每层开挖深度以及每层开挖中基坑挡墙被动区土体开挖后、挡墙未支撑前的暴露时间和暴露的宽度及高度。2)、严格按选定的施工程序和施工参数施工，使复杂多变的施工因素变为较明确而有规律性的施工因素，其引发的时空效应也能较符合设计预期的要求。如在长条形车站深基坑中，基坑开挖和支撑的施工技术要点是：按一定长度分段开挖和浇筑结构，在每段开挖中再分层、每层分小段地开挖和支撑，随挖随撑，施加支撑预应力，完成每小段的开挖和支撑的施工时间限制在一定范围之内。再如在不规则的大型高层建筑地下室的基坑施工中，采用分层盆式开挖法，在每一层先挖中间部分并安装或浇筑此范围的支撑，而后将各根支撑两端所留支承挡墙的土堤，分步、对称地挖除并立即安装或浇筑其间顶住挡墙的部分支撑。
二、深基坑支护综合处理
所谓基坑支护综合处理就是根据基础各部位开挖深度的不同，采取了不同的临时支顶斜撑和加强被动区措施，同时采用挖土卸荷、轻型井点降水及回灌等技术，达到了施工周期短、投资少和保证基坑及周边建筑安全的目的。在深基坑支护处理时需要掌握以下原则：1)确保基坑支护结构在基础施工过程中安全可靠。2)避免因基坑周围土体变形和降水不当，造成邻近建筑、道路和地下管线的不均匀沉降。3)便于施工操作。依据这些原则，科学合理地确定基坑支护综合处理方案。
1、项目概况
天津站改扩建封闭式路堑工程位于天津西站至天津站地下直径线的隧道出口处，天津站高速车场的西咽喉。基坑长355m，基坑深9.72～2.4m，基坑宽21.1～47.87m。根据基坑不同宽度，分别采用钻孔灌注桩、格栅型搅拌桩（重力式挡土墙）进行支护，基坑最宽部分采用放坡开挖法，边坡坡率1：1，边坡采用C15混凝土喷抹。钻孔桩外侧为止水帷幕桩，基坑采用钢管内支撑体系，冠梁及钻孔桩两侧设置三道钢管支撑（采用φ600钢管， t=16mm，水平间距3.0m。）基坑中间设格构柱，以减小管承跨度。格构柱间距为6.0m，柱之间用钢联系梁连接，钢管支撑部位设置腰梁。
2、开挖支护方案
（1）土方开挖施工
以时空效应理论为指导，采取“中心槽”方式开挖，在开挖过程中遵循“快开挖、快支护、严治水、勤量测、分层分段、撑挖结合”的原则进行，及时支撑，准确施加预应力，严格按设计要求施工，充分利用土体本身的自稳自抗能力，尽量减少基坑位移及地表不均匀沉降，从而减少周围建筑物倾斜、开裂的可能，保证基坑安全。
基坑纵向开挖顺序由基坑中部向南北双向推进开挖。横向开挖顺序先挖中心后挖两侧的“中心槽”方式开挖。
基坑内部最深处三道钢支撑，按照先挖后撑的原则开挖，基坑土方分成三步开挖完成。
直撑地段开挖时分层、分步进行，每层土体的开挖深度4米。为保证机械的安全操作空间下，充分利用土体本身的自稳自抗能力，基坑开挖后及时进行支撑安装，减少围护墙的位移。。
斜撑地段开挖遵循先支撑后开挖的原则。斜撑部分土方开挖时按照支撑高度分成三层，分层线以支撑底平面为准。斜撑处土方与直撑地段土方需同步进行，利用直撑地段土方作为本段机械操作平台。开挖出的土方由挖掘机倒运至直撑段挖土平台上，由直撑段机械运走。 根据每层开挖土体位置，在开挖第一层时采用1.5m3挖掘机，快速进行挖土；在开挖最下层土体时，为避免碰撞支撑；采用小型挖掘机取土，形成立体开挖作业，缩短挖土时间。
（2）、钢支撑安装流程
支撑杆件设计 支撑杆件预制支撑杆件运输支撑加腰梁吊安支撑钢管支撑吊安施工钢管支撑预应力钢管支撑
三、 深基坑施工中的地下水处理
1)止水法，即通过有效手段，在基坑周围形成止水帷幕，将地下水止于基坑之外；2)排水法，即将基坑范围内地表水与地下水排除，如明沟排水、井点降水等。3）在抽水井和被保护建筑物之间设一排注水井，在抽水的同时通过注水井向地下注水，二者共同作用使基坑周围被保护地域实际地下水位保持不变或变化在允许的范围内。
在具体施工中，除了把握好成孔、安设井管、填充滤料、洗井、安设水泵等重要环节外，还要特别注意以下问题：1)基坑内井点应同时抽水，使水位差控制在要求范围内。2)加强水位监测，水位差过大时，应立即采取补救措施，如设置回灌井点等。3)防止排出的地下水回渗而流入基坑。4)潜水泵在运行时要注意检查电缆线是否和井壁相碰，以防磨损后水沿电缆芯渗入电动机内。5)位于基坑内的深井井点，由于井管较长，挖土至一定深度后，井管应于附近的支护结构支撑或立柱等连接，予以固定。6)当基坑底部有不透水层时，为排除上层地下水，可采用砂井配合深井降水。7)井管使用完毕拔出。
四、 深基坑开挖施工中的变形控制
深基坑施工的风险主要与深基坑施工中的变形控制有关。变形控制已成为深基坑施工中考虑的主要因素。特别是开挖阶段变形控制应是深基坑变形控制的重点。基坑开挖是一个土体应力释放过程，此过程打破了原有地层的应力平衡体系，扰动后的土体进一步流变和固结。在开挖阶段主要加强对无支撑暴露变形和有支撑暴露变形控制。1)无支撑暴露变形控制，主要通过控制其施工参数，如开挖空间尺寸、开挖时间、支撑时间、支撑轴力等等。并根据设计要求和实际施工条件确定施工工艺：考虑施工机械及施工技术条件、土体加固情况等。2)有支撑暴露变形控制，围护结构有支撑暴露时间指维护结构在一层土体开挖、支撑完毕至下一层土体开挖之间的一段时间。其变形主要与暴露时间、开挖深度、支撑轴力及加固情况有关。
本项目中，围护结构变形观测主要进行：①深层土体位移监测；②角撑、对撑的水平和垂直位移以及钢筋轴力监测；③支撑立柱沉降监测。
相邻环境观测主要进行：①基坑临近房屋的沉降监测；② 临近地下管线沉降监测；③临近街道的水平位移监测；④地下水位监测。
五、结束语
综上所述，对深基坑开挖施工方法的研究，可以说方法很多，深浅不一。但都要做好开挖的前期准备、施工方法和特殊问题的处理等方面的工作。只有这样才能确保施工安全，提高工程质量，缩短施工时间，产生最大的经济与社会效益。
参考文献
[1] 陈忠汉，黄书秩，程丽萍．深基坑工程(第二版)[M]．北
京：机械工业出版社，2003．
[2] 岩土工程手册编委会．岩土工程手册[M]．北京：中国建
筑工业出版社，1994．
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