某地铁站工程超深基坑开挖技术探讨
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摘要：本文结合某地铁站工程超深基坑的施工特点，提出采用坡道式开挖技术,并针对该工程开挖的难点与对策、施工流程、实施方案、技术要点进行了分析，最后对实施效果和运用前景进行了总结,以供同类工程施工参考。
关键词： 深基坑坡道开挖 施工流程实施方案技术要点实施效果运用前景
1工程概况
某地铁站工程，其深基坑长111.6m、宽39.8m、深33.57m，属于超大型车站基坑。车站方案为五层明挖顺做结构，土石方量达14万方，采用地下连续墙内支撑围护结构。地下连续墙厚度1m，深度35.97～37.57m，采用国际先进的双轮铣成槽工艺；内支撑设6道钢筋砼支撑、2排钢格构中立柱、I63联系梁，支撑间距最大为7m，最小仅为3.5m。
图1 车站大型超深基坑平面图
2超深基坑坡道式开挖的难点与对策
(1)最大运输坡道的限制
运输坡道越短越陡，土方运输范围越大，但汽车爬坡越难。受基坑长度限制，土方运输车辆不能直接长坡道进入基坑。基坑内所留置的运输坡道坡度必须合适，能最大限度发挥坡道运输功能。运输坡道的设置受基坑内支撑、层高、坡长、汽车爬坡能力等因素制约，通过计算和对运输车辆爬坡能力试验，并综合考虑其他因素,确定运输坡道选取的坡度。解决技术措施如下：
①坡度范围计算。从北端基坑边至第1#对撑距离为24.7m。地面至基坑第二层底的高差为7.4m，汽车通过高度为3.5m+预留0.5m=4.0m，第一道支撑至第二道支撑底净高5.5m，能满足汽车通过要求。则坡度范围为（4+1.9）÷24.7=23.8%～（5.5+1.9）÷24.7=29.9%。
②运输车辆爬坡能力试验。选运输队容量10m3的自卸汽车，试验满载极限爬坡能力。通过试验，对坡道路面进行砼硬化、粗糙处理情况下，满载10m3的汽车，可攀爬极限坡度为29%。经过考虑预留富余量后选取26%坡度作为基坑内坡道坡度。
③坡道坡面结构。直接利用基坑内土方按设计坡度留置坡道，降水后采用重载辗压密实，填筑废砖等建筑废碴，铺设200mm厚度的C20素砼，砼坡面要求粗糙不能压光。第三、四层坡度由第二层延伸并保持相同。
(2)坑空间受力变形的控制难题
采用基坑内留置运输坡道的施工工法，为满足运输净空需要，运输坡道范围局部支撑将受运输车辆净空要求而不能及时施工，出现局部超挖（无支撑）的情况，将引起了围护结构空间受力的复杂变化。运用理正软件对该工况下局部超挖围护结构受力情况进行计算分析，对需控制连续墙变形的关键位置加设临时钢支撑。运输坡道完成后，重新补安装运输坡道范围未施工的设计支撑，拆除运输坡道范围临时钢支撑。解决的技术措施如下：
①采用基坑内留置坡道，为满足运输净空需要，第二道（2#、3#）支撑、第三道（9#、10#、11#）支撑不能及时施工，将出现局部超挖（无支撑）情况下围护结构空间受力变化的问题。
②运用理正软件对局部超挖工况下围护结构受力情况进行计算分析。经过计算，第二道2#、3#对撑超挖暂不施工工况下，连续墙变形和受力能满足要求。第三道9、10、11#对撑超挖暂不施工情况下，连续墙变形较大。为避免连续墙变形过大，在第三道支撑10、11#对撑的正上方满足运输净空的高度（坡面以上4m）处架设钢管支撑。
③经检算，此工况下连续墙最大位移出现在拆除第二道支撑时为25.38mm，满足规范变形小于30mm要求；最大弯矩为1609.74kN•m相对于原设计增大8.5%，剪力为947.83kN相对增加5.5%，连续墙强度和刚度能满足受力要求。
3 基坑开挖施工总体流程
表层平面开挖→施工一道支撑→第二层坡道运输平面开挖→施工第二道支撑→第三层坡道运输平面开挖→施工第三道支撑→ ……（下一层坡道运输平面开挖→施工下一道支撑→至坡道运输无法实施）…… →台阶式分层接力开挖坡道运输→台阶式开挖垂直提升运输剩余土方。
图2坡道式开挖施工工艺流程
4 坡道式运输开挖技术实施方案
(1)表层平面开挖，第二、三、四层坡道运输平面开挖，第五、六、七层台阶式分层接力开挖坡道运输，土石方量约10万方。最后剩4.1万方台阶式开挖垂直提升运输。表层开挖自南向北倒退，直接挖土装车从北端外运。
(2) 第二、三、四层的开挖，从北端地面开始“人”形分叉放坡至相应该层的开挖底面。先在中立柱与东、西侧连续墙之间分别开挖双路堑通道至基坑南端，并贯通形成环形通道，再从基坑南端全断面开挖，向北推进。土方运输由通道、坡道运出。自南向北随开挖随支撑。第二道2#、3#对撑、第三道9、10、11#对撑受坡道影响，暂不施工。
(3)第五、六、七层的开挖，完成第四层坡底以南基坑土方开挖和支撑后，在已完成支撑段中部支撑上方铺设土路，台阶式分层开挖第五、六、七层石方，采用挖掘机由各层台阶接力转土至第四层所铺的土路，完成土石方装车由坡道运出。台阶开挖自南端向北推进，随后施作支撑。
(4) 当第五层台阶推进至第四层坡脚时，回筑第四层坡脚至第三道支撑底土方，施工对应上方受放坡影响的第三道未施工支撑（第三道的9#～11#对撑，第二道2、3#对撑）。视情况也可采用脚手架支撑平台进行支撑施工。然后台阶法继续推进，相同的方式施工第二道、第一道支撑受坡道影响未施工的对撑。
(5)支撑随开挖随施工。纵向工字钢联系梁（担梁）的架设在开挖下一层两侧路槽时安装。必须完成上道对撑的联系梁（担梁）后，才能全面开挖该层土石方。
5 坡道式运输开挖技术操作要点
表1基坑开挖参数表
基坑
各层 开挖深度（m） 土石方量（m3） 钢筋砼障碍（m3） 放坡长度（m） 开挖
方式 支撑特点
表层 1.9 8439.19 -- -- 平面
第二层 5.5 22785.84 930.38 26.8 坡道式 第2、3#支撑暂不设
第三层 5.3 21957.26 896.55 45.1 坡道式 第9、10、11#支撑暂不设，架临时钢管支撑2根
第四层 5.15 21335.83 871.17 62.6 坡道式
第五层 4.4 18228.67 583.26 -- 台阶式
第六层 4.9 20300.11 1090.52 -- 台阶式
第七层 6.42 28254.45 1174.73 -- 台阶式
合计 33.57 141301 5546 -- --
(1)表层开挖。自南向北倒退开挖，比较简单。
(2)第二层土方开挖。
1）开挖方法及顺序与开挖、运输路：设置见施工工艺流程及技术要点。
技术要点：北端自地面向基坑内水平距离26.8m处放坡，坡度26%，坡脚以南双路堑开挖至南端。坡面浇筑砼厚度20cm的素砼。中立柱坡脚挖30×40cm临时排水沟向基坑南端顺坡排水。路面采用建筑废碴作填料，以满足车辆行驶要求。
支撑施工：为满足运输放坡要求，第二道支撑北端角撑段、1#对撑段（水平距离26.8m以北）坡面以下不开挖。2#、3#对撑段两根支撑暂不施工。等放坡开挖阶段完成后，台阶法接力开挖推进到该位置时，采用回筑2#、3#对撑段支撑底面土方，再施作支撑。
(3)第三、四层开挖与第二层相同。
第三层支撑北端角撑段、1#~8#对撑段（水平距离45.1以北）留置坡道，坡面以下不开挖。
第四层北端角撑段、1#~13#对撑段（水平距离62.6m以北）留置坡道，坡面以下不开挖。
第三道支撑9#~11#对撑段3根支撑暂不施工。开挖第四层坡道之前，架设10、11#对撑正上方临时钢管支撑时机。钢围檩采用工45型钢，钢管支撑采用φ619厚度14mm。钢管支撑与第二道支撑工字钢联系梁设20[型钢吊箍，以克服跨度过大引起的挠度变形。
(4)第五层开挖。
开挖方法及顺序：台阶式接力法。第四层南端开挖支撑完成后，利用石方回填竖井至第五层支撑底面，分台阶爆破开挖石方、破除竖井围护结构。自南端东、西两侧前后台阶式向北开挖推进。
(5)第六、七层开挖与第五层相同。废弃隧道范围开挖方法：从隧道的正面开挖，先填后挖，边填边破除隧道拱部向前推进。
(6)台阶式开挖后期阶段的施工方法。
随着台阶式开挖向北端的推进，放坡的路堑越来越短。当台阶式开挖推进至第二层时，道路消失。此时，从第七层到第二层剩余的土石方全部由台阶向上接力传递。在北端和东侧地面设长臂挖机挖第二、三层的土石方装车。随着第三层台阶式开挖推进至北端时，第四层深度达到17.85m，长臂挖机无法触及。采用50t的履带式吊机、龙门吊起重机在北端定点垂直运输土石方。此时，土石方量仅为4.1万方。
6 实施效果与运用前景
该地铁车站大型超深基坑工程通过实施坡道式运输开挖技术，实大型超深基坑密集支撑条件下高效的开挖，获得圆满成功。
(1)基坑第二、三层开挖日运输量最高达1200m3，而垂直提升的效率日最大提升量约600m3（按竖井经验统计，且受距离影响，效率将大大降低）。
(2)该大型超深基坑土方量达14万方,开挖工期为10个月，而采用垂直提升配备2台龙门起重机配合履带起重机,需时14个月,相比提前工期4个月。
(3)该技术克服支撑密集、结构纵横交叉、施工障碍等空间因素，工程节约成本、缩短工期成效显著。为大型超深基坑的工程实践提供宝贵的实践经验。
(4)坡道式运输开挖技术适用于采用明挖顺做法施工的大型超深基坑工程。适用于城市市政工程施工场地条件受限制、支撑结构密集、运输困难的大型超深基坑。对一般的大型深基坑开挖有参考价值。
参考文献
[1] 赵锡宏 等著. 大型超深基坑工程实践与理论.人民交通出版社,2005
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