王胡砦地铁车站基坑开挖施工工艺

章郑远

（中铁上海工程局集团有限公司，上海 201906）

1 引言

地铁工程的基坑支护对保证施工安全和减少工程风险至关重要。基坑支护施工过程中，需要进行监测和控制，通过监测基坑周边土体的变形和沉降情况，可以及时发现和处理地面沉降、土地变形及地下水位变化等问题，确保施工安全。因此，在地铁工程中，基坑支护的设计和施工是非常重要的环节。

2 案例概况

郑州市轨道交通7 号线一期工程北起惠济区东赵北，南止于二七区南部大学路与规划豫一路路口，工程全长约26.81 km，均为地下线设20 座车站。其中，王胡砦站为轨道交通7 号线与14 号线换乘车站，地下两层三跨箱形框架结构（14 号线为预留换乘节点，地下3 层），建筑面积16 171.41 m2，车站主体结构外包长度245m，标准段宽23.1 m，标准段基坑深度17.63 m，换乘节点深度为26.31 m，设有3 个出入口，2 组风亭，车站采用明挖顺作法施工。

3 基坑降水

1）本场区地下水类型属第四系松散岩类孔隙潜水，地下水主要赋存于约40 m 以上粉砂、细砂、粉质黏土、黏质粉土层中，多为弱透水层，根据最新地下水位探孔显示，本场区内地下水位埋深在17.74～18 m。

2）本工程地下水的补给主要为大气降水、河流下渗、地下水侧向径流等补给。地下水由西、西南向东及东北径流，水力坡度约0.5‰，径流条件稍差，受开采的影响，径流方向可发生局部改变[1]。

3）地下水的排泄，主要有蒸发排泄和径流排泄、入渗河流等形式。

4）换乘节点开挖前15～20 d 开始降水，基坑内布置疏干降水管井，降水深度控制在坑底下1.0 m 内。

5）在开挖15～20 d 前，通过疏干降水管井抽取地下水，控制降水深度在坑底以下1.0 m。可以使用抽水泵进行抽水，将地下水排出基坑。

4 基坑开挖

4.1 开挖前的准备工作

4.1.1 技术准备

1）查明影响范围内建筑物的结构类型、层数、基础类型、埋深、基础荷载大小及上部结构现状，并应注意留下相应的证据。必要时，还应请权威部门进行相应的鉴定。

2）查明基坑周边各类地下设施的分布和性状是为了避免在基坑开挖过程中对这些设施造成损坏或影响运行。

3）了解施工期间当地历年的雨水等气候情况，并进行科学合理的分析。

4）掌握基坑距四周道路的距离及车辆荷重情况。

4.1.2 劳动力配置

为了确保施工的组织保障、技术管理和质量控制，项目组选择了技术、质量、安全、测量和试验等方面能力较强的人员组成施工队伍。考虑到地铁车站的施工规模大、工期紧、任务重、难度大，项目部决定派遣经验丰富的现场管理人员来协调基坑开挖施工的各个环节。另外，根据工期安排还需要选择施工组织能力强、信誉好、能吃苦的施工人员进行基坑开挖[2]。

4.1.3 机械及物资准备

根据现场平面布局，在开工前要做好物资和临时建筑的准备工作，包括制订施工材料的计划，选择合格的厂家和产品，并签订供货合同，同时需要按计划分期分批组织物资进场；根据主要机械设备的需求量，需要及时组织机械设备的进场、安装和调试，以确保其处于可使用状态；大型设备在进场前需要进行设备报验，只有经过监理批准的合格设备才能进场进行施工。

4.2 基坑开挖施工流程及注意事项

4.2.1 基坑开挖

本工程项目基坑开挖采用明挖顺作法施工，标准段基坑深度17.63 m，换乘节点深度26.31 m；王胡砦站围护结构采用钻孔灌注桩+ 止水帷幕（换乘节点）+ 内支撑体系。其中,钻孔桩盾构洞门范围钢筋采用玻璃纤维筋； 车站两端盾构井的围护采用1 200 mm@1 500 mm钻孔和长度为40.31 m 的灌注桩，共采用了五道支撑，其中第一道、第三道为混凝土支撑，第二道、第四道、第五道为直径φ48 mm、壁厚3.25 mm、长度3 000 mm 的钢管支撑。

4.2.2 注意事项

1）基坑开挖严格按照“时空效应”原理，在开挖过程中遵循“先撑后挖、分层开挖、严禁超挖”的原则，做到“按需降水、分层开挖、及时支撑、快速封闭”，减少开挖过程中的土体扰动范围。

2）王胡砦站基坑开挖先开挖表层土，再开挖北端头①～④节段，待第④节段见底后同时两端向中间同时开挖。

3）当基坑开挖过程中发现地质情况与设计不符时，应立即报告驻地监理、设计和项目经理部，并做好记录。

4）绘制施工工程地质素描图，以清晰表达实际地质情况。如果基底持力层与设计不符，应及时通知设计和监理人员，进行协商解决，以确保施工的安全和稳定性。

5）严禁机械碰撞支撑、排水设施、围护墙等工程设施。在挖土时，应先掏空立柱四周，避免立柱承受不均匀的侧向土压力。这样可以防止工程设施的损坏和安全事故的发生[3]。

4.3 钢支撑架设

1）本工程项目钢支撑架设采用龙门吊进行吊装，换乘节点以北钢支撑在车站北端头进行拼接，再采用16 t 龙门整体吊装至指定地点安装，考虑到高压线的影响，计划配备70 t 汽车吊配合吊装，换乘节点应当采用16 t 龙门吊进行，在端头井拼接后再吊至基坑内安装。钢支撑施工流程如图1 所示。

图1 钢支撑施工流程

2）钢围檩采用双拼45c 工字钢，并采用C35 细石混凝土填充密实。

3）钢支撑架设完成后采用2 台100 t 千斤顶对钢支撑施加预应力，先施加40%，再施加20%，逐级递增至设计轴力。

4）钢支撑施工要紧随挖土作业，随挖随撑，不允许延误，各层土必须遵循“开槽支撑、先撑后挖、分层开挖、严禁超挖”原则。

5 基坑监测

5.1 监测项目

为了保证基坑开挖过程中结构及周边建筑物体的安全，根据施工组织设计方案及工程项目所在区域内的地形地质条件、支护类型、施工工艺等，确定监测项目和需要使用的监测设备。

5.2 监测变形控制标准

在基坑施工过程中，监测地表沉降、围护结构水平位移等变化非常重要，这些监测数据可以帮助项目部了解施工的影响和变化，及时采取相应的措施来确保施工质量和安全。监测周期的确定取决于施工进度和施工环境。一般情况下，监测间隔时间可以为2～3 d。但是，在基坑降水或者土方开挖等情况下，必须每天进行监测，甚至需要每天多次进行测量。这是因为这些因素可能会引起较大的地表沉降和围护结构的变化，需要密切关注和及时调整。

同时，要进行连续监测，并将监测结果及时报告给相关单位，如设计单位、施工单位和监理单位等。

6 保证基坑开挖安全稳定的措施

6.1 规范施工操作流程

为确保基坑施工的质量和安全，需要严格按照制定好的基坑工程施工组织设计进行规范施工。如果需要对施工计划进行变更，必须重新进行审批并获得相关方的批准。

为了避免基坑开挖过程中引起周围管线或建筑物的破坏，应采取分层开挖和分段开挖的方式。分层开挖是指将基坑的开挖分为多个层次，逐层进行开挖，确保土体的稳定性和结构的完整性；分段开挖是指将基坑分为多个段落，逐段进行开挖，以降低土体的位移，减小对周围结构的影响[4]。

6.2 充分做好基坑排水

为了避免在基坑施工过程中出现浸水情况，应采取一系列的排水措施。

1）可以在基坑坡顶外设置挡水堤，防止地面积水冲刷坡面，并阻止基坑外的排水回流。挡水堤可以采用临时的挡土墙或挡水板等形式，以确保外部积水不进入基坑。

2）在基坑内部可以设置排水沟和集水井。排水沟可以沿着基坑边缘设置，用于收集和排出基坑内的积水。集水井可以供污水泵排出基坑内的污水，保持基坑内的清洁和干燥。

3）为防止地面积水进入基坑，还可以在基坑外侧开挖排水沟。排水沟应具备足够的宽度和深度，以确保地面积水能够迅速流入排水沟中，并离开基坑区域。

6.3 加强变形监测

基坑变形监测是基坑施工过程中非常重要的一项工作，可以及时发现存在的安全隐患，并采取相应的措施进行调整和加固，以确保施工的安全性。在基坑变形监测中，应重点关注围护结构的形变以及地表沉降等项目。通过使用测量设备如全站仪、倾斜仪等，可以对围护结构的水平位移、竖向位移等进行监测，以了解围护结构的稳定性和安全性。同时，通过监测地表沉降，可以及时发现和评估基坑开挖对周围土地和建筑物的影响。

6.4 注重纵向边坡防护

对于纵向边坡的防护，在边坡施工的时间较短或者面对普通土质的情况下，可以采取将水导入排水沟中或在坡面上铺设彩条布等简单的方法进行防护。这些方法可以有效地帮助水流分散和排泄，减少水分对边坡的侵蚀和破坏。对于施工停留时间较长或者夹砂层土质的边坡，可以考虑使用挂网抹面法进行防护。具体操作是在边坡坡面上铺设钢丝网，并插入1 m 长度的钢筋将钢丝网固定起来，然后在钢丝网上铺设厚度为5 cm 的M7.5 标号的水泥砂浆层。这样的做法可以增加边坡的稳定性和抗冲刷能力，抵御长时间的水流冲刷和侵蚀。

6.5 注重周边环境保护

1）基坑开挖后，主要会引起墙体的水平和竖向变形，以及基底的隆起和地表的沉降。为了确保施工质量和遵守施工组织设计要求，需要在开挖过程中正确设置支撑，并密切关注基坑周围环境的影响。

2）在基坑开挖中，正确设置支撑是关键。支撑系统需要能够承受墙体的水平和竖向变形，并提供足够的支撑力，以确保墙体的稳定性和安全性。支撑设计应根据工程实际情况和工程地质条件进行合理选择，并严格按照设计要求进行施工。

7 结语

综上所述，每个地铁车站基坑的开挖技术和围护措施都需要根据具体的地质条件、 基坑结构特点和设计要求进行研究和设计。不同的地理位置、地下水位以及车站结构和设计风格都会影响基坑开挖的方法和围护方案。在实践中，工程建设者通过不断探索和总结经验，以及应用新技术、新材料、新工艺和新设备等，不断提高地铁建设的效率并降低成本。这些努力大大改善了城市交通，并为保证施工安全和质量做出了重要贡献。