內(nèi)容提要：本文介紹XX地鐵一號(hào)線XX站在復(fù)雜的地質(zhì)條件、周邊環(huán)境惡劣和施工條件極為復(fù)雜的情況下，選擇合理的支護(hù)型式和開(kāi)挖方式，安全而快速地完成了深基坑的開(kāi)挖。
關(guān)鍵詞：基坑 鋼支撐 開(kāi)挖 監(jiān)控量測(cè) 爆破
1、工程概況
XX站位于XX市主干道XX北側(cè)，東端處于XX路和XX路之間，西端緊鄰XX叉路口，車站南側(cè)緊靠建筑物密集。車站內(nèi)地形起伏變化較大，中間高，東西兩端低，北面高，南面低，施工圍擋距結(jié)構(gòu)僅1～2m，施工場(chǎng)地極為狹窄。位于車站西北角的XX的樁基礎(chǔ)距車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)僅0.5m。詳見(jiàn)圖1。
車站處于XX臺(tái)地，上部浮土為第四系沖、洪積層，主要為雜填土、淤泥質(zhì)粘土、粉質(zhì)粘土等，下伏基巖為上白堊系上大朗山組粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、含砂礫巖和礫巖，基坑范圍內(nèi)基巖分為強(qiáng)、中、微三個(gè)風(fēng)化巖，強(qiáng)風(fēng)化巖可以用挖掘機(jī)直接開(kāi)挖，中風(fēng)化巖由于堅(jiān)硬，強(qiáng)度大，需要采用打眼爆破方式進(jìn)行開(kāi)挖。
基坑?xùn)|西長(zhǎng)292m,南北寬21.3～26.91m，開(kāi)挖深度13.4～20.89m，開(kāi)挖土石方總量約13萬(wàn)方，其中石方量約3萬(wàn)方。
2、施工支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算
2．1施工支護(hù)結(jié)構(gòu)
基坑開(kāi)挖的土體支護(hù)選為護(hù)壁樁，在施工完畢后也作為永久結(jié)構(gòu)的一部分參與側(cè)墻受力。
護(hù)壁樁插入底板位置以下深度，對(duì)微風(fēng)化、中風(fēng)化和強(qiáng)風(fēng)化巖分別為2.5、3.5和4.5m。如底板以下仍為土層，則插入深度加長(zhǎng)。
隨著基坑向下開(kāi)挖，從上到下共設(shè)置三道鋼管水平支撐，支撐沿基坑的縱向水平距離為5.4m，支撐為Φ700的鋼管，壁厚分15mm和11mm兩種，支撐的端部與爪形托架相連，托架主要由三根Φ250、厚10mm的鋼管組成，分別撐住相鄰的三根護(hù)壁樁。
在架設(shè)水平支撐時(shí)，用千斤頂施加300kN的預(yù)壓力。
2.2計(jì)算參數(shù)的選定與計(jì)算分析手段
按照結(jié)構(gòu)的實(shí)際埋深與兩側(cè)土層的實(shí)際分層情況確定巖土介質(zhì)的計(jì)算參數(shù)，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的力學(xué)參數(shù)則根據(jù)實(shí)際截面大小及所用材料確定，方案中護(hù)壁樁的直徑為Φ1200mm，間距1800mm，考慮護(hù)壁樁的施工澆筑條件可能較差，對(duì)其變形模量Ec乘折減系數(shù)0.8。另外為偏于安全，也不考慮樁與側(cè)墻襯砌之間的網(wǎng)噴砼的作用。
地下水位取當(dāng)?shù)刈畹偷乇硐?.5m。
地表處緊靠車站北側(cè)側(cè)墻有已建的多層房屋，在驗(yàn)算時(shí)則包括已建房屋重量對(duì)車站結(jié)構(gòu)的影響，每層房屋折合成15kN/m2，對(duì)一般的6～7層房屋為90～105kN/m2，這些房屋基礎(chǔ)的埋深不清。保守地將其作用于地表來(lái)考慮。
施工支護(hù)結(jié)構(gòu)所受的荷載除土壓力外，包括兩側(cè)地表處有20kN/m2施工荷載。計(jì)算施工支護(hù)時(shí)，由于降低了地下水，不考慮地下水的側(cè)壓力。
計(jì)算分析采用土工專用的PLAXIS有限元分析程序。對(duì)施工支護(hù)按照施工順序，計(jì)算出自上而下開(kāi)挖并逐一設(shè)置支撐，以及自下而上構(gòu)筑永久結(jié)構(gòu)并逐一拆除支撐的每一階段的內(nèi)力與變形，從中尋求最不利的階段，以及施工過(guò)程中護(hù)壁樁與支撐所經(jīng)歷過(guò)的最大內(nèi)力與最大變形。
2.3施工支護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算
取最不利的車站東段進(jìn)行分析。此處基坑北側(cè)土體按高出南側(cè)5.5m計(jì)算，在距離北側(cè)護(hù)壁樁4m以遠(yuǎn)處有已建的6層房屋。按最不利的地表荷載分布，即北側(cè)離樁4m以遠(yuǎn)處作用均布荷載90KN/m2，在樁與房屋之間的4m寬地表則作用施工荷載20kN/m2；因整個(gè)支護(hù)此時(shí)向南位移，南側(cè)地表荷載將起到有利作用，取為零值。
由于北側(cè)地面高出南側(cè)5.5m，在三道水平支撐之上再設(shè)置一斜撐以控制頂端的水平位移。此外對(duì)所有支撐考慮300KN的預(yù)應(yīng)力，計(jì)算步驟為：
（1）架設(shè)斜撐及第一道水平支撐，開(kāi)挖至5.5m深；
（2）架設(shè)第二道水平支撐，再開(kāi)挖至10m深；
（3）架設(shè)第三道水平支撐，在開(kāi)挖至14.5m深；
（4）在開(kāi)挖至19m深；
（5）建造底板，拆除第三道水平支撐；
（6）建造樓板，拆除第二道水平支撐。
各施工階段支撐的軸力見(jiàn)后體系內(nèi)的最大變形和內(nèi)力均發(fā)生在第（5）階段即澆筑完底板并拆除最下面一道支撐之后，這時(shí)體系變形見(jiàn)圖3，右樁頂?shù)乃轿灰萍s為19mm，左樁頂?shù)淖畲笪灰圃谄渲胁繛?3.5mm，樁內(nèi)力圖見(jiàn)圖4。
水平支撐2中出現(xiàn)的軸力最大，達(dá)1574kN，樁的最大彎矩為北樁1242KN-m、南樁943 KN-m，樁徑均為Φ1200mm。
從圖3可見(jiàn)，地表沉降僅3mm左右，不構(gòu)成對(duì)地面房屋的威脅。北側(cè)樁的最大位移13.5mm在許可值之內(nèi)。南側(cè)樁的最大位移雖然稍大些，但發(fā)生在頂端且反向擠壓土體以側(cè)，故不致產(chǎn)生危害。
鋼管支撐在同一基坑內(nèi)，上下三道支撐受到的最大軸力也不同，負(fù)荷最大的是第二道支撐，其次是第三道支撐，最上面支撐受力最小。為了節(jié)約材料，將支撐分成兩種壁厚尺寸，用于不同受力地段。
對(duì)于=15mm鋼管，承受最大壓力為210t，自重引起的附加彎矩約17t-m，考慮端部偶然偏心，保守的取偏心距為200mm，有偶然偏心彎矩42t-m，其可能的作用方向一般與自重引起的附加彎矩相反，按有關(guān)規(guī)范算得鋼管中的計(jì)算應(yīng)力為210Mpa，符合要求。
對(duì)于=11mm鋼管，承受最大壓力為1000kN，算得鋼管計(jì)算應(yīng)力不足140Mpa，低于允許強(qiáng)度設(shè)計(jì)值215Mpa較多。
從計(jì)算結(jié)果可見(jiàn)，車站的多數(shù)地段用Φ800mm的灌注樁也能滿足強(qiáng)度及變形要求，施工中統(tǒng)一采用Φ1200mm灌注樁。在側(cè)邊有已建房屋及基坑較深（>16m）和土質(zhì)較差的區(qū)段配筋率稍高。
3、基坑土石方的開(kāi)挖方案及實(shí)施
3.1基坑開(kāi)挖過(guò)程中的總體部署
3.1.1根據(jù)XX站的地形、地質(zhì)條件和周邊環(huán)境的特點(diǎn)，基坑開(kāi)挖由中間開(kāi)溝，自上而下分階段開(kāi)挖，臺(tái)階式施工，自東西向兩端推進(jìn)，從東西兩端出土。為減少裝載的倒運(yùn)環(huán)節(jié)，采用運(yùn)輸公路直接下坑，挖掘機(jī)開(kāi)挖后直接裝自卸汽車運(yùn)輸為主的開(kāi)挖方法。這樣可開(kāi)辟兩個(gè)獨(dú)立的開(kāi)挖工作面，為保證基坑的開(kāi)挖進(jìn)度創(chuàng)造了條件。
3.1.2由基坑鋼支撐上下排的標(biāo)高確定上下分階段標(biāo)高。
3.1.3在基坑橫向開(kāi)挖上事先考慮多種開(kāi)挖方案：
3.1.3.1先開(kāi)挖中間部分后開(kāi)挖南側(cè)（地勢(shì)較低），再開(kāi)挖北側(cè)（地勢(shì)較高）。
3.1.3.2先開(kāi)挖南半部分，后開(kāi)挖北半部分；
在施工過(guò)程中根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果，調(diào)整橫向上的開(kāi)挖方案。
3.1.4加強(qiáng)開(kāi)挖過(guò)程中的監(jiān)控量測(cè)，掌握開(kāi)挖過(guò)程中圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形速率和力學(xué)動(dòng)態(tài)，了解施工對(duì)周圍環(huán)境的影響，監(jiān)測(cè)資料及時(shí)整理，反饋信息，用以不斷調(diào)整開(kāi)挖速度和開(kāi)挖方案，指導(dǎo)施工，嚴(yán)防超挖，力求把基坑開(kāi)挖對(duì)周圍環(huán)境的影響減少到最低程度。
3.2開(kāi)挖程序
基坑在開(kāi)挖高度上分階段開(kāi)挖，由于西部地勢(shì)較低，上下分兩個(gè)階段，東部地勢(shì)較高，上下分三個(gè)階段，西端基坑開(kāi)挖順序見(jiàn)圖5。
3.2.1第一階段開(kāi)挖順序
南段部分開(kāi)挖由兩端向中間已塹溝型式相向開(kāi)挖，隨后北半部分開(kāi)挖時(shí)自中間溝槽開(kāi)始分別向東西兩側(cè)相背開(kāi)挖，邊挖邊支撐。采取這種開(kāi)挖方式，除了考慮北側(cè)電信管線改移的時(shí)空關(guān)系外，另一個(gè)重要原因就是北側(cè)地形高，建筑物高而密集，基坑周圍土體壓力較大，南側(cè)地勢(shì)較低，而且緊靠中山一路南側(cè)道路（相距2米多），基坑周圍土體壓力較小，后開(kāi)挖北半部分可以減少其暴露時(shí)間，減少基坑基坑收斂。第一階段開(kāi)挖順見(jiàn)圖6。
3.2.2第二、三階段開(kāi)挖順序
在第一階段開(kāi)挖完畢后，由兩端向中間開(kāi)挖斜溝至第二階段底部標(biāo)高，東西方向拉通，在拉通的中間部位橫向拉橫溝，自橫溝開(kāi)始向東西兩端相背開(kāi)挖第四部分，當(dāng)?shù)?部分兩個(gè)相背的工作面距離達(dá)到30m左右時(shí)，又從中間向第三階段下挖橫溝，即開(kāi)挖第5部分至基坑底這樣就形成了兩獨(dú)立的開(kāi)挖系統(tǒng)，每個(gè)系統(tǒng)上下兩個(gè)或三個(gè)臺(tái)階，可以交替開(kāi)挖，也可以齊頭并進(jìn)，同步開(kāi)挖，保持超前關(guān)系10～15m，每個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)布置2～3臺(tái)挖掘機(jī)同時(shí)作業(yè)。第二、第三階段開(kāi)挖順序詳見(jiàn)圖7。這樣既可以有效地降低基坑的收斂速度，又能保證基坑的開(kāi)挖進(jìn)度，為下一步主體結(jié)構(gòu)的施工和整個(gè)工程進(jìn)度創(chuàng)造有利條件。
3.2.3當(dāng)基坑開(kāi)挖到東西兩個(gè)端頭時(shí)，為確保東西兩個(gè)端頭的（特別是西端頭緊鄰XX叉路口）的穩(wěn)定性，暫由挖掘機(jī)卸土至帽梁標(biāo)高以下4m左右處，暫時(shí)不挖，以平衡端頭土體側(cè)壓。待附近段的墻板柱框架結(jié)構(gòu)完全達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，在西端鄰近段主體結(jié)構(gòu)頂板中間和西端帽梁中間部位之間架設(shè)一道與基坑橫向支撐一樣的縱向支撐，在東端帽梁和鄰近部位南北側(cè)圍護(hù)樁頂部帽梁之間安設(shè)臨時(shí)八字撐（I40工字鋼）。在安設(shè)好兩個(gè)端部的加強(qiáng)支撐后，利用兩端已預(yù)先安設(shè)好的龍門(mén)架系統(tǒng)，用吊斗將土石方吊運(yùn)到鄰近段主體結(jié)構(gòu)的頂板上，作為道路回填土。
3．3基坑支護(hù)
3.3.1基坑的支護(hù)型式首先要滿足如下功能：
3.3.1.1在基坑開(kāi)挖時(shí)和車站主體結(jié)構(gòu)鋼筋混凝土施作前保護(hù)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。
3.3.1.2有效地控制基坑收斂和位移
3.3.1.3便于基坑土石方的開(kāi)挖
3.3.1.4確保在支撐拆除時(shí)不至于對(duì)主體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響
3.3.2根據(jù)圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析和工藝技術(shù)原則，經(jīng)過(guò)多種方案比較，我們采用了三樁一主撐、每個(gè)主撐兩端有三個(gè)次撐、每個(gè)次撐分別支撐一條樁的型式鋼
支撐的型式詳見(jiàn)圖8，其水平間距為5.4m，基坑在垂直高度上分別設(shè)兩排或三排，在車站西部基坑北側(cè)緊鄰圍護(hù)結(jié)構(gòu)（相距僅0.5m）有一幢七層樓宇，為確保其安全性，在它的附近采用豎向架設(shè)三排鋼支撐的支護(hù)方式。這樣基坑南北兩側(cè)的所有圍護(hù)樁在基坑開(kāi)挖后都有2～3排支撐，確保了基坑的穩(wěn)定和安全。
3.3.3XX站周圍建筑物密集而且高大，鋼支撐的加工與架設(shè)對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定至關(guān)重要。首先，保證鋼支撐的加工質(zhì)量，控制加工后鋼支撐軸線的偏心度在10mm內(nèi)，鋼支撐法蘭盤(pán)接頭處的螺栓要經(jīng)過(guò)嚴(yán)格檢驗(yàn)后才能使用，法蘭盤(pán)用螺栓對(duì)接后再在法蘭盤(pán)接頭處上下左右四個(gè)邊用鋼板（б=12mm）加以焊接，這是保證鋼支撐穩(wěn)定工作的前提。鋼支撐在架設(shè)前還須準(zhǔn)確放出支撐點(diǎn)位置，保證鋼支撐與墻面垂直。每個(gè)鋼支撐的次撐架設(shè)后用鋼絲繩吊拉在預(yù)埋在圍護(hù)帽梁上的吊鉤上。鋼支撐架設(shè)時(shí)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求，每撐增加預(yù)應(yīng)力100～300kN。
3.3.4在基坑開(kāi)挖過(guò)程中，鋼支撐應(yīng)隨著工作面的開(kāi)挖，隨挖隨支，但架設(shè)過(guò)早會(huì)影響施工機(jī)械的運(yùn)作，設(shè)置過(guò)晚則危及基坑安全。就這個(gè)問(wèn)題我們的實(shí)際做法是當(dāng)基開(kāi)挖鋼支撐設(shè)計(jì)位置下1m時(shí)，先不挖基坑兩側(cè)土體，而從中間挖一6m左右寬、4～5m深的槽后，立即架設(shè)鋼支撐，在鋼支撐安裝完畢后，再挖除兩側(cè)土體，這樣施工既保證了機(jī)械的作業(yè)空間，又有效地保證了圍護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，我們認(rèn)為這是一個(gè)成功的施工方法。
4、施工對(duì)周圍環(huán)境的影響
基坑的監(jiān)測(cè)工作隨著車站主體結(jié)構(gòu)的封頂而結(jié)束，監(jiān)測(cè)最后結(jié)果如下：
4.1基坑收斂
車站沿基坑縱向布置的12條南北收斂測(cè)線，有11條測(cè)線收斂值在允許范圍（小于50mm）內(nèi)，只有一條測(cè)線D19－1累計(jì)收斂值達(dá)68mm。
4.2地表沉降
基坑兩側(cè)及東西端地表沉降均在允許值（小于30mm）內(nèi)，其中最關(guān)鍵地段基坑西部北側(cè)燕子樓段的C47、C48、C49三點(diǎn)地表沉降在3.45mm范圍內(nèi)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于允許值�；又胁哭r(nóng)林大廈南C26、C36、C37、C38四個(gè)觀測(cè)點(diǎn)累計(jì)沉降值為4～21mm，小于允許沉降值。
4.3建筑物傾斜、沉降、裂縫
通過(guò)對(duì)基坑北側(cè)XX、XX大廈、XX辦事處、XX招待所等幾幢樓宇或房屋的傾斜觀測(cè)，非常微小。這些建筑物累計(jì)沉降值變化在2～4.5mm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于允許沉降值（小于30mm）。從基坑開(kāi)挖到主體結(jié)構(gòu)竣工一年多時(shí)間內(nèi)，這些建筑物的裂縫沒(méi)有變化。
5、結(jié)論
5．1從基坑開(kāi)挖完后的監(jiān)測(cè)資料可以看出，東山口車站的沉基坑開(kāi)挖是非常成功的。
5．2從XX車站深基坑的成功開(kāi)挖，我們可以總結(jié)出以下經(jīng)驗(yàn)：
5.2.1選擇合理的開(kāi)挖方案可以有效地減小基坑開(kāi)挖時(shí)對(duì)周圍環(huán)境的影響。
5.2.2選擇良好的支護(hù)形式是深基坑安全開(kāi)挖的保證。
5.2.3正確處理基坑土石方的開(kāi)挖速度與鋼支撐架設(shè)的時(shí)空關(guān)系，對(duì)同時(shí)保證基坑的開(kāi)挖進(jìn)度和圍護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定是非常重要的。
5.2.4通過(guò)綜合和系統(tǒng)的監(jiān)控量測(cè)，及時(shí)反饋信息，指導(dǎo)施工，可以較好地控制周圍環(huán)境和坑周土體的穩(wěn)定。
