上海安远基础工程土方运输有限公司
摘要：随着我国城市化建设的高速发展，地铁建设成为解决交通拥挤，提高城市运载能力的重要手段。地铁配套工程建设主要集中于地铁站最后一公里范围内，城市轨道通常处于繁华地段，周围地质环境复杂，地下管线复杂众多，地面交通量大，这都对地铁车站及区间施工产生极大的影响。深基坑开挖成为城市地铁建设配套工程的关键环节，单一支护方法很难达到复杂基坑的设计要求，采用多种支护方式成为一种有效的施工方法，可有效的控制基坑对周围环境影响和支护结构的变形。本文结合实际工程项目，对多种组合基坑支护体系进行探讨，重点阐述了基坑开挖及支撑体系稳定性控制，其施工工艺及施工中注意事项可成为类似轨道交通建设工程的施工提供经验及参考。
关键词：城市轨道交通配套工程；深基坑;支撑体系；维护结构
1 引言
深基坑开挖支护是城市轨道交通配套工程施工的重要环节，市政深基坑工程的可控因素和不确定性因素甚多，施工前要考虑好诸多因素，应该根据不同区域的地况和水文地质情况采取深基坑支护结构和技术，市政深基坑支护技术是提高工程安全系数的有效措施。深基坑工程与周边的环境密切相关，若施工前没有做好前期准备工作，就可能使周边的建筑物，地下管线等受到影响，引起建筑物变形或管路断裂等状况。在进行深基坑支护技术施工时所配备的系统一般为临时设施，也具有一定的风险性。因城市地铁工程多处于复杂的地质环境中，施工影响因素多，施工难度大，所以在工程开展前要编制安全可靠、科学可行的施工方案，做好充足的施工准备，尽可能采用先进可靠高效技术工艺，不断创新施工工艺，施工中强化对基坑开挖和围护结构的质量管理及控制，做好施工期间的质量、安全监测工作，从而确保工程的顺利实施。
2 工程概况
轨交16号线周浦东站综合公共交通枢纽新建工程占地面积18798㎡，建筑面积17261.9㎡，本工程地处上海市，地上2层设计为调度管理房，地下结构1层，为地下车库，采用深基坑施工工艺，采用“双轴搅拌桩+Ф609钢支撑+内插型钢”的支护形式，局部软弱底基层使用双轴搅拌桩加固坑底，留土和放坡边坡位置使用水泥砂浆开展抹面护坡，可有效控制基坑支护结构变形，市政施工工程的顺利开展离不开优良深基坑支护施工技术。建筑结构采用框架结构和钢结构，施工前，要对场地内高填土位置进行整平，整平后，地面标高尺寸是3.9m，基坑开挖后，边线向外要扩充15m，场地整平后，基础稳定后，便可开展基坑工程的施工。
3 基坑工程组合施工工艺
地下结构施工顺序：桩基→围护结构→降水、排水→挖土至冠梁处→钢筋混凝土冠梁→开槽安装Ф609钢支撑→基坑内降水→挖土到基坑底→施工垫层、底板→设传力带→浇筑地下室侧墙底板30cm以上部位→底板和传力带砼的强度达到设计强度后，要拆除支撑Ф609→其余侧墙与顶板的现场浇筑→地下室外墙的强度达到设计强度以后，对外墙和围护结构间的缝隙进行回填，采用素土进行夯实→拔掉型钢围护结构，使用浆液充填密实型钢拔掉时出现的孔隙。
3.1围护结构
北区基坑开挖深度是5.35m，放坡卸土距离是0.6m，围护采用H500×200×11×19型钢，采用2排双轴搅拌桩内插法。南区基坑从承台底算起，开挖深度控制在6.55m，北区坑中坑开挖深度是6.1m，南区坑中坑开挖深度是7.3m，放坡卸土距离是0.6m，围护采用H500×200×11×19型钢或H500×200×11×19型钢开展围护，使用2排双轴搅拌桩内插法。
.png)
图1南区部分基坑围护结构平面图
.png)
图2北区部分基坑围护结构平面图
3.2支撑体系
内支撑使用Ф609×12钢管，其中心处标高是-3.70m，围护墙顶位置设置钢筋砼冠梁，尺寸为1200mm×800m。
.png)
图3南区部分基坑支撑结构平面图
.png)
图4北区部分基坑支撑结构图
3.3其他
坑内地基加固使用双轴搅拌桩加固方式，加固宽度是4.2m，深度是坑底以下4m；留土边坡位置及放坡位置，使用水泥砂浆抹面护坡，厚度为50mm。
3.4深基坑围护结构设计原则
本工程深基坑围护进行设计时，要以强度、变形、稳定性为原则。强度性原则指设计及施工的工程项目的支护结构，不仅能抵抗四周土体的作用，还要对周围建筑物产生的附加荷载具备抵抗力，所以维护结构要具备足够的强度，才可对外来荷载产生抵抗作用，防止围护结构产生变形，产生破坏以后，不能正常发挥其使用功能；变形性原则是指在开挖基坑时，基坑四周土体对周围建筑物及深基坑工程产生影响，会产生变形，为防止土体产生严重变形，就需要设置围护结构，通过合理设计，把土体变形控制到项目所在地四周建筑物能允许的最大变形值，通过维护结构，把变形控制在允许范围内；稳定性原则是指在基坑工程施工中，无论是基坑开完过程还是开挖完成以后，都要保持土体稳定，通过设置深基坑围护结构，实现施工现场土体的稳定，且防止了土体产生管涌、流砂现象，同时，设计深基坑围护结构时，稳定性是首要考虑的问题。
4 市政深基坑支护技术施工中面临的问题及挑战
4.1深基坑支护受力的不确定性
深基坑支护的受力情况会因土地质地的粘性、含水率和土壤颗粒大小的不同而产生差别，这样就使得在施工过程中由于这三个因素的变化支护结构的受力情况不同，施工危险系数与难度也加大了，为对安全隐患进行预防，施工前对深基坑支护施工设计时，应该充分考虑土地质地的影响因素，并预测在施工过程中可能造成的危险，根据实际情况制定解决方案，使支护系统能够支撑最大的土体压力，运用已有的市政深基坑支护技术克服施工过程中可能出现的受力变化情况。本工程位于浦东新区，基坑开挖呈狭长状，深度最深是7.3m，基坑长是356.4m，宽度42.1m，施工时候，为防止坡面长期暴露，采用Φ609钢支撑，先撑后挖，分层开挖，对纵坡比严格控制，避免产生坡顶压载现象。
4.2深基坑施工前取样不具有说服力
开展市政深基坑支护技术施工前，要对土地地质开展取样分析，但因地质土层具有变化性、复杂性，使得取样时测得的数据与实际施工时具有一定的偏差，使市政深基坑支护技术的设计方案与真实施工时不相符，发生异常情况。而取样的不全面性是深基坑支护技术面临的普遍问题，所以在施工前要做好面对突发状况的准备，开挖过程中，要严密监测，及时发现异常情况，并对安全隐患进行及时整改。
4.3支撑体系稳定性控制
市政深基坑支护工程在开展后会有水平位移现象发生，这是目前施工后经常发生的现象。深基坑的水平位移会对周边的建筑物，硬件设施或地下管路造成一定的损害。例如深基坑的位移可能会使周边的建筑物发生重心偏移，使地下管路设施由于压力改变而产生破裂等，所以深基坑支护工程的顺利开展，离不开对周边环境的考量，充分考察深基坑工程的深度及大小，使市政深基坑支护技术的平衡理论尽可能的适用于实际工作中，提高安全系数。本工程中使用钢筋砼冠梁内设置一道Φ609钢管内支撑体系，以防止开挖时，立柱桩隆起导致支撑不稳定，还要防止垂直方向上对支撑系统加载，对钢支撑活络头与临时立柱桩节点的稳定性加以控制，对轴力、立柱桩进行监测，并进行严格控制。
5 城市轨道交通配套工程的深基坑开挖和支护
开挖前的场地根据需要重新规划布置，钢立柱施工、冠梁施工以及监测点、元件的布设，采集监测初始数据；在开挖过程中，及时施作钢筋混凝冠梁、安装钢管支撑，密切进行监控量测，同时做好基坑内外防、排水辅助措施，并紧跟后序基底处理、接地网施工、封底及主体结构底板的施工。
5.1基坑土方开挖方案
基坑开挖时，使用层间设台阶并放坡方式，同时，还要竖向分层且纵向分段，各层间形成连续的开挖施工作业面，本项目基坑开挖量多达15866m²，南区开挖深度6.25m，北区开挖深度5.05m，约90000m³。本工程开挖可分成二层土方开挖，第一层为首道混凝土圈梁及钢支撑底标高以上土方，第二层为混凝土圈梁及钢支撑底标高至结构底板垫层底标高以上土方。平面上以后浇带为分界点，分为八块，从南往北出土。对整个基坑的挖土，采用先撑后挖的施工工艺，同时进行“分区、平衡限时对称、分层、”土方开挖，根据施工组织设计的要求，严格控制挖土方式、顺序及流程，且不准超挖，开挖面的高差要小于3m，同时覆土要高出撑顶面30mm，并进行走道板的铺设，不准在底部掏空的部位设置的Φ609支撑构件上进行作业及行人通过。进行基坑整体施工时，在本区域底板和可靠换撑施工完成后，且满足80%设计强度以上时，才能拆除支撑。土方开挖采用机械开挖为主要施工方法，辅助以人工钎土，本工程中机械采用0.4m3反铲挖机、1.0m3反铲挖机和长臂挖机，同时将挖出的土外运。在基坑南区与北区，根据结构底板后浇带的设计部位，把每个区域划分为4个小分区，具体开挖分区如下。
.png)
图5基坑北区分块挖土示意图
.png)
图6基坑南区分块挖土示意图
5.2基坑挖土方法
使用多台挖机进行台阶式放坡接力传递开挖，由下向上以此进行，地面设置渣土车，先撑后挖，开挖完成规定工程量，在规定的范围内开展钢支撑安装作业，这样循环下来，直到全部基坑开挖完毕。在尾部工程，因开挖土方量少，在坑底使用小型挖机开挖，将土输送到坑边，采用长臂挖机开挖，开挖完成后，采用吊车将小挖机吊出。
5.3开挖顺序
竖向开挖时，支撑下方0.5m即为每次开挖的深度，还要先撑后挖，采用拉槽开挖方式，进行下层中间土体的开挖，挖到设计基底标高或基底垫层以后，使用人工找平施工方法，进行基底找平。进行横向开挖施工时，要从基坑中间开展拉槽开挖，以便于挖机可顺利下穿到支撑下方，然后采用对称开挖支撑下围护墙两侧附近的土体。
.png)
5.4支撑体系稳定性控制措施
5.4.1支撑立柱施工
支撑立柱采用H400×400×13×21型钢，型钢的材料为Q235B。桩长为15.0m、12m两种。立柱要严控安装偏差，其中垂直度偏差小于1/200，中心位置偏差小于20mm。
5.4.2钢筋砼冠梁施工
基坑内部加固宽度是4.2m，深度为坑底以下4m，使用双轴搅拌桩加固方式，围护墙顶部安装钢筋砼C30冠梁，尺寸为1200mm×800m，内部配置钢筋。
开挖基槽：使用机械开挖方式（挖掘机），辅以人工清底，挖到距设计标高约30cm；
安装钢筋：根据料单内容，对半成品钢筋的数量、尺寸及规格型号等进行核对，绑扎镀锌铁丝采用20～22号，对钢筋砼冠梁和钢支撑的标高进行核对，依据钢筋保护层厚度要求，准备好垫块，垫块尺寸是50×50mm，且和结构砼的标号一致，构件底面与侧面垫块数要大于4个/m2；
支设模板：冠梁模板使用胶合板，厚度12mm，辅以木龙骨，龙骨尺寸为50×100mm且间距为200mm，同时，间隔300mm安装一到水平钢管，以对模板系统加固，两侧梁侧模外部，设置斜撑与立管，在夯实土体内，使用木方支撑作为斜撑，端部用木方垫稳；
现浇砼和养护：现浇砼前，要检查钢筋和模板，对内部的杂物清理，检查满足要求后才可开展现浇砼施工。施工中使用商砼，采用水泥罐车输送到施工现场，施工中要注意，砼初凝前，要进行振捣，然后做好抹面工作，砼光抹结束后，要开展砼养护工作，通常养护时间是7-14d，养护过程中，通常采用土工布覆盖，并进行洒水。
5.4.3钢支撑施工
开挖基坑以后，施工到钢支撑下50cm后，要对支撑定位线进行测放，进行预埋钢板的开凿，焊接两根托架，采用I14工字钢材料，固定端托架长尺寸为30cm，活动端是35cm，使用满焊方式，对预埋钢板和托架进行焊接；采用汽车吊方式，使钢支撑就位，采用2台100吨千斤顶对钢支撑活动端加设满足设计要求的预顶力，然后采用钢楔进行锁定；根据设计要求，对钢支撑开展加工，节段要依据支顶距离选取，把法兰盘通过螺栓连接的方式，拼接成要求的长度，施工过程中，要设置一个活动端头，还要设置一个固定端顶头，以使钢支撑好安装且便于日后拆卸；在安装支撑作业前，要充分对钢管的质量进行检查，避免存在焊缝开裂和变形过大等质量问题的钢管使用于支撑材料中，防止因材料不合格产生安全隐患；在施工现场开展钢支撑拼装作业，采用穿螺栓和逐节对孔的方式进行连接，根据预先加工的管节长度，正确施工，保证所有螺栓全部拧紧并固死，开展吊装前，要对各节点的连接情况进行认真检查；使用汽车吊开展钢支撑的吊装作业，在吊钩下方设置铁扁担，以实现钢支撑的平稳吊装，当钢支撑就位后，要把钢支撑慢慢的放置于围檩托架上；采用千斤顶进行预应力的加设，钢支撑设置好后，立即开展预应力的加设和锁定，在钢管撑的端位置，要安装专门的顶力座，采用2台千斤顶在两侧均衡作业，且要平缓加以预应力，还要观察钢支撑的变化，在顶力加设到设计预顶力105%以后，安装锁紧片于锁紧段位置，然后对千斤顶拆卸，还要对钢支撑各节点的现场情况进行再次检查。
.png)
图8支撑节点连接方式
6 深基坑施工技术的发展建议
在开展城市轨道交通配套工程深基坑施工时，因深基坑工程量较大，施工工期长，且施工难度大，工程造价也高，因此在深基坑施工过程中每一个环节都需要引起注意和提高警惕，加强对技术的革新和发展，让市政工程的质量和安全得到有效保障。
6.1做好施工安全管理
施工中要及时做好监督与防范工作，对施工过程的各个工序及环节进行严格把控，确保工程的安全及质量。在深基坑的具体施工过程中要安排专人负责施工的每个环节，进行实时监督和施工规范。由于深基坑的投入较大，在施工过程中，工人会出于利益的驱动，出现偷工减料、私自修改施工方案等行为，造成施工作业存在安全隐患，施工建筑也难以有高质量的保证。安全是建筑工程中一个长期的热门话题，深基坑作业也不例外，更需要加强对安全的重视。
6.2创新深基坑施工技术和管理
施工前，要编制科学合理、切实可行的施工专项方案，施工作业要有效结合信息技术，引进专业的技术人才，对现有的深基坑施工技术进行现场指导和纠正，提升深基坑作业技术管理水平，创新我国深基坑施工方式，让我国深基坑施工作业的技术和管理方式得到发展。开展轨道交通配套工程深基坑施工时，要对深基坑支护技术不断的完善和创新，不断提高施工技术水平，确保深基坑的工程质量，施工中还要积极宣传生态施工与安全施工。
7 结论
随着城市化建设的不断推进，城市轨道交通施工项目越来越多，深基坑施工作业也不断得到关注和重视。在深基坑施工作业中要严格执行安全生产规范，确保施工作业的每一个环节有效推进，实现市政工程深基坑作业安全、稳定的开展，为实现高质量的市政工程扎实基础，为促进城市化更好更快的建设做好保障。通过本工程的实践，得出如下结论：
（1）因城市轨道交通配套工程的地质条件复杂，采用多种组合支护方式，可取得很好的施工效果，工程进度得到保障的同时，也有实现安全施工，并保证工程质量；
（2）改区域工程顺利完工，施工过程中，始终对基坑进行严格监测，基坑变形、沉降等控制始终低于预警值水平，基坑始终处于稳定状态；
（3）本工程采用“双轴搅拌桩+内插型钢+Φ609钢支撑”基坑加固方式，在国内相关的施工规范不完善，通过本工程实践工程施工经验的阐述，可为类似城市轨道交通工程基坑施工提供参考借鉴，通过这种支护方式，可有效控制基坑开挖对周围环境产生的影响，同时也有效对基坑支护结构的变形进行控制；
参考文献：
[1]沈保汉．桩基与深基坑支护技术进展[M]．知识产权出版社，2006年10月第一版.
[2]朱合华．地下建筑结构[M]．中国建筑出版社，2005年12月第一版.