摘要：在地铁施工过程中由于深基坑通常较深，应用钢支撑施工技术已成为保证地铁施工安全的主要手段。应用钢支撑施工技术可以进一步提高基坑的稳定性，保证地铁深基坑开挖施工顺利进行。本文以南通市城市轨道交通1号线一期工程为例，主要分析地铁车站深基坑土方开挖与钢支撑工技术，以期对施工人员提供参考。
关键词：地铁站；深基坑；土方开挖；钢支撑；施工技术
1工程概况
南通市城市轨道交通1号线一期工程起点设置于通州区平潮站，线路出站后经由沪通铁路南通西站，终点站为振兴路站，线路全长39.4km，均为地下线，共设车站28座；设控制中心1座，设车辆段和停车场各1处。
2宏兴路站主体结构基坑支护设计
宏兴路站位于通盛大道与宏兴路交叉口，沿通盛大道南北向布置。宏兴路站为11m岛式站台地下二层车站，车站净长202m，净宽19.7m。标准段基坑开挖深度为16.7m，端头井基坑开挖深度为18.5m。根据本站的工程特点、地质条件、交通组织和环境保护要求，围护结构选用800厚地下连续墙，总计地墙82幅。车站标准段地下墙深30.3m，插入比约0.80；端头井地下墙深34.7m，插入比约0.85；标准段设置四道支撑，端头井段设置四道支撑+一道换撑；其中第一道为混凝土支撑，其余均为钢支撑。基坑安全等级为一级。
3地铁车站深基坑开挖施工技术应用
3.1冠梁及混凝土支撑施工
3.1.1基槽开挖
槽段在开挖时主要应用挖掘机开挖和人工修整相配合的方式来展开。针对基坑内侧开挖，可应用反铲式挖掘机将其挖掘到圈梁底设计标高之下10cm左右，如果基坑底部形成给水，采用集中排水法排至坑外，四周设排水沟，利用潜水泵抽水。
3.1.2凿除地连墙顶超灌砼
开挖完毕后，凿除地下连续墙顶超灌混凝土至设计标高，清除墙顶杂土及浮渣。破除混凝土采用空压机、风镐破碎，严禁使用破碎锤，墙顶要求平整，周边不允许破坏；当墙顶混凝土破到设计标高时观察新破除混凝土质量，如混凝土质量达不到设计要求，继续破除直到混凝土质量满足设计要求为止。地连墙顶部超灌部分混凝土凿除时要注意保护预埋件（如测斜管等）。
3.1.3垫层施工
在将墙头处理完之后，应对基底部位做整平夯实，然后应用木模在基底铺设底模。
3.1.4模板施工
在进行模板施工的过程中，所采用模板主要由侧模、主次龙骨、支撑杆件等部分构成。其中主龙骨应用双拼Φ48×3.5mm钢管，以间距60cm进行设置；次龙骨应用10×10cm方木，以间距25cm进行设置；斜撑应用10×10cm的方木，以间距120cm顶在次龙骨上；对拉杆主要用于对拉主龙骨，其纵向间距为60cm。为避免浇筑混凝土时出现漏浆的情况，应在侧模底端位置增加海绵条，同时保证模板支撑可靠，能够承受施工中产生的载荷。侧模在施工时应用10×10cm的方木进行支撑，应用Φ48的钢管进行斜撑加固。此外，考虑到钢筋混凝土梁在浇筑施工过程中受自身重力影响，可能会出现一定程度的下沉，从而使钢筋受力处于不良状态。为改善这种不良情况，在对之进行放样时，应将模板略微起拱，起拱幅度约为1.5‰L（L为支撑跨度），使支撑起拱的高度能够在出现一定下沉之后，对支撑的稳定性产生一定增强。
3.1.5梁底垫层施工
本工程为富水砂层地质，为确保梁的不下沉、变形、梁底平整度等混凝土现浇结构质量，冠梁、支撑及系梁底均设100mm厚C20素混凝土垫层宽出梁边各100mm、上铺油毛毡（确保垫层与梁底不粘连，可以方便剥落）。
模板的安装:在对混凝土浇筑之前，应当先细致检查模板的拼缝，对其中可能出现漏浆的位置采用双面胶做密封处理，以此避免漏浆同时保证膜内混凝土面的光滑平顺性。其次应在浇筑前对模板表面做清洁、湿润处理，将模板表面存在的杂物、泥沙等清理干净，然后用清水湿润，并报请验收，待检验合格之后才能进入下道施工工序，以此保证混凝土的浇筑施工质量。模板在完成安装之后，应对之牢固性进行检查，同时检查模板中的预埋件、预留孔洞等是否存在遗漏，位置是否与设计相符，在相关信息确认无误之后，开始浇筑混凝土。且在浇筑过程中安排专门的人员监测模板变化情况，如果发现松动或者变形的情况，应及时对模板做加固处理，保证最终浇筑施工的质量。
3.1.6混凝土浇筑
圈梁、混凝土支撑施工均采用商品混凝土，由罐车或泵车浇筑，采用插入式振捣器捣固。混凝土在进行浇筑时，应注意控制料斗到模板的高度，高度差应控制在2m以内。同时在浇筑过程中应保证其连续性，两层混凝土浇筑灌注的时间间隔不能超出规定要求的时间范围；如果应用插入式振捣器进行振捣，应注意控制每层混凝土浇筑厚度，厚度数值应在1.25倍振捣器作用长度内。每个振捣点的持续时间控制应以表面呈现浮浆和不再沉落为止，在移动振捣器的过程中，应将其移动距离控制在振捣器作用半径1.5倍以内。在插入振捣器时，应注意观察钢筋的位置，尽量避免与钢筋发生碰撞。
3.2钢支撑安装及预应力施加
3.2.1直撑安装
标准段第二道支撑每根直撑在地表分单节拼装，第二道支撑以下分两节在基坑内拼装；在每段土方开挖结束后，立即测量支撑中心标高，确定支撑位置后立即凿出地墙预埋钢板，并按照设计标高焊接及安装钢牛腿。直撑安装时，先丈量预埋铁板间距离，及时调整已拼装好的支撑长度，经复验无误后将钢支撑用一台50T吊车将整节钢支撑吊入基坑，架设在地墙上并及时按设计要求施加预应力，最后再一次复紧连接螺栓，完成该根支撑的安装。
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图2钢斜撑节点大样图
3.2.2斜撑安装
斜支撑安装应在每段土方开挖结束后，立即测量支撑中心标高，确定支撑位置后立即将地墙预埋钢板凿出，然后按照设计要求在其上焊接斜垫箱。在安装支撑前，应先对斜垫箱之间的距离进行测量，然后对支撑长度做出相应的调整。经检查无误之后，应用吊车将拼装调整完成的钢支撑架设在斜垫箱对应位置上，并依照设计要求对钢支撑施加预应力，最后对螺栓做紧固性处理，邀请监理单位人员进行验收，待合格之后开始下一层土方开挖。
3.2.3预应力施加
在完成钢支撑吊装之后，应对之进行预应力施加，主要通过2台100t液压千斤顶来完成，且在施加预应力时保持千斤顶行走一致。在施加预应力到位之后，应用钢锲塞紧活络头锲槽，将千斤顶松开，并拆除起吊用钢丝绳，完成该钢支撑的安装。在施加预应力的过程中，应考虑到操作过程中产生的预应力损失，因此施加预应力值通常应当比设计要求高出10%左右，以弥补操作产生损失。
3.2.4支撑体系安装的施工要点
（1）对锈迹较为明显的钢支撑，在对其进行使用前应先对钢支撑的承载能力做出计算，在合格后才能投入使用，如果钢支撑存在明显变形，则不能再次使用；（2）完成钢支撑安装后，应采用轴力计进行轴力监测，每日进行一次监测，并做好记录；（3）在设置钢管横撑时，必须采用分段、分层开挖的方式来进行，科学控制开挖支撑时间；（4）对于所有支撑连接部位，都应当保证与支撑部位紧贴，避免钢管支撑形成偏心受压的情况；（5）端头斜撑应严格控制斜撑的角度，且保证结构焊接牢固；（6）在进行基坑开挖施工的过程中，应注意避免挖土的机械与支撑体系发生碰撞，同时不能在支撑体系上额外增加其它载荷，以避免支撑体系失衡，引发较为严重的事故；（7）钢管横撑的两端设置活动端和固定端，同时横撑管节之间的连接应用高强螺栓。⑻钢支撑采用φ609x16mm的钢管，按设计宽度分段加工制作，钢管与围护结构之间的变化值以钢楔块调整。⑼中间节段就地拼装，眼位对齐，同时保证活动端较宽位置支撑于腰梁上，如达不到，可利用固定端进行旋转。端头安装先安装好固定螺栓，再安装吊环螺栓和角钢支架，再安装端头。⑽组合千斤顶预加力必须对称同步，并分级加载，第一次施加至设计预加轴力值的40％～60％，第二次施加至设计预加轴力值，以减少轴力损失。为确保对称加载，可通过同一个液压泵站外接T形阀门，分别接至组合千斤顶。
3.3土方开挖方法及技术措施
宏兴路站基坑开挖总体方法为：先开挖第一层土方，施工圈梁及砼支撑；待第一道砼支撑强度达到设计强度，开始第二层土方开挖，第二层土方采用分段开挖（全部挖除）；第三、四、五层根据小于1:3坡度进行放坡开挖。
3.3.1分区、分段开挖
车站开挖和支撑架设按照“时空效应”原则，分段分层进行，按照设计要求每段长度在26m左右。平面上本车站基坑开挖以有效站台中心里程为界将车站分为东区、西区两个区。根据车站主体结构施工缝及诱导缝，将车站分为八段，因此基坑挖土拟根据结构分段总的分为八大段（基坑收底时每一段比结构缝多收出2m）,每大段在开挖时再分小段进行。
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图3宏兴路站土方开挖分段分层流程示意图
3.3.2分层、分块开挖
宏兴路站主体基坑土方共计6.9万方，竖向以钢支撑位置分为四层。一个工作面，由北端向南段流水施工（第一段→第二段→第三段→第四段→第五段→第六段→第七段→第八段），总体坡度1:3。第一层每天功效为800m3/天，下层土每天功效为550~600m3/天，平均工效为600m3/天。端头井开挖到底单面需开挖1.5万方，共计需35天。开挖时，先把第一道混凝土撑及第二道钢支撑全部施作完成后，再进行下部土层的放坡开挖；根据1:3总坡度进行放坡开挖，每个分块按2根钢支撑做一个单元。
3.3.3每层土方基坑开挖方法
⑴第一层土方开挖：为施工圈梁及第一道砼支撑，需先进行头层土方的开挖,配备2台1m3标准挖掘机，挖土至第一道砼支撑下（圈梁底），利用挖掘机直接装车，然后施作圈梁及第一道支撑。
⑵第二层土方开挖：第一道砼支撑及圈梁达到设计强度后进行第二层土方开挖，首先用基坑一侧的长臂挖机（臂长18m）挖出坑内喂土用小挖机的工作平台，然后将小挖掘机吊入基坑内的工作平台上，再用小挖机分层挖土至第二道支撑下50cm，并由小挖机将土方挖至取土点，由基坑一侧长臂挖机装车，然后施作第二道钢支撑。
⑶第三层土方开挖:由长臂挖机开挖第三道支撑以下的土体，直接挖土装车，由吊车将2台小挖机吊放至基坑下配合长臂挖机开挖至第三道支撑以下50cm。
⑷第四层土方开挖：由长臂挖机开挖第四道支撑以下的土体，直接挖土装车，基坑内部配备2～3台小挖机翻土配合，分层挖土至第四道支撑下50cm。
⑸第五层土方开挖：由基坑一侧1台电动轮式抓斗继续开挖第四道支撑以下的土体，由抓斗直接挖土装车，基坑内部配备2～3台小挖机翻土配合，分层挖土至第五道钢支撑下50cm。
⑹基坑收底方法：人工配合小挖机开挖剩余的30cm土体到基底标高，严格控制基底标高，由基坑一侧1台电动轮式抓斗继续开挖第五道支撑以下的土体，由抓斗直接挖土装车，完成基坑土方开挖。
⑺边角土方、人工清底土方开挖及出土方法
土方开挖采用人工配合机械实施，基坑内配备2～3台0.4m3小型挖掘机清土、转运，基坑底土方由小挖机归拢至抓斗作业范围内，由抓斗挖土装车，最后边角土方施工机械无法作业的，采用人工按要求将其归拢，小挖机转运至汽车吊能够作业的地方，用汽车吊提升至地面。人工归拢的土方由汽车吊下吊斗，人工装土、吊走。
⑻端头井土方开挖
端头井在进行土方开挖时分为五层，在每层开挖过程中，当挖到距离设计支撑点以下50cm位置处停止，然后在对应位置设置支撑。如图4所示，开挖先从中间三角形区域开始，先完成一侧方向开挖，并架设斜支撑，确认预应力达到设计标准后，再按照同样的方式开始另一侧方向的土体开挖，在此之后进入标准段土方开。区间风井开挖参考宏兴路站端头井作业方法执行。详见下图4。
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图4车站端头井开挖示意图
4结语
随着轨道交通的快速发展，地铁站将越来越广泛。面对地铁站深基坑深、宽、大、等问题，保证基坑的安全施工是前提，研究合理的土方开挖方案，降低施工成本，加快施工工期的有利保证。在精心规划和前期研究和严格控制和改进的过程中，基坑施工成功地提前完成了土方开挖，创造了良好的施工效益，为同类工程提供了很好的借鉴。
参考文献:
[1]《建筑地基基础工程施工质量验收规范》 GB50202-2012.[S]
[2]《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204-2015.[S]
[3]《钢结构工程施工及验收规范》GB50205-2001.[S]
[4] 地铁深基坑支护和土方开挖施工探析.[J].管喆玮.建筑技术开发.2020-03-15