地铁结构上方基坑土体开挖施工工艺研究

王大伟

摘 要：本文以合肥市怀宁路下穿天鹅湖隧道工程为例，对地铁结构上方基坑开挖施工工艺，流程等进行分析研究，最后给出施工要点，以供参考。

关键词：基坑开挖;施工工艺;流程;要点

0 前言

随着时代的发展，地下快速干道开发也处于建设高潮时期，但也存在一些问题，在区间地铁隧道上方进行土方开挖施工，当开挖卸载时会导致隧道上浮，影响地铁行车安全，施工风险非常大，传统的基坑施工工艺已不能满足其安全要求。

1 工程概况

合肥市怀宁路下穿天鹅湖隧道工程北起南二环，南至祁门路，为城市主干路，双向六车道，全长约1公里，为双孔型式，结构宽度30.4 m，隧道净高4.5 m。天鹅湖隧道结构垂直上跨地铁3号线，上跨位置地铁管片覆土深度17.4 m，与天鹅湖隧道底板竖向最小净距7.5 m，因此涉轨段基坑需下挖约10 m。

2 基坑开挖施工工艺分析

按照怀宁路下穿天鹅湖隧道工程施工安评报告的要求，地铁上浮允许值为11.5 mm。传统基坑施工工艺无论是围护开挖还是放坡开挖，都无法对地铁结构上浮进行有效控制。为解决土方开挖卸载造成的地铁结构上浮问题，本项目将涉轨段基坑利用围护桩分成四个仓进行开挖，开挖到位后，采用压底板与围护桩形成“门式”框架抑制土体上浮的施工工艺。涉轨段基坑采用钻孔灌注桩+2道支撑进行围护，同时在隧道两侧分别设置1排隔离桩，涉轨段基坑用隔离桩分为4个区域，每个平面分区内土体开挖竖向分4层，每层分为3块，按照“先两侧，后中间”的原则进行土体开挖，并分部浇筑坑底压板。压底板与隔离桩采用植筋方式连接，最终与隔离桩形成“门式”框架结构。

3 施工工艺流程及操作要点

3.1 涉轨段基坑施工工艺流程

围护桩、隔离桩施工→冠梁及混凝土支撑施工→Ⅰ部分分层开挖→钢支撑安装→Ⅰ部分分层开挖至设计标→施工Ⅰ部分压底板→Ⅱ部分分层开挖→钢支撑安装→Ⅱ部分分层开挖至设计标→施工Ⅱ部分压底板→中间围护桩凿除→Ⅰ、Ⅱ部分隧道主体结构施工……→施工Ⅳ部分压底板→拆除基坑中间围护桩→Ⅳ、Ⅴ部分隧道主体结构施工。

3.2 施工操作要点

3.2.1 静压钻孔灌注桩施工方法

利用全套管对桩身进行保护减少围护桩施工对既有地铁结构的扰动。

（1）导墙施工。为了提高静压旋挖钻桩孔口的定位精度并提高就位效率，在桩顶上部施作混凝土导墙。导墙板厚不小于50 cm，强度等级为C20混凝土，导墙板的宽度应保证导墙的整体稳定，并满足围护桩的施工精度要求。导墙达到强度后，才可进行灌注桩施工。

（2）钻机就位。移动套管钻机至正确位置，使套管钻机抱管器中心对应定位在导墙孔设计桩位中心。

（3）取土成孔。施工时采用钢护筒作为套管对桩身进行保护，在桩机就位后，吊装第一节钢套管在桩机钳口中，校正钢套管垂直度后，磨桩下压钢套管，压入深度约为1.5 m

～2.5 m，然后用旋挖钻从钢套管内取土，一边取土、一边继续下压套管，始终保持套管底口超前于开挖面的深度≥2.5 m。第一节套管全部压入土中后（地面以上要留1.2 m～1.5m，以便于接管），检测垂直度，如不合格则进行纠偏调整;如合格则安装第二节套管继续下压取土。如此继续，直至设计标高，进入设计标高后改用旋挖机配合进行开挖，直至设计孔底标高。

（4）钢筋笼制作、吊放及混凝土浇筑。钢筋笼在加工场内焊接成型后分段运至现场，在孔口用汽车吊吊放，下放前检查钢筋笼的垂直度，确保上下节钢筋笼连接时中心线保持一致。钢筋笼入孔时应慢慢放下，严禁摆动碰撞孔壁。孔口连接时要保证焊接质量，整孔钢筋笼下放完毕后焊接吊筋，确保钢筋笼的平面和标高准确。

桩身混凝土浇筑前试验室人员应现场检查混凝土的塌落度，保证混凝土的和易性和流动性，在灌注过程中按试验要求做混凝土试块。混凝土采用罐车运输，吊车配合导管灌注。灌注开始后，应紧凑连续地进行，严禁中途停工。

（5）拔管成桩。边浇注混凝土边利用引拔机提升套管，应注意始终保持套管底低于混凝土面不小于2 m。在灌注将近结束时，由于导管内混凝土柱高减小，超压力降低，而导管外的泥浆及所含渣土稠度增加，相对密度增大。如在这种情况下出现混凝土顶升困难时，可在孔内加水稀释泥浆，并掏出部分沉淀土，使灌注工作顺利进行。在拔出最后一段长导管时，拔管速度要慢，以防止桩顶沉淀的泥浆挤入导管下形成泥心。为确保桩顶质量，在桩顶设计标高0.5 m～1 m以上。

3.2.2 冠梁及钢筋混凝土支撑梁施工

（1）冠梁及混凝土支撑施工。冠梁和钢筋混凝土支撑同步施工，确保支撑体系的整体性。先挖除围护桩顶土方，凿除桩顶混凝土至设计桩顶标高，然后将混凝土支撑底标高以上土体全部挖除，再进行混凝土冠梁及混凝土支撑的制作。混凝土支撑浇筑混凝土的下承层承载力需满足要求，确保混凝土支撑呈直线，保证轴心受力。具体工艺流程如下： 施工准备→测量放样、定位出钢筋混凝土支撑的中心位置→破除基坑内路面、挖除土体→破桩顶部劣质混凝土、桩基检测→冠梁及混凝土支撑钢筋绑扎→安装冠梁及钢筋混凝土支撑模板→浇筑冠梁及支撑混凝土。

（2）支撑的拆除。待隧道主体混凝土浇注完成后并达到设计强度的100%时，可拆除相应钢筋混凝土支撑，钢筋混凝土支撑拆除采用绳锯配合人工手持风稿进行，凿出的钢筋采用氧割进行割断，凿除时，破成2 m～4 m左右的分段，吊车调运至场地上方，再采用振动锤破碎成小块便于装车运出。

3.2.3 土方开挖施工

在完成围护桩、冠梁及混凝土支撑施工后，待混凝土强度达到设计强度开始进行基坑土方开挖。基坑开挖施工时，按照水平分仓、竖向分层、预留核心土的原则实施。按围护结构，分成四部分，按Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的施工顺序进行。

每一分仓土方开挖竖向分4层，第1层整体开挖至冠梁以下，开挖深度约1.5 m;第2～4层开挖深度约3.0 m，分为3块，先对称开挖区间上方两侧土体，再开挖区间正上方土体。

3.2.4 压底板施工

压底板采用C35补偿收缩早强混凝土浇筑，厚度为80 cm。钢筋混凝土压板与隔离桩采取植筋方式连接，植筋用的胶粘剂必须采用A级改性环氧类或改性乙烯基脂类的胶黏剂。每根隔离桩在压底板上下两层主筋的位置，各植入4根φ22钢筋，间距20 cm，植筋锚入桩体内长度不小于50 cm。绑扎压底板钢筋后浇筑混凝土，压低板最终与隔离桩连接形成“门式”框架结构，保护地铁结构不上浮。

3.2.5 预压水带

在压低板混凝土达到设计强度前，为尽量抑制基坑底土体上浮，待混凝土压板混凝土初凝后，在上方临时压重稳定坑底土体，使用2 m×3 m×6 m的PVC专业桥梁预压水袋满铺一层，并进行注水压重。水袋压重工艺流程：

基底清理→水袋铺设定位→水袋充气辅助展开→水袋注水加载→日常安全巡查→水袋卸水 →水袋打包拆除。

3.2.6 基坑监测

基坑施工过程中对基坑及区间隧道的监测十分重要，必须选择专业的监控量测单位对基坑及隧道进行监测，并与地铁单位共同建立监测成果交流群，每天将监测数据上传，通报监测结果。并一起制定综合应急预案，确定监测预警值及应急措施。采用“底层-结构法”结合有限元理论进行分析，得出每一工况安全控制标准并制定预警值与应急措施。

4 结语

怀宁路下穿天鹅湖隧道在施工过程中，严格按照工艺要求，分仓、分块、分层施工，并加强监控量测工作。目前涉轨段隧道主体已基本完成，地铁结构上浮仅3.95 mm，远小于安评报告的允许值11.5 mm，达到了安全跨越地铁3号线的目标。有效控制地铁隧道变形，圆满完成涉轨段基坑的施工任務。本施工工艺对于跨地铁段基坑开挖施工有较强的指导性，尤其适用于城市环境，施工场地受限，周边环境复杂，安全风险大、社会关注度高的工程项目。