地铁车站超大面积特级基坑围护结构施工技术措施

王立军

摘 要：地铁车站围护结构施工是城市地铁施工中的关键部分。受地面交通、地下管线、城市周边建筑物、工程地质和水文地质的制约和影响，其施工难度和施工风险都非常大。地铁车站围护结构施工方法的选择和实施决定着整个地铁建设项目的成果。结合实际工作经验，研究了地铁车站超大面积特级基坑围护结构的施工技术，以期为日后类似工程提供借鉴。

关键词：地铁车站；基坑围护；施工方法；钻孔桩

中图分类号：TU753 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.09.126

1 工程概述

哈尔滨地铁一号线哈尔滨南站位于学府路，是一期工程起点站，车站周边环境、地面交通和地下管网非常复杂，车站以北紧邻哈尔滨南编组站的3座立交桥，最近的一座桥梁的重力式挡土墙距车站边缘仅3 m，车站西侧为学府名居住宅小区，东侧临街有综合汽车修配厂门市、中国农业银行、哈亿达电子有限公司和哈尔滨绿色实业有限公司，最近的建筑物距基坑仅15 m。学府路沿街地下管线比较多，影响车站施工的管线是φ200、φ1000的给水管各一根，φ800、φ600的排水管各一条，φ219的煤气管一根和许多通信、电力管线。其中，φ1000磨盘山供水干线紧贴车站结构穿行。

2 围护结构形式

基坑围护结构主要采用钻孔灌注桩配合桩间网喷混凝土，桩顶设置钢筋混凝土冠梁等形式，所有围护结构均采用钢支撑加固，并采用明挖局部盖挖法进行基坑开挖。车站主体的围护结构采用Φ800@1200的钻孔灌注桩，桩长26～28 m。基坑用4道Φ609钢管支撑，第一道钢管支撑壁厚12 mm，其余三道支撑壁厚为16 mm，钢管撑水平间距为4 m。

3 关键技术及施工技术措施

3.1 钻孔灌注桩

钻孔灌注桩采用旋挖钻机成孔，钢筋笼现场加工制作，吊车起吊入孔，水下混凝土采用导管法灌注。

3.1.1 工艺流程

钻孔灌注桩施工流程为：钻机就位→钻孔→检查质量→孔底清理→孔口盖板→移动钻机→灌前成孔检查→吊放钢筋笼→放溜筒→灌注砼。

3.1.2 钻孔桩施工

3.1.2.1 钻孔灌注桩定位

现场放线定出桩位，并做好桩位的轴线标记，桩位的测量放样要严格依照设计图纸要求外放100 mm。这项工作完成后，工作人员要与有关人员一起复核，作出复核记录，以确保桩位准确无误。

3.1.2.2 护筒设置

护筒是用8 mm厚的钢板加工制作，高度为1.5～2 m，护筒内径比钻头大100～200 mm。护筒要根据设计桩位中心线埋设，埋设深度为1.2～1.5 m，然后复核校正，其偏差应不大于50 mm。护筒四周采用黏土压实密封，防止泥浆渗漏。

3.1.2.3 泥浆制备

开孔使用的泥浆用IP≥17的细粒黏土（班脱土）制作，当钻孔至黏土层时，可原土造浆。在工作过程中，一般地质的泥浆比例为1.1～1.3，松散易坍地层的泥浆比例为1.3～1.5；一般地质的泥浆黏度为18～20 S，松散易坍地层的泥浆黏度为20～22 S。另外，泥浆含砂率不大于8%，胶体率不小于90%.在施工过程中，工作人员要经常测定泥浆比例、黏度、含砂率和胶体率。

3.1.2.4 成孔

根据土质情况，在亚黏土地质层干挖，而在接近砂层的地方开始采用造浆护壁的方法施工。在钻孔过程中，要做到稳、准、慢，钻进速度要根据土层类别、孔径、钻孔深度和供浆量来确定。当钻孔达到设计深度并报工程师检查确认后，应立即清孔，待钻孔清理干净符合要求后，方可灌注水下混凝土。

3.1.2.5 钢筋笼的吊放

钢筋笼使用起吊机吊装就位，钢筋笼吊起后，要缓慢落入桩孔内就位。由于钢筋笼离桩底有一定的距离，待其到正确位置后，用4根φ22钢筋吊钩钩住笼顶加强箍，用2根[16a槽钢做横担悬挂在井壁上，借助自重保证钢筋笼标高和垂直度的准确性。

3.2 冠梁施工

围护桩桩顶冠梁截面为800 mm×800 mm，采用C30砼、冠梁将钻孔桩连成一体。

3.2.1 开挖和桩顶凿除

测量放线，定出梁的中心线和边线后即可进行开挖工作。

基坑内侧用反铲挖掘机挖出宽1 m的土槽，同时，用风镐、风钻辅以人工清除桩顶杂土和浮碴。另外，还要对顶部锚固钢筋进行除锈处理，并校正。

3.2.2 模板施工

在模板施工时，采用基坑内侧支模，其他侧面和底面采用土模的方法。侧模采用组合钢模板，应确保钢模板的牢固性和可靠性。模板支撑体系采用φ48钢管、φ12拉杆、蝶形扣件，模板在安装前要涂刷脱模剂。

3.2.3 钢筋施工

冠梁钢筋现场绑扎，主筋接长采用搭接焊的方式。焊缝长度不小于10 d，而同一断面接头不得超过50%.冠梁钢筋下料时，必须为下一段冠梁施工预留出搭接长度，搭接头要错开，且错开长度不小于35 d。主筋应与围护桩桩顶锚固筋焊接，以保证结构的整体性。

3.3 挂网喷射混凝土

本工程围护桩间部分土体加固和止水采用挂网喷射混凝土的方式。喷射砼时，由相关试验结果可知，要严格控制配合比，水泥与砂的质量比为1∶4～1∶4.5，砂率为45%～55%，水灰比为0.40～0.45.另外，在施工过程中要注意，砼随拌随用，掺速凝剂的混凝土有效时间不得超过20 min。

喷射砼选用TK-961型喷射机，送风选用12 m3/min的风量空压机。为了保证喷射砼厚度的均匀性和一致性，可在喷层预插入短钢筋作为控制标，并分段分片连续进行，而且同一段内喷射顺序自下而上，一次喷砼厚度控制在40～70 mm。在此过程中，喷射操作手要调整好喷距、角度，控制水灰比和喷头的运行轨迹，以保证混凝土的密度，表面平整、湿润光泽、无干斑或流淌的情况出现。砼终凝2 h后要及时养护，养护时间为3～7 d。

3.4 钢支撑

3.4.1 支撑体系

支撑体系采用φ609×12或φ609×16的钢管，围檩采用2I45c型钢腰梁，支撑中间设置临时钢立柱。在架设支撑时，要按照设计要求施加预加力，以保证基坑的安全。

3.4.2 钢支撑施工

3.4.2.1 支撑准备

钢管支撑是由Φ609钢管加工而成的，它主要分为支撑杆系统和附属构件部分。其中，支撑杆系统包括活动端、固定端和主体杆。施工时，各部分由法兰与Φ24 mm高强螺栓拼装连接。为了保证支撑的精度、质量，所有支撑均在工厂加工制作，现场安装、调整、验收合后才能使用。

3.4.2.1.1 活动端

活动端情况如图1所示。

3.4.2.1.2 固定端

3.4.2.2 支撑定位

在圈梁顶标出支撑点的平面位置和高程，计算出与各道支撑的高差。随着基坑土方的开挖，要及时放出支撑位置，确保支撑端部中心位置的偏差≤30 mm。

3.4.2.3 焊钢板支托

随着土方的开挖，要及时在围护结构上用φ16膨胀螺栓锚固支托焊接钢板。钢板上边线比设计支撑中心低——活动端低300 mm，固定端低350 mm，保证支撑放在托架上，并与支撑点重合。

3.4.3 支撑体系技术措施

钢支撑施工要求紧随挖土作业，随挖随撑，无撑挖土的暴露时间要控制在16 h内，必须遵循“先撑后挖”的原则。同时，要用人工开挖钢支撑附近的土方，防止机械碰撞支撑。

在开挖前，需要先准备好合格的、带活络接头的支撑，支撑配件，施加支撑预应力的油泵装置等安装支撑所必需的器材，严防安装支撑时因为缺少支撑条件而延搁支撑时间。另外，端头井部位采用斜撑体系，斜撑的牛腿必须与钢支撑密贴、垂直，如果有缝隙，要用钢板或细石混凝土填充。

在施工过程中，要确保钢管是对称的，使两端同步，与钢围檩正交，斜撑要确保剪力块角度与斜置角度一致，钢管横撑安装后应及时施加预应力。

钢支撑安装质量标准如表1所示。

3.4.4 支撑保护措施

在基坑开挖过程中，要防止挖土机械碰撞支撑体系，以防支撑失稳引发安全事故。为了防止基坑内起吊作业时碰动钢管支撑，每根钢管支撑、钢围檩要求利用钢丝绳固定在围护桩上。

在施工过程中，要加强监测，如果因为侧压力导致钢管横撑轴力过大，就会使得横撑挠曲变形。当横撑挠曲变形程度接近允许值时，必须及时采取增加临时竖向支撑等措施，防止其变形过大，保证钢支撑受力稳定，确保基坑安全。

3.4.5 拆除钢支撑

拆除支撑的顺序是：当底板和底层侧墙的混凝土强度达到设计强度的75%以上时，拆除第四道支撑；当中板混凝土强度达到设计强度的80%以上时，可拆除第三道支撑；当顶板混凝土强度达到设计强度的75%以上时，拆除第二道、第一道支撑。最后压顶梁，当其达到设计要求的强度后，可分层分段回填、夯实顶板覆土。

拆除钢支撑的流程是：吊车和龙门吊就位→钢丝绳扣扎支撑→活动节内安放千斤顶施加顶力→撤除钢楔→解除顶力，同时，卸下千斤顶→支撑杆体下放，拆除高强连接螺栓→拆开支撑杆杆体，龙门吊将各部分分节吊出。

4 结论

哈尔滨市轨道交通一期工程的车站建设情况非常复杂。根据地面交通、地下管线、城市周边建筑物、工程地质、水文地质情况，各车站不同的工程环境和建设条件，本着科学、严谨的态度，因地制宜，借鉴并吸收国内外地铁车站建设的成功经验，在满足使用和运营功能的基础上，推出了结构安全、可靠，能够保护周边环境，缓解交通压力，保证建设工期，控制工程造价等具有综合优势的车站围护结构施工技术方案。只要设计和施工方法得当、措施有力，再加上科学、严密的施工组织和管理，地铁车站围护结构施工一定能够取得预期的效果。

〔编辑：白洁〕