复杂环境下地铁深基坑逆作开挖法施工技术

张卫锋

(南通路桥工程有限公司，江苏 南通 226007)

1 工程概况

太湖花园站是无锡地铁3号线一期工程(苏庙-机场)从北向南的第13个车站。太湖花园站3号线部分为地下两层岛式车站，双柱三跨，站台宽14 m，线间距17 m。车站外包总长230 m，车站标准段外包宽度为22.7/23.8 m。有效站台长度120 m。有效站台中心里程处轨面标高为-12.376 m，底板埋深约为16.95 m，顶板覆土厚约3.2 m，地面设计标高为4.020 m。采用逆作开挖法施工，车站两端区间采用盾构施工法，两端均为盾构接收。

2 施工技术

太湖花园站施工平面布置示意见图1，总体施工顺序为：采用“逆作开挖”施工方法，首先进行围护结构施工，十字路口的围护结构先施工完，该部分的结构顶板采用逆作法施工，接着进行逆作顶板的结构施工，施工完后回填恢复路面交通，进入一期二阶段施工，施工剩余的围护结构，待全部围护结构施工完后，再开挖并支撑，最后施工主体结构。基坑开挖期间，竖直方向根据基坑纵深并遵循“竖向分层、纵向分段，由上而下，逆作施工”的原则。

图1 太湖花园站站施工平面布置图

太湖花园站基坑开挖深度17.09～24.885 m，总体开挖面积5 885 m2，总体开挖方量约104 540 m3，基坑最深处开挖标高为-20.861 m。基坑周边环境较为复杂，对基坑变形较为敏感。面对复杂的地理环境及地质条件，在保证安全前提下，提高土方开挖效率、支撑体系施工及安全性，是基坑土方工程乃至整个工程施工的重点及难点。

2.1 土方开挖方法

1)为保证逆作开挖施工的安全性，首层土方开挖与结构同时施工，并对首层围护结构采用“预制叠合板锚杆结构体系”，叠合板面高压喷射混凝土的方式快速施工，首层以下部分施工以首层围护结构为基础。

2)分段长度视周围环境、工程地质、水文地质综合考虑确定，为保证首层逆作施工围护结构变形的可控性，分层视支撑竖向间距及机械工作能力确定，首层开挖分为6个施工段和5个施工层，先开挖围护结构侧的方土，进行预制叠合板的分段吊装、锚杆打设以及高压混凝土喷射施工，基坑内的支撑体系同步施工，确保首层逆作开挖施工的顺利开展。

以A区开挖为例,各层土方具体开挖如下。

(1)首层土方开挖，采用一台液压PC220挖掘机由端头井往后退挖土至第1道混凝土支撑底，开挖深度1.9 m，边开挖边施工一道钢筋混凝土支撑。第1道钢筋混凝土支撑施工完毕，立即进行预制叠合板的吊装等工序施工，遵循“支撑分层施工，叠合板分层分段吊装，锚杆同步打设，一次性喷锚”的施工原则。所挖出的土直接装车外运，首层土方开挖采用边加固基坑边挖然后施工钢筋混凝土支撑的施工方法，直至全部施工完毕，基坑全部加固完后开始自北向南开挖第2层土，土方开挖示意见图2。

图2 首层土方开挖纵断面图

(2)为加强对基坑顶部为位移的控制，首层土方围护部位采用“预制叠合板锚杆结构体系”，以下部分采用地下连续墙围护。冠梁与第1道混凝土支撑强度达到100%后，进行第2层土方的开挖。开挖时，采用放坡开挖和分四层后退开挖相结合，其中第1层开挖高程为2.124～4.176 m，开挖深度为6.3 m，即开挖至第一道钢管支撑底面下0.5 m的位置，此过程开挖也分为2次完成开挖，第1层开挖可用大挖机直接开挖，基坑西侧的土方采用小挖机倒运至东侧,再装车沿东侧便道运出；其次，考虑首层土多为松散的杂填土且开挖深度较大，本层土又分为两层，采取1∶2放坡系数，保证首层土开挖稳定性。采用小挖机开挖并将坑内土方转运至基坑东侧，长臂挖机和大挖机置于基坑边缘上，沿基坑东侧便道行驶，将土方装入运输车辆。

钢筋混凝土支撑平均间距为9 m，A区内由北向南依次于3道支撑间分别布置一台小挖机，相互配合逐层放坡开挖并掏挖混凝土支撑下土方，最终沿车站方向形成为1∶2的开挖坡面。待开挖出相应层段水平工作平台4～6 m后施作钢管支撑。

第2层土方开挖置小挖机于现有土方开挖层面向下开挖(见图3)，同时在第1层开挖土方坡面上设置一组挖机，用于开挖第1层2小层(即1-2层)土方并协助转运第2层所开挖土方至地面挖机工作范围内，以地面挖机装土外运。水平工作面内A区自北向南，土方由西向东收拢于基坑东侧。以下所有层面土方水平方向土方均按上述开挖方式开挖。

图3 第2层土方开挖纵断面图

施工过程中纵坡动态坡度控制为1∶2，横坡为1∶1，层间留设平台，平台纵向宽度4～6 m，使纵向总开挖坡度控制在1∶2～1∶3，横坡控制在1∶1～1∶3，以保证边坡稳定。每个施工作业面内进行分层分段开挖，每段开挖中又分层、分块实施，每块先挖中间再挖两侧，每层开挖结束，立即安装钢管支撑并施加预应力。

3)基坑开挖至最后不能挖土的部分土方采用吊机吊装土斗进行外吊，吊斗规格为1.5 m(长)×1.5 m(宽)×1.2 m(高)，采用t=10 mm钢板焊制而成。

2.2 冠梁及第一道混凝土支撑施工

2.2.1 冠梁及第一道混凝土支撑施工安排

地下连续墙顶设置钢筋混凝土冠梁，太湖花园站冠梁截面尺寸为1 000×800 mm(宽×高)，车站主基坑第1道支撑为混凝土支撑，其中南端头井设置4根800×700 mm斜撑及1根1 500×1 500 mm角撑，北端头井设置4根700×900 mm斜撑及4根1 500×1 500 mm角撑，基坑标准段为21根800×700 mm混凝土对撑；南端头井第2道支撑设置4根900×800 mm斜撑及4根1 500×1 500 mm角撑，北端头井第2道支撑设置2根900×800 mm、2根900×900 mm斜撑及4根1 500×1 500 mm角撑。冠梁与第一道混凝土支撑同步施工，分段组织施工。

2.2.2 冠梁施工

1)首层土方施工采用了“预制叠合板锚杆结构体系”与首层结构同步施工，实现了“逆作开挖”与地下结构的第一步结合。待土方开挖至冠梁底面标高时，冠梁施工采用钢筋混凝土现场浇筑，并在冠梁底部留有外伸钢筋，外伸钢筋与下部首层预制叠合板锚杆高压喷浆施工时进行加强筋的连接。

2)首层冠梁与其下部预制叠合板锚杆整体施工时，应将首层预制叠合板锚杆结构施工至2层地下连续墙顶500 mm以上，待首层施工完毕，进行2层土方开挖，并破除地下连续墙混凝土至设计标高，清除地连墙顶的余土、浮渣，将桩顶混凝土凿毛，并用清水清洗干净，然后将地下连续墙外露钢筋与首层预制叠合板底部钢筋连接，并在两者之间后浇段内设置加强筋，后浇段按围檩结构设计配筋，并在围檩结构中预埋钢套管，以待后续锚杆施工作准备，形成“围檩-锚杆”加强体系，提高整体围护结构的安全性。

3)预制叠合板锚杆结构现场施工时，叠合板预制部分的厚度不小于120 mm，外露钢筋的长度不小于450 mm，锚杆直径为30 mm，首层锚杆设计长度为9 m，间距为1.5 m，其他部分锚杆设计长度为6 m，间距为1.8 m，现浇冠梁、围檩处锚杆设计长度均为9 m，间距均为1.2 m加密。

4)冠梁、围檩与预制叠合板之间以及预制叠合板之间留设后浇混凝土段和整个围护结构面层混凝土高压喷射施工同步，形成将整个围护结构施工为一个整体。

3 结束语

本文以无锡地铁3号线太湖花园站深基坑“逆作开挖”施工为例，基坑开挖采用在竖直方向根据基坑纵深并遵循“竖向分层，纵向分段，由上而下，逆作施工”的原则，并合理按照结构混凝土诱导缝、施工缝等分段实施，采用“逆作开挖法”完成整体地下结构施工，即项目整体先进行围护结构施工，十字路口的围护结构施工完毕后结构顶板采用逆作法施工，接着进行逆作顶板的结构施工，待全部围护结构施工完后，再开挖并支撑，最后施工主体结构。经过专家论证，方案可行有效。