內(nèi)容提要：本文介紹XX地鐵一號線XX站在復雜的地質(zhì)條件、周邊環(huán)境惡劣和施工條件極為復雜的情況下，選擇合理的支護型式和開挖方式，安全而快速地完成了深基坑的開挖。
關(guān)鍵詞：基坑 鋼支撐 開挖 監(jiān)控量測 爆破
1、工程概況
XX站位于XX市主干道XX北側(cè)，東端處于XX路和XX路之間，西端緊鄰XX叉路口，車站南側(cè)緊靠建筑物密集。車站內(nèi)地形起伏變化較大，中間高，東西兩端低，北面高，南面低，施工圍擋距結(jié)構(gòu)僅1～2m，施工場地極為狹窄。位于車站西北角的XX的樁基礎(chǔ)距車站圍護結(jié)構(gòu)僅0.5m。詳見圖1。
車站處于XX臺地，上部浮土為第四系沖、洪積層，主要為雜填土、淤泥質(zhì)粘土、粉質(zhì)粘土等，下伏基巖為上白堊系上大朗山組粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、含砂礫巖和礫巖，基坑范圍內(nèi)基巖分為強、中、微三個風化巖，強風化巖可以用挖掘機直接開挖，中風化巖由于堅硬，強度大，需要采用打眼爆破方式進行開挖。
基坑東西長292m,南北寬21.3～26.91m，開挖深度13.4～20.89m，開挖土石方總量約13萬方，其中石方量約3萬方。
2、施工支護結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算
2．1施工支護結(jié)構(gòu)
基坑開挖的土體支護選為護壁樁，在施工完畢后也作為永久結(jié)構(gòu)的一部分參與側(cè)墻受力。
護壁樁插入底板位置以下深度，對微風化、中風化和強風化巖分別為2.5、3.5和4.5m。如底板以下仍為土層，則插入深度加長。
隨著基坑向下開挖，從上到下共設(shè)置三道鋼管水平支撐，支撐沿基坑的縱向水平距離為5.4m，支撐為Φ700的鋼管，壁厚分15mm和11mm兩種，支撐的端部與爪形托架相連，托架主要由三根Φ250、厚10mm的鋼管組成，分別撐住相鄰的三根護壁樁。
在架設(shè)水平支撐時，用千斤頂施加300kN的預(yù)壓力。
2.2計算參數(shù)的選定與計算分析手段
按照結(jié)構(gòu)的實際埋深與兩側(cè)土層的實際分層情況確定巖土介質(zhì)的計算參數(shù)，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的力學參數(shù)則根據(jù)實際截面大小及所用材料確定，方案中護壁樁的直徑為Φ1200mm，間距1800mm，考慮護壁樁的施工澆筑條件可能較差，對其變形模量Ec乘折減系數(shù)0.8。另外為偏于安全，也不考慮樁與側(cè)墻襯砌之間的網(wǎng)噴砼的作用。
地下水位取當?shù)刈畹偷乇硐?.5m。
地表處緊靠車站北側(cè)側(cè)墻有已建的多層房屋，在驗算時則包括已建房屋重量對車站結(jié)構(gòu)的影響，每層房屋折合成15kN/m2，對一般的6～7層房屋為90～105kN/m2，這些房屋基礎(chǔ)的埋深不清。保守地將其作用于地表來考慮。
施工支護結(jié)構(gòu)所受的荷載除土壓力外，包括兩側(cè)地表處有20kN/m2施工荷載。計算施工支護時，由于降低了地下水，不考慮地下水的側(cè)壓力。
計算分析采用土工專用的PLAXIS有限元分析程序。對施工支護按照施工順序，計算出自上而下開挖并逐一設(shè)置支撐，以及自下而上構(gòu)筑永久結(jié)構(gòu)并逐一拆除支撐的每一階段的內(nèi)力與變形，從中尋求最不利的階段，以及施工過程中護壁樁與支撐所經(jīng)歷過的最大內(nèi)力與最大變形。
2.3施工支護結(jié)構(gòu)計算
取最不利的車站東段進行分析。此處基坑北側(cè)土體按高出南側(cè)5.5m計算，在距離北側(cè)護壁樁4m以遠處有已建的6層房屋。按最不利的地表荷載分布，即北側(cè)離樁4m以遠處作用均布荷載90KN/m2，在樁與房屋之間的4m寬地表則作用施工荷載20kN/m2；因整個支護此時向南位移，南側(cè)地表荷載將起到有利作用，取為零值。
由于北側(cè)地面高出南側(cè)5.5m，在三道水平支撐之上再設(shè)置一斜撐以控制頂端的水平位移。此外對所有支撐考慮300KN的預(yù)應(yīng)力，計算步驟為：
（1）架設(shè)斜撐及第一道水平支撐，開挖至5.5m深；
（2）架設(shè)第二道水平支撐，再開挖至10m深；
（3）架設(shè)第三道水平支撐，在開挖至14.5m深；
（4）在開挖至19m深；
（5）建造底板，拆除第三道水平支撐；
（6）建造樓板，拆除第二道水平支撐。
各施工階段支撐的軸力見后體系內(nèi)的最大變形和內(nèi)力均發(fā)生在第（5）階段即澆筑完底板并拆除最下面一道支撐之后，這時體系變形見圖3，右樁頂?shù)乃轿灰萍s為19mm，左樁頂?shù)淖畲笪灰圃谄渲胁繛?3.5mm，樁內(nèi)力圖見圖4。
水平支撐2中出現(xiàn)的軸力最大，達1574kN，樁的最大彎矩為北樁1242KN-m、南樁943 KN-m，樁徑均為Φ1200mm。
從圖3可見，地表沉降僅3mm左右，不構(gòu)成對地面房屋的威脅。北側(cè)樁的最大位移13.5mm在許可值之內(nèi)。南側(cè)樁的最大位移雖然稍大些，但發(fā)生在頂端且反向擠壓土體以側(cè)，故不致產(chǎn)生危害。
鋼管支撐在同一基坑內(nèi)，上下三道支撐受到的最大軸力也不同，負荷最大的是第二道支撐，其次是第三道支撐，最上面支撐受力最小。為了節(jié)約材料，將支撐分成兩種壁厚尺寸，用于不同受力地段。
對于=15mm鋼管，承受最大壓力為210t，自重引起的附加彎矩約17t-m，考慮端部偶然偏心，保守的取偏心距為200mm，有偶然偏心彎矩42t-m，其可能的作用方向一般與自重引起的附加彎矩相反，按有關(guān)規(guī)范算得鋼管中的計算應(yīng)力為210Mpa，符合要求。
對于=11mm鋼管，承受最大壓力為1000kN，算得鋼管計算應(yīng)力不足140Mpa，低于允許強度設(shè)計值215Mpa較多。
從計算結(jié)果可見，車站的多數(shù)地段用Φ800mm的灌注樁也能滿足強度及變形要求，施工中統(tǒng)一采用Φ1200mm灌注樁。在側(cè)邊有已建房屋及基坑較深（>16m）和土質(zhì)較差的區(qū)段配筋率稍高。
3、基坑土石方的開挖方案及實施
3.1基坑開挖過程中的總體部署
3.1.1根據(jù)XX站的地形、地質(zhì)條件和周邊環(huán)境的特點，基坑開挖由中間開溝，自上而下分階段開挖，臺階式施工，自東西向兩端推進，從東西兩端出土。為減少裝載的倒運環(huán)節(jié)，采用運輸公路直接下坑，挖掘機開挖后直接裝自卸汽車運輸為主的開挖方法。這樣可開辟兩個獨立的開挖工作面，為保證基坑的開挖進度創(chuàng)造了條件。
3.1.2由基坑鋼支撐上下排的標高確定上下分階段標高。
3.1.3在基坑橫向開挖上事先考慮多種開挖方案：
3.1.3.1先開挖中間部分后開挖南側(cè)（地勢較低），再開挖北側(cè)（地勢較高）。
3.1.3.2先開挖南半部分，后開挖北半部分；
在施工過程中根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，調(diào)整橫向上的開挖方案。
3.1.4加強開挖過程中的監(jiān)控量測，掌握開挖過程中圍護結(jié)構(gòu)的變形速率和力學動態(tài)，了解施工對周圍環(huán)境的影響，監(jiān)測資料及時整理，反饋信息，用以不斷調(diào)整開挖速度和開挖方案，指導施工，嚴防超挖，力求把基坑開挖對周圍環(huán)境的影響減少到最低程度。
3.2開挖程序
基坑在開挖高度上分階段開挖，由于西部地勢較低，上下分兩個階段，東部地勢較高，上下分三個階段，西端基坑開挖順序見圖5。
3.2.1第一階段開挖順序
南段部分開挖由兩端向中間已塹溝型式相向開挖，隨后北半部分開挖時自中間溝槽開始分別向東西兩側(cè)相背開挖，邊挖邊支撐。采取這種開挖方式，除了考慮北側(cè)電信管線改移的時空關(guān)系外，另一個重要原因就是北側(cè)地形高，建筑物高而密集，基坑周圍土體壓力較大，南側(cè)地勢較低，而且緊靠中山一路南側(cè)道路（相距2米多），基坑周圍土體壓力較小，后開挖北半部分可以減少其暴露時間，減少基坑基坑收斂。第一階段開挖順見圖6。
3.2.2第二、三階段開挖順序
在第一階段開挖完畢后，由兩端向中間開挖斜溝至第二階段底部標高，東西方向拉通，在拉通的中間部位橫向拉橫溝，自橫溝開始向東西兩端相背開挖第四部分，當?shù)?部分兩個相背的工作面距離達到30m左右時，又從中間向第三階段下挖橫溝，即開挖第5部分至基坑底這樣就形成了兩獨立的開挖系統(tǒng)，每個系統(tǒng)上下兩個或三個臺階，可以交替開挖，也可以齊頭并進，同步開挖，保持超前關(guān)系10～15m，每個獨立的系統(tǒng)布置2～3臺挖掘機同時作業(yè)。第二、第三階段開挖順序詳見圖7。這樣既可以有效地降低基坑的收斂速度，又能保證基坑的開挖進度，為下一步主體結(jié)構(gòu)的施工和整個工程進度創(chuàng)造有利條件。
3.2.3當基坑開挖到東西兩個端頭時，為確保東西兩個端頭的（特別是西端頭緊鄰XX叉路口）的穩(wěn)定性，暫由挖掘機卸土至帽梁標高以下4m左右處，暫時不挖，以平衡端頭土體側(cè)壓。待附近段的墻板柱框架結(jié)構(gòu)完全達到設(shè)計強度后，在西端鄰近段主體結(jié)構(gòu)頂板中間和西端帽梁中間部位之間架設(shè)一道與基坑橫向支撐一樣的縱向支撐，在東端帽梁和鄰近部位南北側(cè)圍護樁頂部帽梁之間安設(shè)臨時八字撐（I40工字鋼）。在安設(shè)好兩個端部的加強支撐后，利用兩端已預(yù)先安設(shè)好的龍門架系統(tǒng)，用吊斗將土石方吊運到鄰近段主體結(jié)構(gòu)的頂板上，作為道路回填土。
3．3基坑支護
3.3.1基坑的支護型式首先要滿足如下功能：
3.3.1.1在基坑開挖時和車站主體結(jié)構(gòu)鋼筋混凝土施作前保護圍護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。
3.3.1.2有效地控制基坑收斂和位移
3.3.1.3便于基坑土石方的開挖
3.3.1.4確保在支撐拆除時不至于對主體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響
3.3.2根據(jù)圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析和工藝技術(shù)原則，經(jīng)過多種方案比較，我們采用了三樁一主撐、每個主撐兩端有三個次撐、每個次撐分別支撐一條樁的型式鋼
支撐的型式詳見圖8，其水平間距為5.4m，基坑在垂直高度上分別設(shè)兩排或三排，在車站西部基坑北側(cè)緊鄰圍護結(jié)構(gòu)（相距僅0.5m）有一幢七層樓宇，為確保其安全性，在它的附近采用豎向架設(shè)三排鋼支撐的支護方式。這樣基坑南北兩側(cè)的所有圍護樁在基坑開挖后都有2～3排支撐，確保了基坑的穩(wěn)定和安全。
3.3.3XX站周圍建筑物密集而且高大，鋼支撐的加工與架設(shè)對圍護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定至關(guān)重要。首先，保證鋼支撐的加工質(zhì)量，控制加工后鋼支撐軸線的偏心度在10mm內(nèi)，鋼支撐法蘭盤接頭處的螺栓要經(jīng)過嚴格檢驗后才能使用，法蘭盤用螺栓對接后再在法蘭盤接頭處上下左右四個邊用鋼板（б=12mm）加以焊接，這是保證鋼支撐穩(wěn)定工作的前提。鋼支撐在架設(shè)前還須準確放出支撐點位置，保證鋼支撐與墻面垂直。每個鋼支撐的次撐架設(shè)后用鋼絲繩吊拉在預(yù)埋在圍護帽梁上的吊鉤上。鋼支撐架設(shè)時嚴格按設(shè)計要求，每撐增加預(yù)應(yīng)力100～300kN。
3.3.4在基坑開挖過程中，鋼支撐應(yīng)隨著工作面的開挖，隨挖隨支，但架設(shè)過早會影響施工機械的運作，設(shè)置過晚則危及基坑安全。就這個問題我們的實際做法是當基開挖鋼支撐設(shè)計位置下1m時，先不挖基坑兩側(cè)土體，而從中間挖一6m左右寬、4～5m深的槽后，立即架設(shè)鋼支撐，在鋼支撐安裝完畢后，再挖除兩側(cè)土體，這樣施工既保證了機械的作業(yè)空間，又有效地保證了圍護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，我們認為這是一個成功的施工方法。
4、施工對周圍環(huán)境的影響
基坑的監(jiān)測工作隨著車站主體結(jié)構(gòu)的封頂而結(jié)束，監(jiān)測最后結(jié)果如下：
4.1基坑收斂
車站沿基坑縱向布置的12條南北收斂測線，有11條測線收斂值在允許范圍（小于50mm）內(nèi)，只有一條測線D19－1累計收斂值達68mm。
4.2地表沉降
基坑兩側(cè)及東西端地表沉降均在允許值（小于30mm）內(nèi)，其中最關(guān)鍵地段基坑西部北側(cè)燕子樓段的C47、C48、C49三點地表沉降在3.45mm范圍內(nèi)，遠遠小于允許值�；又胁哭r(nóng)林大廈南C26、C36、C37、C38四個觀測點累計沉降值為4～21mm，小于允許沉降值。
4.3建筑物傾斜、沉降、裂縫
通過對基坑北側(cè)XX、XX大廈、XX辦事處、XX招待所等幾幢樓宇或房屋的傾斜觀測，非常微小。這些建筑物累計沉降值變化在2～4.5mm，遠遠小于允許沉降值（小于30mm）。從基坑開挖到主體結(jié)構(gòu)竣工一年多時間內(nèi)，這些建筑物的裂縫沒有變化。
5、結(jié)論
5．1從基坑開挖完后的監(jiān)測資料可以看出，東山口車站的沉基坑開挖是非常成功的。
5．2從XX車站深基坑的成功開挖，我們可以總結(jié)出以下經(jīng)驗：
5.2.1選擇合理的開挖方案可以有效地減小基坑開挖時對周圍環(huán)境的影響。
5.2.2選擇良好的支護形式是深基坑安全開挖的保證。
5.2.3正確處理基坑土石方的開挖速度與鋼支撐架設(shè)的時空關(guān)系，對同時保證基坑的開挖進度和圍護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定是非常重要的。
5.2.4通過綜合和系統(tǒng)的監(jiān)控量測，及時反饋信息，指導施工，可以較好地控制周圍環(huán)境和坑周土體的穩(wěn)定。
