临近地铁深基坑土方开挖施工技术

GXF360 2017-06-22

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临近地铁深基坑土方开挖施工技术

□文/郭丽琴李平旺

【摘要】：对平安街70号项目深基坑临近地铁2号线土方开挖进行了研究探讨，采取“按需降水，由远及近（地铁侧）、分段分块、先撑后挖、及时封闭”的原则组织施工，靠近地铁侧每次开挖面积控制在600 m2。该施工工艺克服了靠近地铁的深基坑土方开挖的复杂情况及安排协调土方施工顺序精细化要求高等诸多难点，保证了现场深基坑土方开挖的施工进度、安全和质量，有效地加强对地铁的保护，确保工程正常施工。

【关键词】：临近地铁；深基坑；开挖

1 工程概况

1.1 工程概述

平安街70号项目位于天津市河北区，东侧是平安街，西临海河，北侧是进步道，南侧是奥式风情音乐公园。拟建物包括1栋22层办公楼，3栋9层公寓，1栋3层商业楼；地块范围内均设2层地下室（局部3层）。室内±0相当于大沽高程5.000 m，自然地坪标高为-0.700 m，基坑槽底标高为-9.75 m（地下2层区域）及-15.15 m（地下3层区域）。基坑开挖面积13 786 m2。

1.2 周围环境

天津河北区奥式风情街南片项目位于天津市河北区平安街-自由道-海河东路-进步道所围合处，北侧距地铁2号线约16 m，东侧距天津警备区干休所约22 m，南侧紧邻奥式风情音乐公园，西侧距海河约35 m，周边环境复杂，市容环保工作非常重要。平安街为24 h单行线，物资运输受限，见图1。

图1 项目周边环境

干休所、河北区国税局等建筑物为文物保护单位，对平面位移、竖向位移要求均非常严格。

周边地下埋设危险性较大的管线主要有供电管线、天然气管线、通讯光缆等，对土体变位敏感的管线有天然气、给排水管线等。

项目北侧紧邻地铁2号线，2号线右线隧道据基坑仅有16 m。地铁控制线已经进入了项目红线范围内，见图2和图3。

图2 基坑与地铁2号线边线平面

图3 基坑与地铁2号线剖面

1.3 基坑支护设计概述

采用钢筋混凝土钻孔灌注桩作为支护结构。三轴和两轴水泥搅拌桩为止水帷幕。在北侧靠近地铁部位增加一道TRD水泥搅拌墙作为止水帷幕。支护设计设有3道内撑。

1.4 工程地质条件

场地地处华北平原，属冲积、海积低平原地貌单元。据了解，拟建场地原为居民区，2004年前后完成拆迁工作。该场地埋深80.00 m范围内，地基土按成因年代可分为9层，按力学性质可进一步划分为17个亚层。

1.5 土方开挖难点分析

周边环境复杂，基坑变形控制严，基坑稳定性要求高；地铁、道路、管线保护是工程重难点。

地块北侧现有地铁2号线，距离基坑较近，地铁控制线在项目红线以内，地铁隧道变形要求严，保护要求高。

基坑面积较大，需要降水的范围较大，持续降水时间长，降水对基坑周围环境影响较大，降水和减压需要进行预先设计与预控，防止降水引起地面和周围建筑物下陷。

2 土方开挖方案

2.1 开挖前的准备

现场整平，施工道路铺筑，临时用水、用电接驳，为工程实施创造条件。

因施工场地狭小，现场设一个栈桥，栈桥尺寸为30 m长×20 m宽，用于长臂挖掘机挖土及混凝土浇筑时使用。北区-7.5 m以下挖运土时土方车在栈桥由长臂挖掘机装车。

2.2 土方开挖

工程占地面积17 316.6 m2，基坑面积13 786 m2，大概挖土量15万m3。因为考虑到地铁保护的需要，基坑土方开挖要遵循“由远及近（地铁侧）、分段分块、先撑后挖、及时封闭”的原则组织施工，靠近地铁侧每次开挖面积控制在600 m2左右。由远及近施工即加强对地铁的保护由南向北施工，在得到可靠的支撑保护后再施工地铁侧。

分两阶段：第1阶段大面积挖土到地下室2层底板，包括1号、2号、3号楼和部分地库，4号、5号楼挖土至第2道支撑底标高；第2阶段只第2道支撑下挖土，4号楼和部分地库挖土到地下室2层底板，5号楼挖土到地下室3层底板，见图4和图5。

图4 基坑平面

图5 基坑开挖剖面

2.2.1 第1阶段土方开挖

1）第1步挖土至-3.70 m（第一道支撑底标高），挖土深度3 m，采用6台1.4 m3反铲挖土，南北区各安排3台挖机。土方量约42 000 m3，土方外运每天按2 000 m3考虑。预计需要的时间是考虑到水平支撑梁的基槽开挖、降水井周边和支撑立柱周边土方人工开挖的降效，该层土方开挖预计需要21 d。

先挖基坑中间支撑和周边有腰梁的部位，最后挖栈桥处土方，由西向东随着土方开挖先施工基坑西侧的腰梁，然后顺序分段施工对撑。为栈桥和中间支撑、腰梁施工创造条件，保证栈桥和支撑及腰梁混凝土强度尽早达到设计强度。北区土方外运从栈桥旁边临时坡道出土，南区土方外运从现场南侧6 m大门处临时坡道出土，见图6。

图6 第一阶段第一步土方开挖顺序

2）第2步挖土时，4、5号楼挖土至-7.50 m处（第2道支撑底标高）；1、2、3号楼挖土从-3.70 m到车库2层底板-9.750 m处，挖土深度为6.05 m，为尽量减小挖土对周边建筑物的扰动，分3层开挖（最后人工配合机械挖筏板基础及电梯基坑），挖土总方量为79 000 m3，预计55 d挖完。

这一步挖土以对撑为界分成“南区、中区、北区”3个施工段，由南向北梯次顺序施工。

各区以两台普通挖机为一组向中心岛上接力倒土，3个施工段分别向出入口修筑3个临时坡道用于出土，随着挖土的进展最后挖除坡道，坡道土方倒运至栈台处用长臂挖掘机挖走，见图7。

图7 临时坡道

从本层挖土开始，沿基坑支护内侧先进行同等深度的试开挖，检测止水帷幕是否渗漏水。

本步挖土根据分段情况，结合图纸后浇带位置，要随挖随浇筑混凝土垫层，垫层与支护结构顶严，以减少地基的暴露时间、保持地基稳定和支护结构安全。

2.2.2 第二阶段土方开挖

1）地下2层底板施工完，混凝土强度达到80%后，开始进行第一步挖土，5号楼从-7.50 m（第2道支撑下）至-11.70 m处（第3道支撑底标高），通过栈桥采用岛式开挖法，坑内土方采用普通挖机、小型挖机后退式将土方堆至栈桥部位，再用长臂挖掘机挖走。其余部分从-7.50 m（第2道支撑下）至-9.750 m，这部分土方结合角撑和对撑的位置分3段抽条式开挖，先挖东西两段的土方（A和B区域），以施工4号楼的2层地下室底板垫层和第三层内撑，然后再挖中间段的土方（C区域），见图8。

图8 第2阶段第1步挖土区域

本层土量约8 200 m3,用2台小挖机在支撑下掏土，3台普通挖机为一组接力倒土，先把土倒到已经施工完毕的相邻地下室2层底板上（满铺钢板做好混凝土底板的成品保护）再用一台长臂挖掘机站在栈桥上挖走，计划采用20 d将土方挖完。

2）第2步挖土从-11.70 m处至-15.15 m处，电梯基坑-16.80 m及坑中坑-18.30 m处采用人工配合机械挖土，本层土方量约5 500 m3，为了保护地铁，本层挖土分2部分。以结构施工缝位置为界，先施工东侧部分（上部区域），待这一部分地下室底板混凝土施工完成后，再挖除剩余部分土方（下部区域）。预计13 d挖完，挖土方法同第一步。

2.3 土方开挖需要的其他工作

2.3.1 降水井保护

在基坑开挖时，对降水井进行保护，随挖随拆并仍然持续降水，基坑开挖至设计标高后，降水井周围作防护，设警示标识。

2.3.2 人工配合清理

土方开挖至基底标高以上400 mm范围时，人工配合清理至基层底标高。在开挖至水井、工程桩、止水帷幕内边400 mm处人工配合进行清理，防止挖掘机碰坏以上部位。

2.3.3 测量控制

开挖时由测量技术人员专门负责测量，严格控制开挖标高，严禁超挖，清基底土时应严格按照标高清土，不得少挖、超挖，如有少量超挖，则超挖部分应保持现状，严禁随意回填，应用垫层砼找平；如果出现超深部位（＞300 mm）回填机碎石，用平板振捣器振实处理，每层厚度250～300 mm。

开挖时，及时对基槽轴线、标高的技术复核，发现问题及时处理。

2.3.4 坡道设置

为便于在基坑底施工作业，在基坑正对大门处设临时道路坡道，坡道净宽度≮8 m，坡度约为20%，以方便倒运土方。