天津地铁1号线下瓦房车站深基坑施工技术

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1、天津地铁 1 号线下瓦房车站深基坑施工技术 一、工程概况天津地铁 1 号线下瓦房车站位于宁波道以南、琼州道以北的大沽 南路下，是 1 线与 5 线之间的换乘车站，1 线与 5 线在大沽南路 与奉化道交口成“ 十”字相交( 交角为 83，1 线在上，5 线在下)。车站为双层岛式车站，地下一层为站厅层，地下二层为站台层， 地下三层为换乘段节点部分。车站主体结构基坑长 204.3m ，宽 19.321.55m ，开挖深度为 16. 523.553m，并设 4 个出入口、2 条风道，见图 1。 图 1 下瓦房车站平面布置图大沽南路是天津的主要交通干道，基坑周围建筑多，如鸿起顺饭 店与主体结构围护间距仅

2、 7.5m ，10 层楼的下瓦房距南端头井 10m ，受车站基坑施工影响的还有琼州道和奉化道交口的 6 层居民楼、北段基坑西侧的 3 幢 7 层居民楼以及在建的恒华大厦高层建筑等。 为此，设计要求主体基坑施工安全保护等级为一级。二、工程地质和地貌基坑开挖深度为 16.523.553m ，围护结构深度为 27.539.0m 。 天津地区是冲积平原，地形平坦开阔，表覆第四系全新人工填土层( 杂填土)，主要土层有粉质粘土、粉土、粉砂、细砂、中砂等；土质 松软，结构松散，见表 1。 表 1 主要软土物理力学指标本场地地下水类型为第四系孔隙潜水， 赋存于第四系粘性土、 粉土及砂类土中， 地下水较丰富。

3、地下水位深 1.02.4m(高程+0. 8+2.0m)，水位变幅在 1.02.0m ，地下水主要补给来源为大气降 水，在第陆相层中粉土及砂类土层中的地下水具微层压性。三、主要施工工艺天津地铁 1 号线下瓦房车站为长大型深基坑，基坑施工包括基坑围护、基底加固、坑内降水、基坑开挖、支撑和基坑监测等。1. 基坑围护当基坑开挖深度超过 10m 、基坑平面超过 1000m2 时，钢板桩、 混凝土板桩、搅拌桩作为围护结构，一般难以抵抗侧向土水压力， 而采用地下连续墙作为围护结构是最适宜的，因为它具有施工振动 小、噪音低、对周边环境无扰动、墙体刚度大、阻水性能好、能适 应多种地基条件、施工安全等众多优点。本

4、主体结构基坑采用国家级工法“ 地下连续墙液压抓斗工法” 施工 的地下连续墙作为基坑围护结构，其规格及数量见表 2。 表 2 连续墙围护结构简明表2. 基底加固为改善基底土体，提高基坑开挖阶段被动区土体的侧压力和基底 的上涌，对深基坑的基底土体进行加固处理，目前可采用的土体加 固主要手段有分层压密注浆加固或水泥搅拌桩加固，由于采用水泥 搅拌桩加固施工周期较长，对基坑内的土体扰动大，易产生基坑失 稳、纵坡不稳等现象，而采用分层压密注浆进行加固，则施工中成 孔孔径小(钻孔孔径为 73mm)，对基坑内土体扰动小，施工周期短；当采用双液浆加固时，浆体进入土体后，早期固结快，浆液不易 流失( 经测试，3

5、天即可达到 70%的加固强度)，为基坑开挖创造条 件。因此，下瓦房车站采用了双液注浆加固方法。在主体结构基坑 内基底位置(南、北 2 个端头井和换乘段肋部及地下连续墙底部)进 行地基加固处理，注浆孔间距为 1.01.2m。加固后效果明显，经 检测，土体强度超过设计的加固技术要求指标 Ps=1.2MPa。3. 基坑降水天津地区地下水丰富，土体颗粒大，透水性强，在深基坑施工时 ，降水可提高基坑开挖施工过程中的边坡稳定和防止基底涌土、涌 水现象的产生。根据在基坑开挖区钻探的 7 只钻孔(ZXWF-1、3、7、10、19、21 、25) 的资料综合分析，施工场区地形平坦，各孔孔口标高相差不大 ，故以

6、ZXWF-7 钻孔资料作为布置深井降水的主要依据。基坑开挖要穿越上部粉土层，座落在粉质粘土层中，由于粉土、 粉质粘土同属含水地层，地下水较丰富，根据每口井的有效抽水面 积(约 130m 2 )，需在开挖面积约 4210m 2 的主体结构基坑中布置 32 口降水深井，深井埋设深度比挖土基底深 4.5m。同时基坑内设置 3 口水位观测井(标准段内设置 2 口，深 17.0m；换乘段设置 1 口，深 24.0m)；在基坑围护外布置 4 口水位观测井，深 10.0m，用于观测 基坑内降水对基坑外地下水位的影响，根据坑内外水位变化，确定 降水的速率和抽水量。(1) 深井施工采用钻机成孔，井径为 705m

7、m ，井深为基底以下 4.5m ，成孔为6.0m，井管材料为 500/400mm 水泥砾石滤水管，井口下部 3m 的 滤水管外包一层 40 目尼龙网。回填滤料高度是从孔底填到地面以 下 1.5m 范围内，回填粒径 37mm 滤料，孔顶处 1.5m 深度用粘土 封堵。在每口深井内放入 1 台深井潜水泵作重力排水。(2) 降水控制降水使基坑内的土体排水固结，并具有一定强度，从而提高坑内 土体的水平抗力，减少基坑的变形量。根据下瓦房站的土体渗透性 和基坑的周围环境，严格控制基坑内的降水速度和降水量非常重要 ，若基坑内过早或过量降水，则会使基坑外地下水位太低，而产生 过大沉降，影响周围环境的安全。因此

8、，基坑降水必须和开挖密切 配合，施工中采取分段、快速、集中降水的方法，并且依据土体渗 水速率、基坑内土体疏干情况和基坑开挖的速度进行降水，主体结 构深基坑是采用分层降水法，在基坑开挖前 57 天开始进行降水 ，由深井内的水泵位置来控制降水深度，由调节抽水时间来控制基 坑内的出水量。通过基坑内的观测井，掌握水位变化情况，其控制 高度应通过计算确定，既不要抽水过深引起地面沉降，也不要抽水 过浅危及坑底安全。基本将地下水降至基坑开挖面下 1.0m 左右， 即满足开挖该层土体的要求。结构段施工完毕，随即停止抽水。4. 基坑开挖下瓦房站主体结构是一个长大型基坑，两端设盾构工作井，中间 有与 5 地铁线相

9、连的换乘段(比标准段结构多一层)，在基坑周围有 数十栋的建筑物，距基坑最近的鸿起顺饭店仅 7.5m，而且交通车辆 仅靠基坑一侧的道路通行，给基坑施工带来较大困难。 (1) 合理划分开挖段车站主体结构基坑长 204.3m 、宽 19.323.8m ，根据地铁车站施 工特点和结构施工要求，将基坑划分为 10 个开挖段，即 1 个换乘 段、2 个盾构工作井、7 个标准段，每段长度约 20m，见图 2。 图 2 车站主体结构施工分段图(2) 挖土在基坑开挖施工时，贯彻集中、快速施工的原则，严格控制基坑 暴露面积和深度。在基坑开挖时，分层、分步进行。每层土体的开 挖深度以设计的支撑位置为准，确保在基坑开

10、挖后能及时进行支撑 安装，减少围护墙的位移。根据实际情况，确定每单元土体的开挖 顺序，基本原则为：先中间，后两侧，确保两侧预留土堤护壁，减 少围护墙的悬臂长度和悬壁时间，见图 3。 图 3 基坑开挖分步示意图深基坑开挖是从上到下分段、分层、分单元进行，分层开挖施工 时，根据施工区域的地质情况，临时边坡控制在 12 以上，每层设 3.0m 宽平台，保证开挖机械设备的运作。基坑开挖到坑底标高 时，总体基坑纵向坡度控制为 13，确保边坡的稳定。由于主体结 构施工是根据总体施工计划进行的，在北侧 3 段施工后，进行南侧 的基坑施工，北侧边坡需要暴露一段时间，为了减少坡面受雨水的 冲刷，在北侧边坡上采用

11、钢丝网和 50mm 厚的细石混凝土进行保护 ，在坡底设置 300mm300mm 的排水沟，保证雨水、地表水能够及 时排除。(3) 挖土设备基坑需开挖约 80 000m 3 的土方量，开挖时又受到支撑的影响； 基坑开挖有 57 层不等，开挖深度为 16.523.553m，故配备了 1 m 3 挖掘机 2 台、12m 臂长的挖掘机 1 台、20m 臂长的挖掘机 1 台、 0.2m3 挖掘机 2 台，保证基坑开挖施工的需要。根据每层开挖土体位置，在开挖第一层时采用 1m3 挖掘机，快 速进行挖土；在开挖下层土体时，采用长臂挖掘机在地面上取土， 可以减少对支撑的碰撞；小型挖掘机可以穿越在基坑下面，挖掘

12、支 撑下部和角落的土体，形成立体开挖作业，缩短挖土时间。同时采 用小型液压挖掘机水平挖土、伸缩长臂液压挖掘机垂直输送的方法 ，使水平挖掘和垂直运输分离，并做到纵向放坡，随挖随刷坡，防 止发生纵坡滑坡。5. 支撑主体结构基坑采用的支撑体系为 609mm(壁厚 16mm) 的组合钢 管支撑和部分现浇钢筋混凝土撑。组合钢管支撑基本为排撑，基坑 端部为斜撑，设置在围护拐角处的角撑为现浇钢筋混凝土撑。基坑标准段为 4 道支撑，南、北端头井布置 5 道斜支撑，换乘段为 6 道 支撑，上下道支撑间距在 24m 不等。(1) 施工要求当开挖出一道支撑的位置时，即按要求在支护桩两侧断面上测定 出该道支撑两端与支

13、护桩的接触位置，以保证支撑位置准确(严格控 制支撑端部的中心位置)，且与支护结构面垂直，接触位置应平整， 使之受力均匀。基坑开挖至设计标高后，及时安装支撑，并按设计 要求施加预应力。(2) 钢支撑安装及施加预应力由于基坑中部无支撑立柱，支撑跨度达 19.521.8m，经我公司 确定，在设计支撑轴力大于 2200kN 的部位，应采用上下双榀 609 钢支撑，为保证支撑的稳定，钢支撑将以设计支撑为中心上下布置 ，间距控制在 30cm 左右。钢支撑安装前，根据支撑位置的实际长度进行拼装，施工中使用 的组合钢支撑长度规格有 0.113m 不等，并有可伸缩调节的活络 支撑，钢支撑一端为固定段，另一端为活

14、络段，中间由不同长度的 直支撑组成，两支承点间的中间段一般控制在 3 节。当开挖至支撑土面时，立即进行支撑安装，标准段支撑两端不设 预埋钢板，施工时在支撑两端将槽壁凿出主筋，然后再焊小三角牛 腿(其尺寸为 20mm200mm350mm)。端头井端头位置的支撑均设 计为斜撑，支撑受力点必须预埋钢板(其外形尺寸为 200mm1000m m1000mm)，以备焊接斜牛腿，斜牛腿用厚 20mm 钢板按实际角度 预制，外形尺寸为 700mm700mm500mm 的三角形。 钢支撑采用 50t 吊机安装就位，并同时施加预应力，预应力应达 设计轴力的 40%80% 不等，其偏差值不大于 50kN。当在第一次

15、施 加预应力后 12h 内，观测预应力损失及墙体水平位移。当昼夜温差 过大，导致支撑预应力损失时，应复加预应力至设计值；当墙体水 平位移速率超过警戒值时，可适量增加支撑轴力，以控制变形。钢支撑拼装要确保直线度，其允许误差1.5，且50mm，活 络伸缩头伸出长度200mm 。支撑端面必须与地下连续墙紧贴，空 隙处填 C20 细石混凝土或塞铁。(3) 混凝土三角撑由于基坑转角处采用的是斜撑，而斜撑距离短，无法使用伸缩支 撑段( 一般伸缩支撑段长 2.8m) ，若采用型钢等，则影响预应力的施 加，因而转角处支撑成为薄弱环节，易产生围护墙变形；再则转角 处围护地下墙的两个面大小不等，所受土压力也不等，会造成转角 幅地下墙的旋转。采用现浇钢筋混凝土角撑，可不受转角处的形状 差异、转角处两边长度不等的影响，从而增强了基坑支撑的稳定性 。主体结构基坑的转角处，按照设计支撑高度的要求，设置了厚 6 00mm 的钢筋混凝土角撑，角撑大小由围护地下端支撑点的位置决 定，采用早强 C40 混凝土浇注。6. 施工监测施工监测的内容包括：基坑内外的情况观察、地表及周边建筑物 沉降、连续墙位移、横撑内力、连续墙内力、地下水位观测和基坑 回弹。