地铁车站深基坑支撑体系施工技术

地铁车站深基坑支撑体系施工技术 莫智彪市政一公司

尊敬的各位领导、同事： 上午好！虽然在国内城市轨道交通发展已经经历了几十年了，总结了不少施工技术经验，但是南宁尚无轨道交通工程建设经验，同时南宁的地质条件与其它城市不同，给南宁轨道交通建设带来一定的难度，所以对南宁轨道交通工程的第一个试验段——广西大学站的各种施工技术的研究，特别是在南宁特有的地质条件下深基坑支撑体系施工技术的研究，为今后南宁轨道交通工程施工积累经验，具有非常好的意义。这次以南宁轨道交通广西大学地铁车站深基坑支撑体系施工为例，进行交流，有不当之外，请给予指正。

内容工程概况 01 02 基坑支撑体系施工技术

大学东路 世贸西城百汇华庭时代天骄水泥制品厂国人大药店联华宾馆项目部驻地城市碧园华联超市明秀西路工程概况 1.1车站设计概况广西大学站是南宁市轨道交通工程一号线近期工程的第九个站，位于大学路和明秀路交叉的十字路口。车站设计总长465m，车站设置11个出入口，2个风亭。

工程概况 1.1车站设计概况车站标准断面宽度为20.7m，为地下两层岛式车站。一号线有效站台中心线轨面埋深为14.955m（相对地面），中心轨面标高62.315m。底板埋深为15.535m（相对地面），顶板覆土厚度大于3m。基坑开挖深度为16.24m～19.16m，基坑开挖宽度20.7m～27.7m。

1.2 地质地貌情况 大学路为南宁市东西向的主要交通枢纽，车流量大，人口密集。地面条件复杂，地表两侧的建筑物密集，是集商业民用建筑的一条街。拟建车站构筑物左侧沿线埋藏有旧地下防空洞，东西走向。防空洞顶板埋深一般为6m左右，深度范围一般为4～10m。车站及附属工程用地范围内，主要为道路及绿化带，地形起伏小，平坦，地面高程75.86～77.89米，相对高差2.03米；地貌属邕江北岸Ⅱ级阶，第四系沉积物为邕江河流冲积砂砾层及土层，下伏基岩为下第三系泥岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、粉砂岩。防空洞

1.3 基坑情况分析 工程范围内地质条件复杂，多为透水性地层，施工中可能出现泥浆流失、钻孔坍塌、基坑失稳、周边建筑结构地基失稳、主体结构施工过程中渗水漏水严重等情况。因此在围护结构和支撑体系施工中，要注意各道工序的施工要点，安全施工，保证支撑体系的质量。 • 圆砾粒径5~40mm

基坑支撑体系施工技术 2.1 基坑支撑体系本车站由三道支撑组成混凝土撑钢管支撑钢管支撑

2.2基坑支撑体系的施工 2.2.1第一道钢筋砼支撑施工本车站首道支撑采用钢筋混凝土撑，钢筋混凝土直撑截面为800mm×900mm、肋撑截面为600mm×900m。冠梁施工完成后，先进行第一层土方开挖，开挖至钢筋混凝土撑底面标高位置，使钢筋混凝土撑在平地上置模施工。

2.2.2第二、三道钢支撑施工 • 钢管支撑在基坑旁提前拼装，开挖到钢管支撑标高时，及时用10T龙门吊吊装安设钢围囹与钢管支撑，如图示。通过2个100T液压千斤顶对钢管支撑活动端端部施加设计轴力的70%～80%的预加力，再用特种钢特制的楔形隼子塞紧，取下千斤顶。在基坑开挖中将充分利用“时空效应”，钢支撑的安装和预应力的施加控制在16小时以内。钢管支撑在基坑外施工便道上拼装成整根，人工配合10T龙门吊吊装就位安装。钢管支撑吊装示意图

(1) 直撑安装 直撑安装前根据相关计算，将标准管节先在地面进行预拼接并以检查支撑的平整度，其两端中心连线的偏差度控制在20mm以内，经检查合格的支撑按部位进行编号以免错用，明挖部分的支撑采用整体履带式吊机一次性吊装到位。吊装前需按设计值标高，将预先加工好的牛腿用膨胀螺栓固定在连续墙上，在其上安设已有托板的钢围囹，并用C30砼填充钢围囹与连续墙间空隙。钢支撑吊装到位，用两个组合液压千斤顶同步施加预加应力，最后用隼子塞紧。细石砼填缝

(1) 直撑安装 钢隼子

（2）斜撑安装 • 两端盾构井与墙体呈有一定夹角的斜交，为了保证支撑稳定性和安全性，采用钢筋混凝土腰梁和牛腿替代钢围囹。基坑开挖至腰梁标高处，先施工腰梁和牛腿，待混凝土强度达到设计要求时，再进行支撑安装作业。施工过程中确保牛腿上预埋钢板位置安装准确，相对两面钢板保证与腰梁的夹角为450角，标准段钢围囹与腰梁的接驳必须按照设计要求施工，详见图4和图5。图4钢管斜撑与腰梁连接处牛腿大样图图5 砼腰梁和钢围囹连接大样

2.2.3内支撑体系安装的施工要点 • 基坑竖向平面内需分层开挖，并遵循先支撑、后开挖的原则，支撑的安装应与土方施工紧密结合，在土方挖到设计标高的区段内，及时安装并发挥支撑作用。开挖示意图

2.2.3内支撑体系安装的施工要点 • 基坑竖向平面内需分层开挖，并遵循先支撑、后开挖的原则，支撑的安装应与土方施工紧密结合，在土方挖到设计标高的区段内，及时安装并发挥支撑作用。 • 钢管横撑按每节5~9m的标准长度进行分节，同时配备部分长度不同的短节钢管，以适应基坑断面的变化。管节间用法兰、高强螺栓栓接，同时每根横撑两端分别配有活动端和固定端。 • 钢管对称确保两端同步，与钢围囹正交，斜撑要保证剪力角度与斜置角度一致，钢管横撑安装后应及时施加预应力。 • 组合千斤顶预加力必须对称同步，并分级加载，为确保对称加载，可通过同一个液压泵站外接T形阀门，分别接至组合千斤顶 • 为防止钢管支撑压变形，要求活动端、固定端承板采用厚4cm的特种钢板。开挖示意图固定端活动端

2.3基坑支撑体系稳定性分析 2.3.2支撑稳定性分析 2.3.1支撑体系内力计算沿车站纵向取单位长度按弹性地基梁理论,基坑并联开挖、支撑架设及拆除支撑等工况进行内力计算，其结构的先期移位值和支撑的变形一定要计入计算内，根据“先变形后支撑”来进行结构分析。 • 弯矩作用平面内的稳定性支撑发生的失稳往往为弯曲失稳，其计算公式为：计算公式中的各参数取值如下： KN.M(构件段内最大弯矩)=121.2 kN.m; A(毛截面面积)= 31807.43 mm2;Φx(稳定系数)= 0.7832; Mx(等效弯矩系数)= 1.0; N’Ex(欧拉力)= 7100.69kN。经计算, 弯矩作用平面内支撑最大应力= 195.94 N/ mm2 < f = 215 N/mm2,所以根据计算，弯矩作用平面内的支撑满足稳定性要求。 • 弯矩作用平面外的稳定性在弯矩作用平面外的支撑主要发生弯矩扭曲失稳，计算公式为：各参数的取值如下:Φy（稳定系数）= 0.7832;η（等效弯矩系数截面影响系数）= 0.7;Φb（整体稳定系数）= 1.0。经计算, 弯矩作用平面外的支撑最大应力=94.62 N/mm2< f = 215N/mm2,所以根据计算，弯矩作用平面外的支撑满足稳定性要求。

2.3.3 监测数据分析 2.3.3.1连续墙墙顶位移和墙体测斜 • 在基坑开挖过程中，通过对连续墙监测，分别记录下基坑开挖至第二道及第三道支撑时监测数据，其检测结果结果（图6）。测点的水平位移随着基坑的开挖深度而变化。在墙体低处位移趋近于0，中部达到最大值。地连墙墙顶水平位移监测累计最大值为13.8mm（收敛）；地连墙墙体测斜累计最大值为21.51mm（收敛），第三道钢支撑由于预加轴力使得最大水平位置值小于检测结果。整个施工过程中水平位移最大为21.51mm，小于预警值，故基坑安全没有塌陷的危险。连续墙测斜监测图

2.3.3.2基坑周边地表沉降 • 全年对基坑周边地表113个沉降观测点进行了监测，主要是防止周边土体发生塌陷险情。 • 全年累计沉降：地表沉降最大点为D23-2，累计沉降-13.5mm。（注：下沉为“-”，反之为“+”）分析所有数据，大部分监测点都下沉，下沉量最大为-11.8mm,可见变形不大，证明地表是安全的。在施工的过程中由于基坑开挖，土体的整体性遭到破坏，变形会偏大。但开挖完毕，进入主体施工阶段后，地表沉降受影响不大，变形也比较微弱。同时，周边水位下降，紧邻围挡处为道路路面，该道路车流量和吨位大，周边地表土体受车辆来往振动造成地基土压缩，从而对地表沉降有一定的影响。多种原因造成地表沉降，但沉降量均在控制范围内。

2.3.3.3建筑物沉降 • 基坑施工对土体有影响，如不加紧监测，会影响周边市民的生命已经财产安全。所以，施工方对基坑周边的12栋建筑物进行了观测。 • 全年累计沉降：累计沉降量较大的建筑物有F7、F8、F9、F12，其中累计沉降量最大建筑物为F8，建筑物累计沉降最大点为F8-1，沉降值为5.6mm；（注：下沉为“-”，反之为“+”） • 倾斜监测：12栋建筑物倾斜观测中，各建筑物的倾斜值很小，都在正常范围内。 • 建筑物沉降分析：基坑开挖时，由于周边土体不稳定，会影响周边建筑物，同时周边的水位也起伏不定，从很多方面影响了建筑物，使建筑物变化复杂。但通过分析数据，巡视建筑物，都未有异常发生。基坑主体施工阶段，虽然对周边土体有扰动，但影响较小，建筑物下沉很微弱，沉降变化在正常范围内。基坑右侧大部分建筑物为上世纪八九十年代建筑，其自身沉降已经趋于稳定。但是由于使用时间较长，存在楼房损坏及私自乱改乱建现象，使其局部荷载不一，建筑物存在部分裂缝及不均匀沉降。基坑左侧主要建筑物为世贸西城，该楼楼层高30层，并且为新建楼盘，建筑物本身有一定的自重沉降。总的来说，各建筑物沉降量较小，都在预警值范围内。

2.4 支撑的拆除 支撑体系拆除过程其实就是支撑的“倒换”过程，即把由钢管横撑所承受的侧土压力转至永久结构或其它临时支护结构。支撑体系的拆除施工应特别注意以下几点： • 拆除时应分级释放轴力，避免瞬间预加应力释放过大而导致结构局部变形、开裂，同时对连续墙墙顶和墙体测斜进行监测。 • 利用主体结构换撑时，主体结构的砼强度应达到设计要求的强度值。 • 第一道钢筋混凝土拆除在主体结构的砼强度应达到设计要求的强度值后进行，采用风镐凿除支撑混凝土将支分段割断后装运至弃碴场。

结论与建议 广西大学站施工全过程基坑围护结构稳定，周边建构筑物的结构安全无异常，表明支撑体系施工技术方案的可行性。同时利用监测数据,根据对地理环境及工程地质，工程特点和难点，对连续墙进行稳定性分析，验证了本工程基坑围护结构支撑体系的稳定性理论计算的正确性，为今后类似工程积累经验，提供数据参考。建议今后类似工程施工，制定有效可行的施工技术方案，在实施过程中一定要不断地结合现场实际及时对方案漏动进行修正，确保安全。

谢谢大家

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