关于大型超深基坑支撑与开挖技术的研究

中图分类号：U455

文献标识码：A

文章编号：1674-1145(20l

0)14-0134-02

一、工程概况

如意坊站位于广州市荔湾区黄沙大道和多宝路交叉路口，车站东邻黄沙大道，西靠珠江约18咪，周边分布有大量危房及多、高层建筑。车站地理位置复杂，周边建筑物密集，车站距住宅楼直线距离仅为6m；本地区地层较为复杂，地质与水文地质条件较差且地质纵横向变化大，从地表以下依次为：人工填土、淤泥质砂层、粉质砂层、粘土层、各种风化程度的粉质砂层全风化岩带、强风化岩带、中风化岩带、微风化岩带，存在空洞、岩层软化、砂层液化等不良地质。地下水主要为第四系松散层潜水型孔隙水、基岩强一中微风化带的裂隙水，地下水位高，常年水位稳定在地表地下0.00－4.50m，受珠江潮汐相关，给施工增加了很大难度。

车站明挖基坑的外包尺寸长111.6m、宽39.8m、深33.57m.体积：14.9万m。如图1所示：

二、施工支护结构设计与计算

(一)施工支护结构

站区范围内的地质条件较差，富水的污泥质砂层平均厚度达到8.3米，为有效控制变形，减少基坑施工对周边建筑物的影响，基坑采用1m厚地下连续墙加内支撑的型式，连续墙成槽采用双轮铣槽机成槽，连续墙与主体结构侧墙为复合墙结构。

随着基坑向下开挖，从上到下共设置六道钢筋砼支撑，支撑沿基坑的纵向水平距离为7m，南北两端设置钢筋砼斜撑，与两排钢格构中立柱、163联系梁组成刚性框架支撑体系。

(二)计算参数的选定与计算分析手段

设计永久荷载包括土压力和水压力，可变荷载为施工荷载(5kpa)和地面超载(20kpa)。计算方法内力计算采用增量法.软件采用“理正深基坑支护F-SPW5.3版”，土的水平抗力系数按K法确定，主动土压力与被动土压力采用矩形分布模式。对施工支护按照施工顺序，计算出自上而下开挖并逐一设置支撑.以及自下而上构筑永久结构并逐一拆除支撑的每一阶段的内力与变形，从中寻求最不利的阶段，以及施工过程中连续墙与支撑所经历过的最大内力与最大变形。

(三)施工支护结构计算

车站基坑采用各地质钻孔计算，进行开挖、加撑、主体结构施工、拆除支撑等共计25个工况分析，结果表明对撑段最不利钻孔在进行主体结构舡拆除第四道钢筋砼支撑时连续墙变形最大(22.92mm)，开挖至第四道支撑时弯矩最大。如图2所示：

三、基坑土石方的开挖方案及实施

(一)基坑开挖过程中的总体部署

1.根据如意坊站的地形、地质条件和周边环境的特点，基坑开挖采用坡道运输与台阶转运相结合的开挖技术方案，自北西南推进。设置“人”形分叉坡道进入基坑内，在有限的开挖空间内先开挖两路通道，贯通形成环形通道，运输车辆不需倒车，从“人”形分叉坡道环路进出基坑，解决运输组织方式。经设计计算、试验，采用坡度为26％的运输坡道，实现运输车辆由坡道直接进出有限空间的基坑内运土改变垂直提升、多层转土方式，提高出土效率，缩短工期。

2.由基坑钢筋砼支撑间距的标高确定上下分层开挖高度。

3.在确定基坑支护方案的同时考虑开挖方案。本工程将原设计第三、四层支撑由3.5m间距“一”字撑变更为7m间距的“米”字撑，增加挖掘机作业空间。提高工效。

4.为解决因留置坡道引起的局部支撑无法架设，超挖所带来围护结构受力改变的空间问题，运用理正软件进行工况分析计算。通过对比正常开挖与局部超挖工况下围护结构受力和变形，提出加设临时支撑克服局部超挖引起的围护结构变形。

5.加强开挖过程中的监控量测，掌握开挖过程中围护结构的变形速率和力学动态，了解施工对周围环境的影响，监测资料及时整理，反馈信息，用以不断调整开挖速度和开挖方案，指导施工，严防超挖，力求把基坑开挖对周围环境的影响减少到最低程度。

(二)开挖程序

如意坊站基坑为超大型基坑，基坑的开挖遵循“时空效应”原理，施工采取“竖向分层，纵向分段，随挖随撑”的原则组织施工，严格控制基坑开挖后无支撑的暴露时间，以此确保基坑安全。基坑开挖分为在开挖高度上分层分阶段开挖，开挖分七层、四个阶段。基坑开挖顺序如图3所示：

1.第一阶段开挖顺序。第一层(表层)平面开挖，自南向北推进，直接挖土装车从北端外运。第二、三、四层，采用坡道方式开挖，沿中立柱之间，分左右2路开挖至南端，并贯通形成环形通道，再从基坑南端全面开挖，向北推进，土方运输由坡道运出。第-阶段开挖顺如图4所示：

2.第二阶段开挖顺序。台阶法接力方式开挖五、六、七层土石方，利用第一阶段修整的坡道出土。在基坑中部第四道支撑顶面铺设运输道路，开挖的土石方，采用挖机直接挖第五层土石方后向第四层的运输车装车，沿铺设的道路一第四层路堑式通道运输出基坑。第六、七层利用挖机接力传递至第四层装车，沿铺设的道~--,g四层路堑式通道运输出基坑。

3.第三阶段开挖顺序。台阶法从南往北推进开挖，利用第一阶段修整的坡道出土至坡道全部修为台阶。随着台阶式开挖向北端的推进，放坡的路堑越来越短。当台阶式开挖推进至第二层时，道路消失。此时，从第七层到第二层剩余的土石方全部由台阶向上接力传递。在北端和东侧地面设长臂挖机挖第二、三层的土石方装车。

4.第四阶段开挖顺序。台阶法开挖三至七层土石方，在基坑北端利用龙门吊垂直出土。

(三)基坑支护

1.基坑的支护型式首先要满足如下功能：(1)在基坑开挖时和车站主体结构钢筋混凝土施作前保护围护结构的稳定；(2)有效地控制基坑变形和位移；(3)便于基坑土石方的开挖；(4)确保在支撑拆除时不至于对主体结构产生影响。

2.根据围护结构内力分析和工艺技术原则，经过多种方案比较及模拟土方开挖，支撑我们采用了沿基坑的纵向水平距离为7m的钢筋砼米字撑，增加挖掘机作业空间。南北两端设置钢筋砼斜撑(为满足盾构吊出需要)。基坑在垂直高度上分别设六道钢筋砼内支撑，支撑的型式如图5所示：

3.在基坑开挖过程中，不得随意扩大开挖范围和深度，及时施工(架设)支撑，砼支撑应随着工作面的开挖，随挖随支，避免基坑无支撑状态下暴露时间过长造成围护结构变形过大产生危害。

四、施工对周围环境的影响

在对基坑开施工过程中展开连续墙顶水平位移(最大6ram)、连续墙体变形(最大22.53mm)、土体侧向变形(最大22.605mm)、支撑轴力(最大7630.5KN)、地下水位(最大0.73m)、基坑周边土体沉降(最大16.6mm)、中立柱沉降(最大6mm)等监测项目的实测，对各项目监测数据进行综合分析。整个施工过程中各项的监测数据表明，基坑未出现异常情况，测值均在正常范围内。

五、结论

从如意坊车站深基坑的成功开挖，我们可以总结出以下经验：

1.选择合理的基坑支护和开挖方案可以有效地减小基坑开挖时对周围环境的影响，是深基坑安全开挖的保证。

2.正确处理基坑土石方的开挖速度与钢支撑架设的时空关系，对同时保证基坑的开挖进度和围护结构的稳定是非常重要的。

3.该技术方案对工程成功的实施，起着决定成败的关键作用。该支护方案通过适当加大支撑截面，增大支撑间距，避免支撑密集，提高开挖效率，缩短工期。该开挖技术克服结构纵横交叉、施工障碍等空间因素，为大型超深基坑的工程实践提供宝贵的实践经验。

六、应用前景

随着城市地铁建设的发展，后建线路与先建线路交叉时，只能向地下深纵发展，大型超深基坑将是未来国内城市地下空间建筑发展的趋势。该技术对解决空间、时空诸多限制条件下大型超深基坑的施工有借鉴意义。对解决类似空间限制、运输方式、运输效率、围护结构空间受力等方面起到借鉴作用，具有广泛的应用前景。