中原地区地铁基坑无立柱桩开挖施工

赵瑞涛

摘要：文章结合郑州城郊线二期土建A合同段机场东站基坑开挖施工，分析了郑州地铁基坑开挖施工相关措施，详细介绍了无中立柱桩情况下，支撑架设施工的相关措施。从经济效益、施工效率、基坑安全、施工效果等角度相互对比，总结了相关施工要点，结果表明，在相关措施条件下，取消中立柱桩能够保证基坑开挖的安全，且能带来一定的综合效益。机场东站车站的开挖施工，为今后同类型基坑取消中立柱桩的应用积累了经验。

关键词：地铁基坑；立柱桩；直径800钢支撑；开挖施工

地铁车站在开挖施工过程中，通常是以围护结构和内支撑体系来保证施工的安全有序进行。内支撑体系一般由混凝土支撑、钢支撑、连系梁和中立柱桩等组成，其中中立柱桩在连接连系梁、承受支撑自重、支撑安拆等方面起着不可或缺的作用。地铁车站多数位于地面以下，长期或阶段性受到地下水的侵蚀，防渗漏是其长期面临的重要问题，中立柱桩与车站顶板底板交界处恰恰是防水的薄弱点，常常渗漏水，形成顽疾。中立柱桩之间设置的连系梁，大大影响施工过程中土方开挖的效率，迟滞结构回筑的速度，不利于通过减少基底暴露时间控制基坑变形。中立柱桩在基坑底部需插入灌注桩内部以及连系梁和中立柱桩本身，增加了车站的投资。郑州地铁城郊线机场东站车站施工过程，通过增大钢支撑直径、对钢支撑施加更大的预应力等措施，成功取消中立柱桩，完成车站主体结构的回筑

1工程概况

机场东站为地下三层双柱三跨标准站，站台宽度13m。车站全长165m，标准宽度20.3m，盾构段宽度26m，扩大端宽度24m，标准段基坑深约28m，盾构段基坑深约30m。

图1机场东站围护结构平面图

2内支撑体系安排

机场东站东西两端头均为接收井，端头井基坑宽为26m，开挖深度约30m，标准段宽20.3m，深约28m，开挖采用明挖顺筑法。围护结构采用地下连续墙，地下连续墙端头井墙深度为35.7m，标准段墙深30.86m，厚均为1000mm，采用C35混凝土浇筑，地下连续墙之间采用工字钢管接头。地下连续墙墙底插入1粉质黏土层及4细砂层，同时兼做止水帷幕的作用，隔断基坑外部潜水。

机场东站基坑设置五道支撑，其中第二、四、五道支撑采用钢支撑（小里程端第四道支撑采用砼支撑除外），第一、三道支撑采用砼支撑，砼支撑采用1000*1200混凝土支撑，C30混凝土浇筑，大里程端增设一道换撑。

图2基坑围护结构剖面图

3工程地质

根据机场东站岩土工程勘察报告，对地基土按岩性及力学特征分层后，从上到下分层依次为：①1砂质粉土、④1黏质粉土夹砂质粉土、④2粉砂、④3细砂、④4细砂、⑤1黏质粉土夹砂质粉土、⑤4细砂、⑤7粉质粘土、⑥1粉质粘土、⑥4粉质粘土、⑦1粉质粘土

4工程施工难点

1）机场东站车站基坑较深，钢支撑轴向受力过大，根据计算，钢支撑轴力设计值最大为12000kN，远远超过规范规定φ609钢支撑受力极限，即单根φ609钢支撑所受轴力的极限值不宜超过3000kN[1]。

2）取消中立柱桩，原连系梁无法施做，由此增加了钢支撑架设难度。连续梁取消，钢支撑无法半根对接吊装，需整根拼装完成后，整根吊装整根架设，增加了拼装难度。随着支撑道数的增加，吊装难度增加。

3）整根钢支撑吊装拼接，造成单次吊装重量较重，增加了吊装风险。

4）内支撑体系的连系梁，承受钢支撑重量，连系梁的取消，需在端头额外考虑钢支撑托板承力措施。

5）内支撑体系的连系梁，承受支撑重量，防止钢支撑坠落，配合焊接钢板等其他措施防止钢支撑滚动。由于系无连系梁的取消，增加了支撑坠落的风险，需额外增加支撑的防坠落措施[2]。

5主要措施

1）根据车站基坑钢支撑轴力计算，φ609钢支撑远远无法满足施工要求，需要Φ800壁厚采用t=20mm钢支撑才能达到基坑要求的承力性能。因此需用Φ800、t=20mm替换φ609钢支撑，以满足基坑受力要求。

2）机场东站车站基坑较深，存在五道支撑，开挖前，统一考虑钢支撑和混凝土支撑的布置，尽可能布置在一个断面，以方便后续工法的施做。由于支撑较密集，上部支撑安装完成后，最后两道钢支撑，整根完整吊装情况下不容易安装，需吊到基坑底部进行拼装，拼装完成后，反向吊装直接由下部向上起吊安装。

3）根据计算，本基坑单根φ609钢支撑重量在7吨左右，单根Φ800、t=20mm钢支撑重量在13吨左右。需吊装重量远远超过φ609钢支撑或者半根钢支撑重量，充分考虑安全系数及吊装半径的基础，选择100T履带吊车作为钢支撑吊装主要机械，能够满足规范要求，保证支撑吊装的安全有序进行[3]。

4）在钢支撑的两个端头，充分考虑其自重，托板下部采用三个钢板牛腿与围护结构地下连续墙主筋焊接，每个钢板牛腿有效焊接长度≥10cm。

5）为了应对中立柱桩及连系梁取消增大的钢支撑坠落风险，采取在钢支撑两端同时设置钢丝绳和紧固螺栓，防止其坠落。

图3钢支撑托板钢板牛腿示意图图4钢支撑防坠落钢丝绳和紧固螺栓

6与采用立柱桩施工方式的对比

机场东站车站的开挖施工取消了中立柱桩，给通过采取有效措施，弥补取消中立柱桩带来的隐患。与取用中立柱桩的施工方式存在一定差异，其技术经济比较如下：

1）经济效益，有立柱桩情况下，每根中立柱桩费用约为5万元，机场东站大概需要20根立柱桩，中立柱桩支出100万元，连系梁购买约为28万元左右。无中立柱桩，需增加吊车租赁费用6万元，增加钢支撑重量的租赁费用50万元，总计节省72万元。

2）施工效率，郑州地区基坑土方垂直运输通常采用长臂挖机，中立柱桩和连系梁的存在使长臂挖机大臂不易伸展，从而影响土方开挖的速度，也影响结构回筑期间材料的吊装。取消中立柱给施工带来很大的便利，同时减少了顶板底板止水钢板的焊接，减少了结构完成后中立柱桩的割接调运。

3）基坑安全，通过基坑测斜变形，对比机场东站与临近相似基坑终端井，机场东站围护结构深层水平位移最大值为12.29mm，终端井围护结构深层水平位移最大值为15.42mm，取消中立柱桩后，变形能够满足基坑安全的要求。

4）施工效果，取消中立柱桩，使得顶板底板整体一块，消除了防水薄弱点，不易渗漏水。

7结语

1）通过摒弃中立柱桩，能有效减少顶板底板防水薄弱点，从而提高车站结构防水性能，取得良好效果。

2）取消立柱桩和连系梁时，应充分预估钢支撑的受力，可通过增加钢支撑直径、壁厚、增强材质等措施满足轴向受力要求。

3）无中立柱桩基坑开挖施工，能够节约成，本节省工期，提高施工效率，具有一定的经济效益。

4）在基坑开挖过程中，连系梁的取消，增加支撑坠落的风险，在施工过程中，需做好支撑防坠落措施，以免造成严重后果。

5）施工中所采取的技术措施，可为在类似条件下的基坑开挖作施工参考。

参考文献

[1]QJ/stec001-2015基坑工程钢支撑体系施工规程[S].上海隧道工程有限公司发布．

[2]JGJ311-2013建筑深基坑工程施工安全技术规范[S].中国建筑工业出版社．

[3]胡汉德.半盖挖地铁基坑取消支撑梁立柱桩的施工方法研究[J].城市轨道交通研究，2008，11（6）：43-46．