狭长型深基坑开挖及支护施工工艺
杨晓东
中铁十五局集团第一工程有限公司
【摘 要】结合广深港福田站工程实例，介绍狭长型深基坑开挖支护的工作原理、施工工艺，并对基坑开挖与支撑的时空关系进行分析，确保基坑开挖的安全。可以在类似的深基坑工程中予以借鉴。
【关键词】基坑开挖 分层 分段 支撑体系 腰梁 钢支撑 1、工程概况
广深港客运专线ZH-4标福田站工程施工段一位于深圳市福田区市民中心广场西侧，福中路与深南大道之间，沿益田路呈南北方向布置。设计里程：DK110+963.800～DK111+397.012，长度433.212 m，结构宽度16.9～65.86m 。基坑深约32m ，主体结构开挖土石方395736.6m 。围护结构采用1200mm 地下连续墙+4道支撑（第一道为钢筋混凝土支撑，其余为Φ800钢管支撑）。主体结构为单柱双跨至三柱四跨框架结构，结构总高28.95m ，顶板覆土厚度为3.0m 左右，地下一层为交通转换层，地下二层为站厅层、地下三层为站台层。车站北端为益田隧道出口，接盾构区间。
2、土方开挖
考虑“时空效应”规律，根据本工程基坑边界形式（全深度范围有围护有内支撑）、基坑边界面长度条件（狭长形），以及基坑平面尺寸条件（横向尺寸较宽），遵循“分层、分段、分块、对称、平衡、限时”和“先撑后挖、限时支撑、严禁超挖”的原则，确定本施工段A1、A2明挖顺作段土方开挖采用纵向斜面分段分层、横向分层分块开挖的方法。
2.1纵向斜面分段分层
根据本施工段基坑长度以及周边交通环境情况，以DK111+171为界南区和北区分为两个工作面分别开挖。均沿车站纵向由南向北方向推进，第一层土方（第一道钢筋混凝土支撑底部以上土方）采取不分段连续开挖的方法，待混凝土强度达到设计要求后再开挖下层土方。对于第一道钢筋混凝土支撑以下土方，采用多台反铲挖掘机接力，斜面分层分段的开挖方法，其施工参数确定如下：
分层：根据内支撑竖向位置的设置情况，土方开挖共分为5层，即每层开挖至支撑梁底面高程。根据本基坑支撑间距、反铲挖掘机的挖深能力以及防止基坑局部失稳，将第二层以下每层又分为2个亚层，
3
具体分层情况见下表所示：
基坑开挖分层一览表
分段：根据同道钢支撑水平间距情况，以及考虑钢筋砼腰梁施工时间较长等因素，分段长度确定为同层相邻2根钢支撑间距，即3～4米。
斜面总坡度：根据本基坑工程地质情况，斜面总坡度确定为≯1：2。
开挖完成后无支撑暴露时间：本基坑工程钢支撑腰梁设计为钢筋砼结构，进度指标难以提高，开挖完成后无支撑暴露时间确定为7～10天。
注：在施工过程中，根据监测数据并经设计同意适当调整施工参数，减少开挖过程中的土体扰动范围，最大限度减少坑周土体位移量和差异位移量。
当分台阶接力开挖至分区末端后，剩余土方采用反铲挖掘机配合龙门吊（履带吊）+土斗垂直提升开挖。
具体参见《基坑开挖纵断面示意图》
2.2横向分层分块开挖
第一步：开挖第一层土方Ⅰ至“第一次开挖面”，施工冠梁及第一道混凝土支撑。 第二步：①开挖第二层土方Ⅱ；
②开挖第二层土方Ⅲ至“第二次开挖面”，施工第一道混凝土腰梁；
③开挖第二层土方Ⅳ至“第二次开挖面”，安装第一道钢支撑。
第三步：①开挖第三层土方Ⅴ；
②开挖第三层土方Ⅵ至“第三次开挖面”，施工第二道混凝土腰梁；
③开挖第三层土方Ⅶ至“第三次开挖面”，安装第二道钢支撑。
第四步：①开挖第四层土方Ⅷ；
②开挖第四层土方Ⅸ至“第四次开挖面”，施工第三道混凝土腰梁；
③开挖第四层土方Ⅹ至“第四次开挖面”，安装第三道钢支撑。
第五步：①开挖第五层土方Ⅺ；
②开挖第五层土方Ⅻ至“第五次开挖面”（基底）。
——具体参见《基坑横向分层分块开挖示意图》
2.3土方开挖施工要求
1）机械挖土施工过程中，严禁各种机械设备碰撞钢支撑及临时格构柱。
2）钢支撑安装完成后，不得在钢支撑上加载，人员不得攀爬钢支撑，不得放置重物。
3）随着土方开挖深度，采用高压水清除连续墙壁上的浮土杂质，高出结构面的部分须剔除保证结构侧墙断面尺寸，并将预埋拉结钢筋剔出拉直。
4）基坑开挖过程中还应注意及时做好降水井及基坑内集水坑的抽水；基坑周边设置截水沟与集水井（沉淀池），防止地表水流入基坑。
5）机械开挖严禁超挖，基底留有最少200mm 厚土层人工清底。
6）人工清底后，需及时浇筑结构底板垫层，如不能及时浇筑，应用清水雾状喷洒保湿，但不得多喷造成集水，喷水以地基土不干裂为准，不造成扰动地基土。
3、支撑体系施工
本施工段明挖顺作段均采用4道内支撑：第1道采用钢筋砼支撑，支撑于地下连续墙顶冠梁；其余3道采用Φ800mm ，t=20mm钢管支撑，支撑于钢筋砼腰梁，其中第一、二道腰梁需拆除，第三道腰梁不拆除，基坑开挖阶段作为支撑体系使用，后期作为主体结构侧墙的一部分，施工时需预埋侧墙及暗柱竖向主筋。
3.1第一道砼支撑施工
基坑第一层土方采用沿车站纵向连续开挖的方式，冠梁及第一道砼支撑随开挖方向分段施工，冠梁施工缝预留于相邻两道支撑1/3～1/4处，并与连续墙接头错开，采用封口网进行封堵。待混凝土达到设计强度后，方可进行下层土方的开挖施工。其施工工艺见下图所示：
1）第一层土方开挖、连续墙顶超灌砼凿除
结合基坑土方开挖方案，南区、北区第一层土方均沿车站纵向由南向北，采用反铲挖掘机连续开挖推进，开挖前注意做好基坑降水工作。开挖至支撑位置处时注意预留20㎝土方人工开挖，避免对土体
的扰动。冠梁处人工清除连续墙顶杂土及浮碴，同时风镐凿除超灌砼，施工中注意保护连续墙外伸钢筋。
2）模板
砼支撑底模采用M7.5砂浆垫层，上铺油毡隔离，施工时注意紧跟土方开挖，以避免暴露时间过长。冠梁及砼支撑侧模采用组合钢模板，双层对拉螺杆+蝴蝶扣对拉加固，斜撑使用带伸缩撑头的φ48钢管。预留施工缝处采用封口网进行封堵。
3）钢筋及砼浇筑
钢筋均在加工场下料加工，现场绑扎。混凝土由拌合站供应，汽车泵泵送入模，插入式振捣棒捣固。砼浇筑前，注意将连续墙内预埋的测斜管和应力计电缆引出，以便后期观测用。
3.2钢支撑体系施工
基坑的土方开挖和支撑体系的安装是一个有机的、不可分割的整体施工过程，施工中须处理好开挖和支撑的关系。对于第一次开挖面以下的土方，上道支撑未架设完成不得开挖下层土方，土方分段分层开挖至开挖面后，需限时进行当前段腰梁及钢支撑的施工。其施工工艺流程见下图所示：
1）托架及连梁的安装
土方开挖至开挖面后，及时进行托架的安装，托架每6米一道，采用膨胀螺栓固定在连续墙上。 连梁采用I 45c 型钢，每层开挖至开挖面后，将I 45c 型钢纵向插入已施工的格构柱，并与格构柱焊接牢固。
2）腰梁施工 （1）第一、二道腰梁 ①模板
底模拟采用地模：完成托架安装并回填夯实后，铺设5㎝厚M7.5水泥砂浆垫层，上铺油毡隔离。施工中注意机械开挖至开挖面时预留20㎝土方采用人工开挖，以避免对腰梁下地基的扰动。侧模采用竹胶板+双层10×10㎝方木，钢支撑位置处预埋钢板直接作为模板使用。斜撑使用带伸缩撑头的φ48钢管。
②钢筋及砼
腰梁钢筋采用钢筋加工场加工制作，龙门吊（吊车）吊入基坑内安装。混凝土采用汽车泵泵送入模，插入式振捣器振捣。
（2）第三道腰梁 ①模板
底模拟采用地模：完成托架安装并回填夯实后，铺设20㎝厚M7.5水泥砂浆垫层，并预埋20㎝长套管，作为侧墙和暗柱主筋预埋时伸出腰梁底面使用。施工中注意机械开挖至开挖面时预留20㎝土方采用人工开挖，以避免对腰梁下地基的扰动。侧模采用竹胶板+双层10×10㎝方木，钢支撑位置处预埋钢板直接作为模板使用。斜撑使用带伸缩撑头的φ48钢管。
②钢筋及砼
腰梁钢筋采用钢筋加工场加工制作，龙门吊（吊车）吊入基坑内安装。侧墙及暗柱竖向主筋预埋采用钢管进行定位固定，并外放2㎝，向下伸出腰梁底插入套管内，向上伸出腰梁顶保证同一截面接头数量不超过主筋总数的50%。混凝土采用汽车泵泵送入模，插入式振捣器振捣。
3）钢支撑施工
本工程钢支撑采用φ800mm （t=20mm）钢管支撑，活动端、固定端和中间节组成，各节由法兰盘螺栓连接。
（1）钢支撑的制作
本工程所需钢支撑构配件均由项目部专业施工队伍工厂化加工制作。 （2）钢支撑的安装
支撑安装前按设计长度在地面进行预拼装以检查支撑的平直度，经检查合格的支撑按部位进行编号。
安装施工时，根据砼支撑连梁的布置情况，首先采用吊机或龙门吊分段吊入安装位置后再拼装成为整体，然后精确就位，最后施加预应力完成安装。
施工注意事项：
①根据土方开挖的速度，提前配齐所需要的钢支撑构配件，并在地面进行预拼装，待腰梁砼达到设计强度后立即进行安装。
②钢支撑安装就位时，应缓慢放在钢支架及连梁上，不得有冲击现象出现。
③本工程采用2台150t 千斤顶对围护结构施加预应力，施工时两台千斤顶必须同步施加压力，达到设计值后，塞紧钢楔块才能拆除千斤顶，并保证钢板之间紧密接触，以防止预应力损失。
钢支撑安装的容许偏差： 拼装后轴线偏心：≤2mm 安装后轴线总偏心：≤5mm 安装位置：高程±50mm 平面100mm 预加顶力：±50KN
④钢支撑加力前检查钢支撑轴线与腰梁预埋支撑钢板面是否垂直（固定端端头与腰梁支撑钢板面是否密贴）, 钢支撑活动端先加10%预应力，固定端与腰梁支撑钢板接触后若发现一边有空隙（钢支撑轴线与腰梁预埋支撑钢板不垂直），立即在空隙处加入钢板，然后再继续施加预应力至设计值，防止偏心受压钢支撑弯曲。
（3）支撑体系的拆除
当结构底板（中板、顶板）达到设计要求的强度后，方能进行相应位置的支撑拆除。拆除时用吊车从两端轻轻托住钢支撑，在活络头处安设千斤顶施加顶力，直至钢锲块松动后取出锲块，再逐级卸载，直到卸完，吊出钢支撑。
4、结束语
本工程周围多为高层建筑，为保证基坑开挖安全，必须严格按开挖方案中的“时空效应”参数施工。由于严格按方案施工，通过监测基坑周边土体及建筑物，没有出现土体沉降及建筑裂缝变形现象。笔者认为可以提高腰梁砼标号，加快钢支撑支护的速度，减少基坑无支护暴露时间，加快开挖进度，保证施工安全。
【参考文献】
[1]福田站车站主体围护结构设计图
[2]地下铁道工程施工及验收规范，GB50299-1999（2003年版）
[3]基坑工程手册（第二版），中国建筑工业出版社，2009.11
狭长型深基坑开挖及支护施工工艺
杨晓东
中铁十五局集团第一工程有限公司
【摘 要】结合广深港福田站工程实例，介绍狭长型深基坑开挖支护的工作原理、施工工艺，并对基坑开挖与支撑的时空关系进行分析，确保基坑开挖的安全。可以在类似的深基坑工程中予以借鉴。
【关键词】基坑开挖 分层 分段 支撑体系 腰梁 钢支撑 1、工程概况
广深港客运专线ZH-4标福田站工程施工段一位于深圳市福田区市民中心广场西侧，福中路与深南大道之间，沿益田路呈南北方向布置。设计里程：DK110+963.800～DK111+397.012，长度433.212 m，结构宽度16.9～65.86m 。基坑深约32m ，主体结构开挖土石方395736.6m 。围护结构采用1200mm 地下连续墙+4道支撑（第一道为钢筋混凝土支撑，其余为Φ800钢管支撑）。主体结构为单柱双跨至三柱四跨框架结构，结构总高28.95m ，顶板覆土厚度为3.0m 左右，地下一层为交通转换层，地下二层为站厅层、地下三层为站台层。车站北端为益田隧道出口，接盾构区间。
2、土方开挖
考虑“时空效应”规律，根据本工程基坑边界形式（全深度范围有围护有内支撑）、基坑边界面长度条件（狭长形），以及基坑平面尺寸条件（横向尺寸较宽），遵循“分层、分段、分块、对称、平衡、限时”和“先撑后挖、限时支撑、严禁超挖”的原则，确定本施工段A1、A2明挖顺作段土方开挖采用纵向斜面分段分层、横向分层分块开挖的方法。
2.1纵向斜面分段分层
根据本施工段基坑长度以及周边交通环境情况，以DK111+171为界南区和北区分为两个工作面分别开挖。均沿车站纵向由南向北方向推进，第一层土方（第一道钢筋混凝土支撑底部以上土方）采取不分段连续开挖的方法，待混凝土强度达到设计要求后再开挖下层土方。对于第一道钢筋混凝土支撑以下土方，采用多台反铲挖掘机接力，斜面分层分段的开挖方法，其施工参数确定如下：
分层：根据内支撑竖向位置的设置情况，土方开挖共分为5层，即每层开挖至支撑梁底面高程。根据本基坑支撑间距、反铲挖掘机的挖深能力以及防止基坑局部失稳，将第二层以下每层又分为2个亚层，
3
具体分层情况见下表所示：
基坑开挖分层一览表
分段：根据同道钢支撑水平间距情况，以及考虑钢筋砼腰梁施工时间较长等因素，分段长度确定为同层相邻2根钢支撑间距，即3～4米。
斜面总坡度：根据本基坑工程地质情况，斜面总坡度确定为≯1：2。
开挖完成后无支撑暴露时间：本基坑工程钢支撑腰梁设计为钢筋砼结构，进度指标难以提高，开挖完成后无支撑暴露时间确定为7～10天。
注：在施工过程中，根据监测数据并经设计同意适当调整施工参数，减少开挖过程中的土体扰动范围，最大限度减少坑周土体位移量和差异位移量。
当分台阶接力开挖至分区末端后，剩余土方采用反铲挖掘机配合龙门吊（履带吊）+土斗垂直提升开挖。
具体参见《基坑开挖纵断面示意图》
2.2横向分层分块开挖
第一步：开挖第一层土方Ⅰ至“第一次开挖面”，施工冠梁及第一道混凝土支撑。 第二步：①开挖第二层土方Ⅱ；
②开挖第二层土方Ⅲ至“第二次开挖面”，施工第一道混凝土腰梁；
③开挖第二层土方Ⅳ至“第二次开挖面”，安装第一道钢支撑。
第三步：①开挖第三层土方Ⅴ；
②开挖第三层土方Ⅵ至“第三次开挖面”，施工第二道混凝土腰梁；
③开挖第三层土方Ⅶ至“第三次开挖面”，安装第二道钢支撑。
第四步：①开挖第四层土方Ⅷ；
②开挖第四层土方Ⅸ至“第四次开挖面”，施工第三道混凝土腰梁；
③开挖第四层土方Ⅹ至“第四次开挖面”，安装第三道钢支撑。
第五步：①开挖第五层土方Ⅺ；
②开挖第五层土方Ⅻ至“第五次开挖面”（基底）。
——具体参见《基坑横向分层分块开挖示意图》
2.3土方开挖施工要求
1）机械挖土施工过程中，严禁各种机械设备碰撞钢支撑及临时格构柱。
2）钢支撑安装完成后，不得在钢支撑上加载，人员不得攀爬钢支撑，不得放置重物。
3）随着土方开挖深度，采用高压水清除连续墙壁上的浮土杂质，高出结构面的部分须剔除保证结构侧墙断面尺寸，并将预埋拉结钢筋剔出拉直。
4）基坑开挖过程中还应注意及时做好降水井及基坑内集水坑的抽水；基坑周边设置截水沟与集水井（沉淀池），防止地表水流入基坑。
5）机械开挖严禁超挖，基底留有最少200mm 厚土层人工清底。
6）人工清底后，需及时浇筑结构底板垫层，如不能及时浇筑，应用清水雾状喷洒保湿，但不得多喷造成集水，喷水以地基土不干裂为准，不造成扰动地基土。
3、支撑体系施工
本施工段明挖顺作段均采用4道内支撑：第1道采用钢筋砼支撑，支撑于地下连续墙顶冠梁；其余3道采用Φ800mm ，t=20mm钢管支撑，支撑于钢筋砼腰梁，其中第一、二道腰梁需拆除，第三道腰梁不拆除，基坑开挖阶段作为支撑体系使用，后期作为主体结构侧墙的一部分，施工时需预埋侧墙及暗柱竖向主筋。
3.1第一道砼支撑施工
基坑第一层土方采用沿车站纵向连续开挖的方式，冠梁及第一道砼支撑随开挖方向分段施工，冠梁施工缝预留于相邻两道支撑1/3～1/4处，并与连续墙接头错开，采用封口网进行封堵。待混凝土达到设计强度后，方可进行下层土方的开挖施工。其施工工艺见下图所示：
1）第一层土方开挖、连续墙顶超灌砼凿除
结合基坑土方开挖方案，南区、北区第一层土方均沿车站纵向由南向北，采用反铲挖掘机连续开挖推进，开挖前注意做好基坑降水工作。开挖至支撑位置处时注意预留20㎝土方人工开挖，避免对土体
的扰动。冠梁处人工清除连续墙顶杂土及浮碴，同时风镐凿除超灌砼，施工中注意保护连续墙外伸钢筋。
2）模板
砼支撑底模采用M7.5砂浆垫层，上铺油毡隔离，施工时注意紧跟土方开挖，以避免暴露时间过长。冠梁及砼支撑侧模采用组合钢模板，双层对拉螺杆+蝴蝶扣对拉加固，斜撑使用带伸缩撑头的φ48钢管。预留施工缝处采用封口网进行封堵。
3）钢筋及砼浇筑
钢筋均在加工场下料加工，现场绑扎。混凝土由拌合站供应，汽车泵泵送入模，插入式振捣棒捣固。砼浇筑前，注意将连续墙内预埋的测斜管和应力计电缆引出，以便后期观测用。
3.2钢支撑体系施工
基坑的土方开挖和支撑体系的安装是一个有机的、不可分割的整体施工过程，施工中须处理好开挖和支撑的关系。对于第一次开挖面以下的土方，上道支撑未架设完成不得开挖下层土方，土方分段分层开挖至开挖面后，需限时进行当前段腰梁及钢支撑的施工。其施工工艺流程见下图所示：
1）托架及连梁的安装
土方开挖至开挖面后，及时进行托架的安装，托架每6米一道，采用膨胀螺栓固定在连续墙上。 连梁采用I 45c 型钢，每层开挖至开挖面后，将I 45c 型钢纵向插入已施工的格构柱，并与格构柱焊接牢固。
2）腰梁施工 （1）第一、二道腰梁 ①模板
底模拟采用地模：完成托架安装并回填夯实后，铺设5㎝厚M7.5水泥砂浆垫层，上铺油毡隔离。施工中注意机械开挖至开挖面时预留20㎝土方采用人工开挖，以避免对腰梁下地基的扰动。侧模采用竹胶板+双层10×10㎝方木，钢支撑位置处预埋钢板直接作为模板使用。斜撑使用带伸缩撑头的φ48钢管。
②钢筋及砼
腰梁钢筋采用钢筋加工场加工制作，龙门吊（吊车）吊入基坑内安装。混凝土采用汽车泵泵送入模，插入式振捣器振捣。
（2）第三道腰梁 ①模板
底模拟采用地模：完成托架安装并回填夯实后，铺设20㎝厚M7.5水泥砂浆垫层，并预埋20㎝长套管，作为侧墙和暗柱主筋预埋时伸出腰梁底面使用。施工中注意机械开挖至开挖面时预留20㎝土方采用人工开挖，以避免对腰梁下地基的扰动。侧模采用竹胶板+双层10×10㎝方木，钢支撑位置处预埋钢板直接作为模板使用。斜撑使用带伸缩撑头的φ48钢管。
②钢筋及砼
腰梁钢筋采用钢筋加工场加工制作，龙门吊（吊车）吊入基坑内安装。侧墙及暗柱竖向主筋预埋采用钢管进行定位固定，并外放2㎝，向下伸出腰梁底插入套管内，向上伸出腰梁顶保证同一截面接头数量不超过主筋总数的50%。混凝土采用汽车泵泵送入模，插入式振捣器振捣。
3）钢支撑施工
本工程钢支撑采用φ800mm （t=20mm）钢管支撑，活动端、固定端和中间节组成，各节由法兰盘螺栓连接。
（1）钢支撑的制作
本工程所需钢支撑构配件均由项目部专业施工队伍工厂化加工制作。 （2）钢支撑的安装
支撑安装前按设计长度在地面进行预拼装以检查支撑的平直度，经检查合格的支撑按部位进行编号。
安装施工时，根据砼支撑连梁的布置情况，首先采用吊机或龙门吊分段吊入安装位置后再拼装成为整体，然后精确就位，最后施加预应力完成安装。
施工注意事项：
①根据土方开挖的速度，提前配齐所需要的钢支撑构配件，并在地面进行预拼装，待腰梁砼达到设计强度后立即进行安装。
②钢支撑安装就位时，应缓慢放在钢支架及连梁上，不得有冲击现象出现。
③本工程采用2台150t 千斤顶对围护结构施加预应力，施工时两台千斤顶必须同步施加压力，达到设计值后，塞紧钢楔块才能拆除千斤顶，并保证钢板之间紧密接触，以防止预应力损失。
钢支撑安装的容许偏差： 拼装后轴线偏心：≤2mm 安装后轴线总偏心：≤5mm 安装位置：高程±50mm 平面100mm 预加顶力：±50KN
④钢支撑加力前检查钢支撑轴线与腰梁预埋支撑钢板面是否垂直（固定端端头与腰梁支撑钢板面是否密贴）, 钢支撑活动端先加10%预应力，固定端与腰梁支撑钢板接触后若发现一边有空隙（钢支撑轴线与腰梁预埋支撑钢板不垂直），立即在空隙处加入钢板，然后再继续施加预应力至设计值，防止偏心受压钢支撑弯曲。
（3）支撑体系的拆除
当结构底板（中板、顶板）达到设计要求的强度后，方能进行相应位置的支撑拆除。拆除时用吊车从两端轻轻托住钢支撑，在活络头处安设千斤顶施加顶力，直至钢锲块松动后取出锲块，再逐级卸载，直到卸完，吊出钢支撑。
4、结束语
本工程周围多为高层建筑，为保证基坑开挖安全，必须严格按开挖方案中的“时空效应”参数施工。由于严格按方案施工，通过监测基坑周边土体及建筑物，没有出现土体沉降及建筑裂缝变形现象。笔者认为可以提高腰梁砼标号，加快钢支撑支护的速度，减少基坑无支护暴露时间，加快开挖进度，保证施工安全。
【参考文献】
[1]福田站车站主体围护结构设计图
[2]地下铁道工程施工及验收规范，GB50299-1999（2003年版）
[3]基坑工程手册（第二版），中国建筑工业出版社，2009.11