富水砂质粉土地层地铁车站深基坑开挖与支撑施工工法适用范围

《富水砂质粉土地层地铁车站深基坑开挖与支撑施工工法》适用于富水砂质粉土地层，明挖顺作法施工的条形基坑开挖与支撑。

富水砂质粉土地层地铁车站深基坑开挖与支撑施工工法工艺原理

《富水砂质粉土地层地铁车站深基坑开挖与支撑施工工法》的工艺原理叙述如下：

在开挖过程中，充分遵循时空效应规律，遵循"竖向分层、纵向分段、先中间后两侧、随挖随撑、先撑后挖"的施工原则。在规定时间内分层分段分块开挖土体，充分发挥被动土压力的作用，在限定时间内支撑并施加预应力，根据监测数据对支撑复加预应力，当监测数据异常时，及时对施工方案和施工参数作出调整。

富水砂质粉土地层地铁车站深基坑开挖与支撑施工工法施工工艺

• 工艺流程

《富水砂质粉土地层地铁车站深基坑开挖与支撑施工工法》的施工工艺流程见图1。

一、开挖前期降水加固

对坑内微承压含水层抽水减压和坑外承压水降压，防止开挖过程中坑底产生突涌、流砂现象，确保基坑施工过程中的安全性。

降低基坑内潜水水位，减少土体的含水量，使土层压缩固结，增大被动土压力，从而保证基坑的稳定和减少对基坑周围环境的影响。同时有利基坑开挖作业的实施，并便于挖土外运。由于砂性土有易液化的特点，在立柱桩、地下连续墙及周围动荷载的作用下，砂性土容易产生液化现象，地下水大量上升，地基土强度大打折扣，通过降低地下水位，防止砂性土液化。

根据基坑底板的稳定性条件：H_土×γ_土-F_s×γ_水×γ_土≥0，式中H_土——基坑底至承压含水层顶板间距离（米）；γ_土——基坑底至承压含水层顶板间的土的重度（千牛/立方米）；γ_土——承压水头高度至承压含水层顶板的距离；γ_水——水的重度（千牛/立方米），取10千牛/立方米；F_s——安全系数，一般为1.0～1.2，该工程取1.10。

基坑底板至承压含水层顶板间的土压力G应大于承压水的顶托力P。根据计算结果确定是否需要降低承压水，进而确定当基坑开挖深度多少米，开始降水。

降压井采取按需降水，并经过降水试验获取承压水水头高度，最终确定降水参数，并考虑季节性变化等的影响，对每一工况进行检算。根据现场实际情况确定降压井是布置在坑内或坑外。

认真对承压水位进行观测记录，发现异常情况及时进行处理。

降水对周边管线及建筑物的情况进行监测，保证施工安全。

二、基坑开挖

根据砂性土的特点，采取针对性技术措施，首先保证降水效果，增大被动土压力，抑制土体变形；其次，控制基坑开挖时纵向和横向坡度。防止滑坍，选取合适施工参数；控制做业时间，缩短基坑开挖及支撑作业时间，随挖随撑；严格控制地表水进入基坑。

标准段：第一层采用大型挖机开挖至第一道支撑处，安装支撑并施加预应力，第二层及以下部分采用小挖机坑内挖土，抓斗出土，最下一层300毫米厚土层由人工清除。标准段土方开挖按时空效应分层、分段、对称均衡的进行，平面上先中间再两边，严格按小坡1:2，平均坡度1:3进行。

端头井；首先撑好标准段内的2根对撑，再挖斜撑范围内的土方，最后挖除坑内的其余土方。斜撑范围内的土方，自基坑角点沿垂直于斜撑方向向基坑内分层、分段、限时地开挖并架设支撑。端头井部位第一层，采用大型挖机，按斜撑的垂直方向后退开挖，边开挖边安装斜撑，第二层及以下部分的边角部位，采用小型挖机和人工开挖倒运土方，喂给抓斗出土。其余部位与标准段开挖方法相同。标准段分层分段及端头井开挖详见图2、图3。

三、钢支撑安装施工工艺流程见图4。

• 操作要点

《富水砂质粉土地层地铁车站深基坑开挖与支撑施工工法》的操作要点如下：

一、施工准备

1.连续墙、圈梁和第一道混凝土支撑及基底加固达到设计强度后，凿除内侧导墙及路面。

2.布置测量网点：先布置好每个基坑的测量网点，放出各轴线位置及在圈梁侧面（开挖面）标识出控制标高，以保证支撑的及时安装和控制挖土标高。

3.技术交底：将开挖分层位置、标高、深度和各道支撑位置及施加轴力值等施工参数、技术指标和质量标准，向全体施工人员详细进行技术交底，使全体施工人员熟悉并掌握该工程所执行的各项技术措施和技术标准。

4.检查大管径深井井点降水效果和地基加固龄期；当井点降水固结持续20天以上；地下水位按设计要求降到基坑底开挖面以下3.0米，基底加固土体已达到设计强度。

5.配备施工机械：根据施工的工作量、各开挖阶段及工期要求，配备小型、普通和长臂挖掘机用于基坑开挖，50吨履带起重机用于拼接和吊装钢支撑。基坑主要采用ф609钢管支撑，施加钢支撑轴力采用与钢管支撑配套的抱箍式液压千斤顶装置，100吨和200吨各一套。

6.落实弃土地点：基坑开挖前，落实好弃土场地，征得当地主管部门许可，办理相关渣土外运手续。通往弃土地点的道路和桥梁应能承受大型出土车的载荷。

7.制定应急预案，准备充足的应急物资，组织应急抢险队伍。

8.基坑开挖条件验收：通过质检站组织业主、监理、设计和施工单位四方参加的节点验收，开挖条件验收合格后方可进行开挖。

二、基坑开挖施工工艺

1.第一道支撑施工前土体（第一层土方）：采用挖掘机施工，以“后退式”施工抓去表层土，开挖至支撑面标高时，完成第一道支撑的架设。支撑要及时撑好并施加预应力。

2.第二道支撑施工前土体（第二层土方）：在基坑两侧采用普通挖掘机进行取土，开挖至支撑面标高时，完成第二道支撑的架设。

3.第三、四道支撑围内土体：在基坑两侧分别配备一台长臂挖掘机并配合两台0.25~0.4立方米小挖机进行挖土。在开挖至支撑设计标高以下300～500毫米时，完成各道支撑的架设。

4.剩余土体：在基坑两侧分别配备一台伸缩臂挖机并结合一台0.25~0.4立方米小挖机进行挖土。在挖机无法作业的阴角采用人工配合修土的方式取土。

5.当挖至离设计坑底标高30厘米时，采用人工挖土修坡的方法平整基坑，不得超挖与扰动基底土，挖到设计坑底高程后，及时分块分段浇捣混凝土垫层以减少坑底土体回弹，并对地下墙围护起一定支撑作用减少地下墙的水平位移。

6.各开挖阶段严格按照时空效应规律，计划好每天的作业任务，确保基坑无支撑暴露时间满足规范要求。

7.基坑开挖一般安排在每天晚上7：00～8：00开始挖土到第二天早上5：00前完成出土，白天时间内按照"随挖随撑"的原则尽快完成支撑安装作业。

8.同时在每天的基坑开挖后的第一时间内，安排地墙凿毛队伍将支撑两端的地墙主筋或预埋钢板凿出，以供支撑队伍及时跟进施工。

9.各土层开挖方法见图5。

三、钢支撑安装施工工艺

根据土方开挖进度要求，提前备好支撑钢管和配件，将支撑钢管装配到设计长度，每小段土方开挖完成后，立即安装，并施加预应力。第一层每小段开挖完成，同时安装两根支撑，第二层及以下部分，每段土方开挖时，每根钢支撑紧跟开挖面，随挖随撑。

支撑位置的土方开挖后，凿除覆盖在地墙预埋钢板上的混凝土，整平此处的地墙表面，安装支撑托架。用吊车将支撑整体吊装就位，同时用千斤顶施工预应力，将两端钢垫箱顶紧，轴力施加装置见图6。完成后按照方案要求定时观测轴力损失值，及时补加预应力。

1.直撑安装

支撑安装前先在地面进行预拼接以检查支撑的平直度，受到损伤和变形的支撑不得用于工程。其两端中心连线的偏差度控制在20毫米以内，经检查合格的支撑按部位进行编号以免错用，支撑采用整体一次性吊装到位。

根据设计图纸，在地下连续墙上准确定出支撑的中心位置，量出两支撑的实际长度。根据实际长度拼装好支撑。每根支撑一端为活络头，一端为固定端。支撑安装前先凿出地下连续墙的预埋钢板，将预先加工好的钢牛腿焊接在地下连续墙的钢板上，焊接斜撑端头件。

将钢支撑整体吊装到位，先不松开吊钩，将活络端拉出顶住预埋件，再将两台100吨千斤顶放入活络端顶压位置。为方便施工并保持顶力一致，制做专用托架将2台千斤顶固定为一体，将其骑放在活络端上，接通油管后即可施加预应力。预应力施加到位后，在活络端中楔紧楔块，然后回油松开千斤顶，解开起吊钢丝绳，即完成整根支撑的安装。直支撑安装详见图6。

2.斜撑安装

端头井、临时封堵墙等拐角处设计采用斜撑。因斜撑与围护结构有一定的夹角，不易直接安装支撑并施加预应力，斜撑安装前先将斜撑支座与预埋在地下连续墙的钢板进行焊接，将斜撑支座连成整体，然后进行支撑安装作业，斜撑牛腿应与支撑相密贴、垂直，其安装方法与直撑相同。

3.支撑钢垫箱制做

由于设计工况要求，对于标准段的第三道支撑（端头井第三、四道支撑）待结构顶板达到设计强度后方可拆除。该层支撑在浇捣侧墙施工时不能拆除。为满足地下车站防水设计要求，因此需分别在此类支撑的二端部设置钢垫箱（图7），将其浇捣在混凝土墙板内，在拆支撑时再将其割断。

4.预应力施加

预应力施加前，必须在具有资质的检测单位对油泵及千斤顶进行标定，并出示检测报告，在监理机构进行备案留存。使用中要经常校验，使之运行正常，确保量测的预应力值准确，每根支撑施加的预应力要记录备查。

预应力施加中，必须严格按照设计要求分步施加预应力。先预加到50%~80%预应力，再检查螺栓、螺帽、焊接情况等，无异常情况后，施加第二次预应力，达到设计要求。

5.施工时应遵循如下技术措施：

1）钢管横撑的设置时间必须严格按设计工况条件掌握，土方开挖时应分段分层，按基坑开挖深度、开挖时间及时架设钢支撑。

2）所有支撑连接处，均应垫紧贴密，防止钢管支撑偏心受压，一般用速凝细石混凝土将空隙填实。

3）端头斜撑处钢围图及支撑头，必须严格按设计尺寸和角度加工焊接、安装，保证支撑为轴心受力且焊接牢实。

四、实行信息化施工

在整个基坑开挖施工过程中，应紧跟每层开挖支撑的进度，对地墙变形和地层移动进行连续监测，应根据基坑每个开挖段、每层开挖中的地墙变形等项的监测反馈施工实现信息化施工。根据各监测项目在各工序的变形量及变形速率的警戒指标，及时采取措施改进施工，控制变形，确保工程及已有建筑物的安全；施工过程中并应加强对基坑周围地下管线、已有建筑物的观测，根据观测结果决定采取合适的加固措施。

确保工程建设安全的关键是全过程监测基坑周边建（构）筑物的变化情况，及时测量各主要工序施工阶段引起的动态沉降数值，并与分析计算值比较，及时反馈指导设计和施工。主要的监测内容参见表1。

• 劳动力组织

为快速、高效地完成深基坑开挖及支撑施工，确保支撑及时跟进作业，根据现场施工的特点，将作业队伍分成基坑开挖、支撑安装两个工班。《富水砂质粉土地层地铁车站深基坑开挖与支撑施工工法》的劳动力组织见表2。

《富水砂质粉土地层地铁车站深基坑开挖与支撑施工工法》的工法特点是：

1.对于富水砂质粉土深基坑，土体流变性、渗透系数较大，开挖过程中存在流砂、管通、围护结构变形超报警值、纵坡失稳等风险，该工法在现场实施过程中，充分运用了深基坑变形时空效应规律。开挖与支撑组织得力。两道关键工序衔接良好，能有效地控制了周边构筑物、围护结构沉降及围护墙体水平位移满足基坑保护等级要求；

2.信息化施工，充分利用监测的信息指导基坑开挖、支撑作业，保证基坑施工安全；

3.开挖作业速度较快，能够做到及时支撑，有效防止基坑无支撑时间暴露过长，引起变形超报警值。

在深基坑开挖施工中，开挖及支撑是重要的环节，是成败的关键。由于在富水砂性土地层施工，土的渗透性差异很大，具有高度的不均匀性和各向异性性质。而且砂性土的渗透系数大，渗透变形的影响也较大。围护结构周围流线和等势线较为集中，容易造成基坑底部的渗流破坏而造成管涌。且由于砂性土有易液化的特点，在立柱桩、地下连续墙及周围动荷载的作用下，砂性土容易产生液化现象，地下水大量上升，地基土强度大打折扣。砂性土在地下水的作用时，土体内含水量增加，地基土强度便急剧降低，故极易造成纵坡失稳。所有这些特点，决定了在富水砂质粉土基坑施工具有较大的施工风险，存在很多需要解决的技术难题。

《富水砂质粉土地层地铁车站深基坑开挖与支撑施工工法》针对富水砂质粉土地层深基坑施开挖及支撑施工的特点，对该地质条件下深基坑施工过程中的关键技术措施做了进一步细化。并选择切实可行的施工参数，明确各技术质量控制要求。多项施工技术难题得到解决，避免造成基底突涌和流砂、纵坡失稳、围护体系失稳、周边建筑物和管线沉降破坏等危及安全的事故，顺利地完成深基坑施工，并为类似工程的施工提供了宝贵的经验和借鉴作用。

《富水砂质粉土地层地铁车站深基坑开挖与支撑施工工法》无需特别说明的材料，施工机具及设备见表3。

《富水砂质粉土地层地铁车站深基坑开挖与支撑施工工法》的质量控制要求如下：

基坑开挖质量控制。严格按照开挖任务单进行作业，按照规范具体要求，确保分层、分段开挖，做到随挖随撑，严禁开挖面掏成锅底状，严禁超挖。设计坑底标高以上30厘米的土方，人工开挖修平。基坑开挖后，应及时设置坑内排水沟和集水井，防止坑底积水。弃土应远离基坑10米以上，并尽快运走。

钢支撑安装质量控制。钢支撑安装必须确保支撑端头同地下墙或围檩均匀接触，并设防止钢支撑端部移动脱落的构造措施，支撑安装允许偏差见表4。

采用《富水砂质粉土地层地铁车站深基坑开挖与支撑施工工法》施工时，除应执行国家、地方的各项安全施工的规定外，尚应遵守注意下列事项：

1.加强对现场施工人员的安全、文明施工的宣传教育，提高其安全文明施工及自身保护意识。安排专职安全员值班，检查各工序存在的安全隐患，并及时消除。

2.负高空作业时必须正确系挂安全带，防止高空坠落。将基坑周边整洁，防止高空物体打击。

3.吊车等进行施工作业时，应有专人指挥，型钢、支撑等长构件起吊时必须加强指挥，避免因惯性等原因发生碰撞事故。

4.加强安全用电管理，用电作业由电工专人负责，持证上岗制，不能私拉乱挂，使用统一标准安全电箱，教育职工自觉遵守安全用电制度和防止用电事故发生，除电工外，其他操作人员不得擅自接电。

5.按照防火防爆的有关规定设置油库、危险品库等临时性构筑物，易燃易爆物品堆放间距和动火点与氧气、乙炔的间距要符合规定要求，严格执行动火作业审批制度，一、二、三级动火作业未经批准不得动火。

6.吊车司机、指挥、电焊工、电工等特种工必须持证上岗。

7.钢支撑安装与挖土同时进行，必须特别注意安全；施工人员不得进入挖土机回转半径内，挖土机与吊车停放位置避免回转半径相交错。

8.基坑开挖期间值班人员加强现场巡视检查，重点是基坑渗漏水情况、支撑稳定情况，发现基坑突涌、漏水立即报告，以便及时采取措施。

9.加强对基坑纵坡的保护，当长时间不施工时，对纵坡进行封闭。

《富水砂质粉土地层地铁车站深基坑开挖与支撑施工工法》的环保措施如下：

1.成立施工环境卫生管理机构，在工程施工过程中严格遵守国家和地方政府下发的有关环境保护的法律、法规和规章，加强对施工燃油、工程材料、设备、废水、生产生活垃圾、弃渣的控制和治理，遵守有防火及废弃物处理的规章制度，做好交通环境疏导，充分满足便民要求，认真接受城市交通管理，随时接受相关单位的监督检查。

2.在工地四周设置连续、密闭的围挡，在工地主要出入口位置设置施工铭牌。

3.施工区域或危险区域有醒目的安全警示标志，并定期组织专人检查。工地主要出人口设置交通指令标志和示警灯，保证车辆和行人的安全。

4.在施工现场建立临时污水排放系统，对生产、生活污水收集和处理，方可排放至城市排污系统中。厕所污水排入化粪池；食堂设隔油池；雨水应须经过三级沉淀。

5.严格遵守GB 12532—90的规定，对产生噪声和振动的施工工序、机械设备，采取降噪减振措施。合理安排施工工序，将噪声大的工作尽可能安排在不影响居民正常休息的时段进行，夜间施工时必须取得环保部门的批准，并向周边居民通报，耐心作好群众的解释和安抚工作；对机械设备定期维修和保养，考虑使用成色较新、噪声较小的设备；文明施工，认真听取居民对噪声和振动的反映和意见，不断改进工作，让居民满意。

6.施工过程中注意对地下水的保护，防止生活、施工污水和垃圾对地下水造成污染。在施工区和生活区修建公共卫生设施，所有生活污水、粪便、垃圾收集后集中存放和处理。施工垃圾设封闭式临时专用垃圾道或采用容器吊运，严禁随意凌空抛散；水泥等细粉散装材料，采取室内（或封闭）存放或严密遮盖，减少扬尘；场内路面经常清扫，保持湿润，控制施工现场扬尘。

7.工程材料、制品构件分门别类、有条理地堆放整齐；机具设备定机定人保养，保持运行整洁，机容正常。

8.加强土方施工管理，挖出的湿土先卸在场内暂堆，沥干后再驳运外弃。加强泥浆施工管理，防止泥浆污染场地；废浆采用罐车装运外弃，严禁排入下水道或附近场地。

9.在施工准备阶段，摸清推进沿线地下管线基本情况，查明各管线对控制地面沉陷的要求。并与有关单位协商解决办法及制定对地表构筑物、地下管线的保护措施。

10.对房屋及地下管线制定稳妥的保护方案，必要时进行加固，做到预防为主。备有跟踪注浆设备一套，在基坑进施工中，发生变形超出允许值时，危及结构安全时，及时采取跟踪注浆（补压浆），防止管线、房屋及地面沉降影响。

采用《富水砂质粉土地层地铁车站深基坑开挖与支撑施工工法》能够加快基坑开挖及支撑安装速度，确保支撑施工及时跟进，缩短工期。根据监控量测数据及时调整支撑措施和对已有支撑进行轴力复加，能有效控制围护结构及周边构筑物变形，减少深基坑开挖过程中（尤其是即将见底）对周边环境的影响，满足相应保护等级要求。在城市施工中营造良好的外部环境。为2005年后城市地下工程在类似情况下的规划建设提供了决策依据和技术指标，促进地下工程施工技术进步，社会效益和环境效益明显。

《富水砂质粉土地层地铁车站深基坑开挖与支撑施工工法》在上海轨道交通八号线曲阳路车站中的应用情况如下：

1.工程概况

上海轨道交通八号线曲阳路车站全长312.3米，标准段净宽25.9米，渡线段净宽13.2~20米，东端头井净宽17.4米，西端头井净宽17.8米，站台中心顶板埋深地面下2.50米，路面绝对标高4.0米，标准段基坑开挖深度约15.5米，端头井基坑开挖深度约17.5米。该站位于曲阳路、大连西路交汇处，呈东西走向，为地下二层侧式站台的存车加渡线车站。车站沿大连西路布设，所处位置交通繁忙，周边高楼林立，地下管线错综复杂。车站围护结构，端头井采用0.8米厚地下连续墙，东端头井连续墙深度28.3米，西端头井连续墙深度28米；标准段及渡线段采用0.6米厚地下连续墙，一般深度26.5米，建筑物保护段深度28米。地下连续墙既作为基坑施工的围护结构，又作为永久结构侧墙的一部分。该车站基坑保护等级定为二级（在建筑物保护地段基坑保护等级按一级组织施工）。

基坑开挖深度范围内存在砂质粉土不良地质现象，易产生流砂或管涌等不良地质现象，而日有软塑状、低强度、高灵敏度、高压缩性软黏性土，在临空面形成的条件下易产生较大变形。地下水十分丰富，在第⑦层砂质粉土～粉砂层中分布有承压水，据勘察资料承压水的水头高度约为3.4米，承压水对基坑开挖有不利影响。

2.施工情况

为解决这种难题，采用该工法于2004年1～10月底对该站3个工区段（A、B、C区）进行基坑开挖及支撑安装施工，在确保施工进度的同时，整个施工过程无重大险情发生。

施工中采用了富水砂质粉土地层地铁车站深基坑开挖与支撑施工工法，不仅保证了深基坑开挖支撑的施工质量，加快了施工进度，保证了施工安全；同时，摸索出了一套方法及施工参数，解决了富水砂质粉土地层深基坑施工中的技术难题。

施工中采取多项技术措施：开挖前采取打井降水，降低地下水位，使砂质粉土、黏质粉土和砂性土地层排水固结，增大强度，提高了土体的水平抗力；对于部分关键部位采用水泥土加固处理，改善了土体的物理性能，提高了土体的黏聚力，抑制了围护墙体的变形和基底的稳定；土方开挖与支撑按时空效应分层、分段、对称均衡的进行，设计合理的横坡、纵坡，控制分部开挖的土体空间尺寸和地墙无支撑暴露时间，确保基坑安全；施工过程中加强监测，掌握开挖支撑施工对周边环境的影响，及时调整施工参数，信息化指导施工。

3.结果评介

施工全过程由第三方监测单位上海京海工程公司实施监测，监测数据表明；地表最大沉降量为-19.2毫米，地墙水平位移观测最大值为34.8毫米，周边房屋基础最大沉降值为19.3毫米，平均沉降为15.5毫米。

数据说明，基坑快挖快撑、随挖随撑能够有效确保基坑及周边构筑物变形量满足规范要求，整个车站基坑开挖施工阶段围护结构、建筑物及管线沉降和围护结构水平位移均无超报警值，并且提前25天完成业主单位下达的施工任务，节约投资220多万元，并积累了施工经验。

注：施工费用以2005-2006年施工材料价格计算

2008年1月31日，中华人民共和国住房和城乡建设部发布《关于公布2005-2006年度国家级工法的通知》建质[2008]22号，《富水砂质粉土地层地铁车站深基坑开挖与支撑施工工法》被评定为2005-2006年度国家一级工法。 2100433B

《土木工程名词》第一版。 2100433B

本书针对富水新近系地层隧道的施工在围岩特性研究基础上提出降水试验、渗流场反分析、渗流场正分析的技术方法及富水新近系地层隧道开挖支护新理念和新方法，研发出不良地质地段隧洞施工的新装置、新技术和新设备，对解决不良地质地段的隧道施工有显著的效果，为类似地层工程的设计和施工提供理论支撑和实践依据，具有重要的工程实践意义和推广应用价值。

砂质黏壤土包括砂质土、黏土以及类似黏土性质的土壤。黏质土颗粒细小，孔隙度高，由于粒问孔隙很小，通气透水性差，土壤内部排水困难，容易积水而涝。土中胶体数量多，比表面大，吸附能力强，保水保肥性好。