地铁车站硬质泥岩深基坑快速开挖技术

地铁车站硬质泥岩深基坑快速开挖技术

蒋奇津

广西新发展交通集团有限公司，广西省南宁市 530000

摘要：硬质泥岩深基坑快速施工技术应用在南宁市地铁项目中，采用高频破碎锤挖机组合作为开挖机械，常规挖机分台阶开挖作为出土方案，硬质泥岩的纵向分段，竖向分层的分台阶翻挖出土基坑快速开挖施工。

关键词：深基坑施工 土方开挖

1 工程概况

1.1 车站设计概况

南宁地铁交通五一立交站长256.0m，车站范围标准段结构外包尺寸23.1m×19.93m，中心里程处车站顶部覆土约2.74m，基坑深16.4m～26.1m，明挖法施工，小里程端采用钻孔灌注桩加四道内支撑结合支护，大里程端采用地下连续墙加三道内支撑结合支护，总开挖量16.7万m³。

1.2 工程地质、水文情况

本站所处所处地质为第四系、古近系及泥盆系地层，包括填土层、黏性土层、粉土层、砂土层、圆砾层、古近系半成岩的泥岩和粉砂岩地层。泥岩和粉砂岩地层为车站主要分布地层，半成岩状。层厚0.20～66.30m，平均层厚18.64m，钻孔未揭穿该层。天然状态下单轴抗压强度为0.60～5.93MPa，标准值为1.79MPa，最大风干抗压强度为9.03MPa。硬质泥岩和粉砂岩地层土方量有12.5万m³，占基坑开挖方量的75%。

2 车站基坑开挖施工特点及难点分析

2.1 基坑深度大，开挖出土困难。车站地势南高北低，硬质泥岩地层主要分布在深度19.5米，往南逐渐变深，最大开挖深度在南端盾构范围，深度27.6米。土方接力翻挖分级多，开挖难度较大。

2.2 基坑周边场地狭小，车站施工用地边界受限。南端基坑顶为高边坡挡墙平台，宽5米，其余侧为学校及市场，施工围挡内场地宽只有4～15米。考虑材料存放，钢筋加工场及其他各类临时设施布置后场地变得非常狭小。现场有序组织，确保土方开挖运输畅通是本车站基坑施工的重点。

2.3 基坑地质岩土坚硬，破碎挖掘效率低。地质勘察表明，基坑土质主要为粉砂质泥岩，岩土的内摩擦角为30.4～39.9°，粘聚力0.227～0.544MPa，单轴抗压强度为0.60～5.93MPa，标准值为1.79MPa，最大风干抗压强度为9.03MPa。挖掘非常困难，选择有效的开挖机具是本基坑作业的重点。

3 车站基坑开挖施工方案。结合本车站基坑的构造尺寸及支护参数，采用常规挖机分台阶开挖出土方案最为可行。该方案分三阶段开挖出土：第一阶段上层表土开挖；第二阶段挖机分台阶后退式开挖，由基坑两端向中部分级开挖，接力从基坑底部向基坑顶翻土，挖机装车运土；第三阶段电动抓斗挖装出土，将基底挖机无法装运的剩余尾料挖除。

4 硬质泥岩深基坑快速开挖技术

4.1 基本原则。利用时空效应原理掌握好开挖与支撑的关系，掌握好“分层、分步、对称、平衡、限时”五个要点，遵循“竖向分层、纵向分段、横向分块，先撑后挖、快速封底施做底板，待底板砼达到设计要求强度后再开挖下段土方”的原则进行基坑土方开挖。

4.2 基坑快速开挖。基坑采用中间拉槽、两侧预留钢支撑和网喷施工平台的放坡方式开挖，并采用台阶法挖机接力翻土方式开挖，开挖过程中加强施工监测，以监测指导施工，做到信息化施工。具体开挖步骤如下：（1）首层开挖至冠梁底部，施作冠梁、及第一道砼支撑；（2）开挖至第1道钢支撑下0.5m，基坑中部开挖2m深凹槽，两侧预留3m 宽施工平台，便于钢支撑及桩间网喷施工；（3）第二层土方开挖深度4m，基坑中部开挖2～3 m深凹槽，两侧预留3m宽施工平台，便于挂网喷射砼施工。开挖深度直至第2道钢支撑下0.5m，及时施作钢支撑及桩间网喷；（4）第三层土方开挖深度4m，与第二层土方开挖方法一致。直至开挖至第3道钢支撑下0.5m，及时施作钢支撑及桩间网喷；（5）第四层土方开挖至基底上 0.3m，剩余土方采用人工清理。采用3台挖掘机接力挖土，每台挖掘机由下向上一级台阶倒土，装车外运，当挖掘机已经无法挖掘下方土体时，3台挖掘机各上一个台阶倒土。台阶法无法倒土时，剩余少量土方采用人工配合电动抓斗挖完土方。

4.3 基坑快速开挖控制要点

（1） 前期施工要点。围护桩施工后，开挖基坑清层土方，1台犁头挖机配合1台带头挖机分段破碎开挖装车运输，开挖标高控制在第一道混凝土支撑垫层底，成型一段组织一段冠梁及支撑施工。冠梁及第一道混凝土支撑完成后，开始基坑开挖施工，先将半幅能够直接开挖装车的土方挖除，挖掘机在支撑间破挖土层，破碎后直接挖装入自卸汽车运走。土质较硬，需要专项破碎，配备2台犁头挖机1台带斗挖机组合破除开挖，工作面可以持续交替进行。

（2） 中期施工要点。基坑开挖达到一定深度后，采取翻挖出土工艺。基坑宽度为23～27米不等，分左右幅破除开挖交替进行，使工作面一直不闲置。基坑开挖关键工效控制在于岩土破碎松动，开挖工序必须确保岩土破碎连续进行，才能保证开挖工效达到最佳。

（3）后期施工要点。挖机翻挖出土基坑开挖大部分土方完成后，将剩余7000m³尾土无法接力翻挖，需采用垂直吊土设备解决问题，本项目采用的2台电动抓斗挖装出土，出土效率500m³/天。

5 机械设备的选择及效果分析

5.1 挖掘机斗的选择

挖机斗开挖，挖土效率为40m³每台班。其特点是中硬强度的土体开挖效率高，坚硬的土挖掘不动；普通破碎锤开挖，工作原理是破碎头挤压振动，使土体产生破碎，可以破碎1.5～30Mpa的土体，由于破碎头是通过挤压带振动开挖土体，凿除后将在地面形成一个漏斗状坑洞，漏斗之间的土体依旧残留在上面，挖机斗装土存在困难，开挖工效很低；高频破碎锤开挖，通过挤压及拉抓作用破碎土体，可以破碎1.5～10Mpa的土体，开挖后地面形成一个沟槽，能将大面积土体松动。

5.2 破碎点间距的确定。岩土破碎定点间距过大有存在盲区、土方清理存在底部卡斗现象，影响清理开挖时间，而且开挖不彻底等问题。破碎定点间距过小，破点频率增加，破碎工效降低。根据现场实践确定，破碎定点间距60cm×60cm，岩土破碎工效最高。

5.3破碎层深度的控制。岩土破碎深度与土方破碎定点有一定关系，间距大破碎深度就大；间距小破碎深度较浅。此外，间距到达一定程度后，松土成漏斗状，漏斗范围的土体无法有效挖除，达不到预期开挖效果。

5.4施工效果分析。采用犁头破碎开挖，单机一个台班可以破碎300m3，多机组合作业，每个工作日可以破碎开挖1500m3。整个车站基坑土方16.3万m3，计划195日历天，实际175日历天完成施工。选择合理的机具、合理的设备组合，有序的开展各工序循环作业，施工达到了预期的目标。

6 总结

南宁市地铁五一立交站在地铁车站硬质泥岩深基坑快速施工技术应用中，主要结论如下：

（1）基坑开挖方案选择常规挖机分台阶开挖出土方案。

（2）基坑开挖遇到半岩半土状地质，抗压强度达到1.00～10.0MPa，采用高频破碎锤挖机组合进行基坑开挖。

（3）建立基于硬质泥岩的纵向分段，竖向分层的分台阶翻挖出土基坑快速开挖方法，纵向分成11段，竖向分为4层，采用该方法快速完成了基坑开挖及钢支撑架设工作，在保证施工安全的前提下比计划工期少用了26d。

（4）改进之处：施工前细化挖机的选型配置。采用常规挖机分台阶开挖出土，由基坑底至基坑顶的各台阶挖机的挖土工作量不相等，底部第一台挖机挖土量小，但要考虑检底、开挖沟槽工作；往上第二台挖机开挖本台阶土方及第一台挖机翻上来的土方；第三台挖机开挖本台阶土方及第一、第二台挖机翻上来的土方；最上面一台挖机要开挖本台阶土方及将基坑内各台阶翻上来的土方装车。