【摘  要】以宁波市海晏北路站车站工程为例，结合正在开挖施工的海晏北路站西延段工程实际，提出了华东软土富水地

层地铁车站深基坑开挖过程中的变形控制技术，其分析结果对类似工程有一定的借鉴意义。

【关键词】软土富水地层 地铁车站 深基坑 变形控制 支撑

 

      宁波市海晏北路站为1 号线中间站，车站位于东部新城规划宁穿路下，沿宁穿路布置，呈东西走向。车站与远期规划5 号线车站呈“T”型岛 - 岛换乘（图 1）。

      车站基坑长 267.250 m，标准段基坑净宽 20.70 m。2010年 10 月，由于设计变更，在海晏北路站原西端头新增 180 m车站（以下简称西延段）。

      车站主体围护结构采用地下连续墙加内支撑体系，基坑标准段深度15.81 m～16.31 m，墙长 31 m。

      第一道支撑采用700 mm×800 mm混凝土支撑，标准段第二、三、四、五道采用钢支撑，盾构井段第二、三、四、五、六道为钢支撑，钢支撑及换撑均采用φ609 mm，t = 16 mm钢管。

      海晏北路站工程场地地层均为第四纪沉积地层，为典型的软土地区，广泛分布厚层状软土，具有含水量大、压缩性高、强度低、灵敏度高、透水性低等特点。

      车站底板位于③₂层灰色粉质黏土夹粉砂。该层物理力学性质较差，为软塑状态，土质不均，夹薄层或团状粉砂，切面稍光滑，无光泽，无摇震反应，韧性中等，干强度中等。地下墙墙趾插入至第⑤₁层暗绿～草黄色粉质黏土层。

 

      宁波市轨道交通 1 号线一期工程共 8 个标段，其中完成基坑开挖工作的有 3 个，包含 6 个基坑，测斜累计值统计如表 1 所示。从统计表中可以看出，海晏北路站基坑变形控制处于较好水平。

      基坑变形的过程，从根本上说，是破坏原有土体平衡并重新建立起新的平衡的一个过程。架设钢支撑的目的，是为了在基坑内施加作用力来抵抗坑外土体对围护结构的压力，以控制围护结构变形。因此，尽量缩短基坑无支撑暴露时间、提高支撑强度及提高管理水平，是控制基坑变形的三大关键因素。

      经过对海晏北路站基坑开挖施工过程中遇到的各种问题进行总结，我们可以从提高土方开挖速度、缩短支撑架设时间两大方面对基坑无支撑暴露时间进行控制；从增加临时支撑、提高垫层厚度两方面提高支撑系统强度；从加强对管理人员基坑开挖知识培训和对施工班组管理两方面提高管理水平。

      （1）提高土方开挖速度

      土方开挖施工方案、土体加固质量以及土方开挖机械设备选型，是影响土方开挖速度的三大关键因素。因此，优化施工方案、控制加固质量、合理选择开挖设备，便成为提高土方开挖速度的关键措施。

      ① 优化土方开挖方案

      地质勘查报告显示，海晏北路站场地地层含水量大、压缩性高、强度低、灵敏度高、透水性低，因此如果基坑开挖方案选择不合适，极可能发生土体滑坡、支护体系失稳，甚至崩溃等灾难性事故。经过周密考虑，从减小土体荷载的基本点出发，结合华东软土地区基坑开挖经验，我们选择了“先揭挖掉混凝土支撑梁以下 7 m的土体，然后架设两道钢支撑，余下土体再分层放坡开挖”的施工方案。开挖方案如图 2 所示。放坡开挖土体分层厚度为 1.5 m ~ 2 m，单层坡度 1∶3，整体坡度1∶4 。雨季施工时，应随着开挖的延伸，及时施做集水沟，将坑内积水迅速抽出。

      该方案的实施能有效地减小了土体荷载，从第一层土至基底，未出现一起土体滑坡事故。由于不受土体滑坡等影响，第三层放坡开挖时，每天出土500 m³~ 800 m³，出土速度一直处于较高水平。较高的开挖速度为支撑架设提供了空间，有效地缩小了无支撑暴露的时间。监测数据显示，第三道与第四道钢支撑架设时，基坑变形较小。

      ② 控制土体加固质量

      由于土体加固质量直接影响开挖速度，所以海晏北路站标准段基底采用间距为3 m的42.5水泥，φ850 mm @600mm三轴搅拌桩进行加固；端头井及换乘段基底采用 42.5 水泥，φ850 mm @600 mm三轴搅拌桩进行格栅式加固。设计要求基底以下3 m实桩部分水泥掺量20%，基底以上空桩部分7%水泥掺量。

      在基坑开挖阶段，由于加固土体强度较大，以至于PC240挖机开挖时十分困难，在不得已的情况下，我们采用炮击的方法先将加固体破碎，然后再将土方挖除。此过程严重影响了出土速度，延长了无支撑暴露的时间，同时也浪费了大量的人力、物力，增加了开挖成本。

      在西延段施工中，我们将加固方案进行了优化∶水泥由42.5 改为 32.5，实桩部分水泥掺量由 20%降为 17% 。在西延段基坑开挖时，由于土体强度适中，只有少许部位由于加固过程中反浆的原因强度较大，但和海晏北路站土体强度相比，已经有明显改善，适合挖机开挖。因此，土体加固方案的优化有效地提高了开挖施工的效率。

      ③ 合理选择开挖设备型号

      在进行海晏北路站基坑开挖施工时，我们将两台日立350 长臂挖机臂长 18 m置于基坑两侧对称开挖，基坑内各安排1 台PC60 和 PC45 挖机配合喂土。当开挖至 13 m 以下深度时，由于日立长臂挖机受有效臂长的限制，开挖第五道支撑下土体时较困难。后来，我们将日立长臂挖机更换为小松 PC220 伸缩臂挖机，解决了开挖深度不足的问题（图 3）。但是由于伸缩臂挖机受自身抓斗自由度的限制，其开挖范围比长臂挖机有所缩小，需要小型挖机增加喂土量，所以对出土速度有所影响。

      在西延段基坑开挖施工过程中，结合海晏北路站基坑开挖施工的经验，在开挖设备选型方面，我们更注重设备连续开挖深度的能力，因此选用了 2 台臂长为 28 m的神钢SK350 超长臂挖机作为主要开挖设备，基坑内安排 1 台 PC60挖机掏挖钢支撑下方土体。这是因为 3 台挖机配合施工比较流畅，工作效率也较高。

      （2）缩短支撑架设时间

      土方开挖后，如何尽快恢复基坑体系的平衡是控制基坑变形的根本所在，其中，尽量缩短架设钢支撑时间是恢复基坑体系平衡的关键措施。影响钢支撑架设时间的因素包括基坑支护体系设计及地连墙施工质量。

      ① 优化基坑支护体系设计

      a.海晏北路站第一道支撑为混凝土支撑，原设计图中各混凝土支撑之间均由混凝土系梁连接。鉴于钢支撑在基坑内拼装施工较为困难，拼装效率低且拼装后质量较差，我们选择了在地面将钢支撑拼装完成后再吊入基坑的施工方法。海晏北路站混凝土系梁也因此变更为隔一设一(图 5)，这为钢支撑架设提供了有利空间。

      在西延段图纸会审中，我方建议取消混凝土系梁，得到了设计单位认可，故钢支撑架设效率得到了提高，缩短了基坑无支撑暴露的时间。

      b. 调整钢支撑间距。在基坑第一层开挖至第 18 轴、第二层开挖进行至第15轴时，我们发现混凝土支撑下方两侧钢支撑之间的土体挖掘较为困难，因此在土方开挖时，在基坑外安排了2 部日立 350挖机支撑间土体；又由于混凝土支撑下方的钢支撑空间较小，因此在基坑内安排了 1 辆 PC60挖机负责混凝土支撑及相邻钢支撑下方土体的挖掘倒运。由于这样的施工方法效率不高并延长了基坑无支撑暴露的时间，于是我方提出调整钢支撑间距的变更。经设计方同意，我们将钢支撑向混凝土支撑下靠近，与混凝土支撑保持 20 cm净距离（满足钢支撑装拆要求）如图 6 所示。这样，钢支撑之间可利用日立 350 开挖的空间增大，混凝土支撑下方需PC60 挖机开挖的土体减小，因此会大大提高基坑开挖效率，从而减少土方开挖时间及基坑无支护暴露的时间。

      ② 地连墙鼓包处理措施

      在地连墙施工过程中，由于成孔时孔壁坍塌，混凝土浇筑后会在地连墙表面形成鼓包。如果鼓包位置恰巧在钢支撑端头且无法避开，就需要将鼓包凿除后才能进行架设支撑施工。其凿除耗时长短需视鼓包大小而定，如果鼓包体积较大，则会耽误钢支撑架设，增加墙体累计变形数值，特别是鼓包位置较深时，对测斜变化的影响更为显著。

      在施工中，测斜点CX8 对应的测斜点第五道支撑处曾出现鼓包，从测斜点CX8的统计数据（图7）可以看出：架设第五道支撑前该段时间内测斜值变化最为迅速，第四道支撑架设完毕后累计值为11.1 mm，而第五道支撑架设后累计变形为34.2 mm，变化量23.1 mm；该段底板浇筑完毕，测斜累计值趋于稳定，最大累计值为43.3 mm，即架设第五道支撑阶段测斜变化量约占累计变化量53.3% 。

      通过对CX8 测斜点受地连墙鼓包影响的监测结果可以看出，在基坑较深处的地连墙鼓包必须及时处理，否则会给基坑开挖施工带来巨大的安全隐患。处理方式可以选择人工风镐凿除或者静态爆破。

      地连墙作为深基坑的围护结构，具有强度高、密封性好的特点，但是考虑到单幅地连墙仅靠锁扣管连接，曝露出了其整体性稍差的缺点，因此我们采用增加支撑密度、尽早封闭基底和提高垫层支撑的措施来弥补地连墙这一缺点，以降低基坑围护结构变形的风险。

      （1）增设临时支撑

      海晏北路站基坑在开挖至第五段时，虽然最后一道支撑已经在规定的时间内架设完毕，垫层也已及时浇筑，但是由于该处有下反梁沟槽，垫层未形成封闭，因此基坑测斜日变化量依然很大，最大变化速度为 18.46 mm/d，且位于开挖面以下 3 m的位置。设计支护措施已经按照要求全部施加，为了及时有效地控制基坑变形，防止地连墙破坏，我们决定在垫层上方再增设临时钢支撑，临时钢支撑的规格及间距同普通钢支撑（图 8）。

      7 月 18 日，在增设 7 道临时钢支撑后，日变化量的测斜值迅速下降并趋于稳定，地连墙变形得到控制，如图 9 所示。

      因此，在宁波软土地区开挖深基坑时，用增设临时钢支撑来控制地连墙变形的方法是十分有效的，当开挖较深时，储备一定数量的备用钢支撑也是十分必要的。

      （2）提高垫层厚度

      海晏北路站标准段垫层设计使用C30 混凝土，厚度为200 mm。为了提高垫层对围护结构的支撑作用，我方根据基坑开挖施工经验，建议垫层厚度增至250 mm，并且在 C30 混凝土中掺加早强剂，得到了设计方的认可。该项措施在后续施工中得到应用，对控制基坑变形起到了一定作用。