CN114991159A - 地铁车站深基坑马道式快速出土施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及地下工程基坑挖土施工方法，具体为地铁车站深基坑马道式快速出土施工方法。地铁车站深基坑马道式快速出土施工方法，在基坑出土一侧预留马道，渣土车上下比较方便，马道做好一定的加固及防滑措施后十分安全。本方法适用于主要以砂性土、粘性土为主的狭长深基坑挖土方工程，通过结合马道及分台阶的开挖方式加速前期挖土速度。本方法在基坑出土一侧预留渣土车的上下马道，结合分层分段、盆式开挖的挖土工艺，在保证基坑安全的前提下，方便渣土车快速移动到基坑开挖面，为主体结构施工尽快创造施工面，加快基坑封底时间，减少基坑围护结构位移变形，同时达到节约工期、成本的目标。
Description
技术领域
本发明涉及地下工程基坑挖土施工方法，具体为地铁车站深基坑马道式快速出土施工方法。
背景技术
随着地下结构的开发利用增多，地下空间越来越拥挤，地下工程基坑也越来越深。目前国内地铁车站多数为狭长深基坑，一般采用明挖顺作法施工，基坑土方工程常采用后退分台阶法开挖, 后退分台阶法开挖土方开挖时间长，基坑长时间暴露。
发明内容
本发明结合分段分层、分台阶、拉槽等出土方式，对常规施工方法进行了改进，提出了地铁车站深基坑马道式快速出土施工方法。
本发明是采用如下的技术方案实现的：地铁车站深基坑马道式快速出土施工方法，包括以下步骤：
周边环境勘察；
编制基坑长度方向上分段开挖、深度方向上分层开挖的土方开挖方案；
施工准备；
开挖至第一段第一层混凝土支撑下方：
施工第一段第一层冠梁及混凝土支撑；
在基坑长度方向上逐段开挖，在每一段深度方向上分层开挖，开挖时拉槽在基坑出土侧预留马道；
渣土车开至开挖工作面进行装车；
继续利用马道拉槽开挖并及时架设支撑，此过程中马道坡度不大于14°；
随着挖土过程的进行，当马道坡度大于14°时，采用分台阶、倒土开挖；
随着挖土过程的进行，当无法进行分台阶、倒土开挖后，采用垂直开挖；
及时封闭垫层完成土方开挖。
上述的地铁车站深基坑马道式快速出土施工方法，开挖分层高度控制在4-6m，可以在保证安全前提下，取得较好的时间和经济效益。
上述的地铁车站深基坑马道式快速出土施工方法，分段长度控制在18-24m。
上述的地铁车站深基坑马道式快速出土施工方法，考虑到降雨会对马道承载力造成不利影响，而且可能造成打滑，需要在马道上铺设带有钢筋加肋的防滑钢板，下雨时用塑料布及时苫盖。
上述的地铁车站深基坑马道式快速出土施工方法，采用分台阶、倒土开挖时，每阶平台坡度为1：0.75，平台宽度为5m，挖掘机数量根据现场实际情况进行组织，挖掘机接力传递土方至渣土车。
上述的地铁车站深基坑马道式快速出土施工方法，采用垂直开挖出土时，挖掘机在基坑底部向码头吊喂土，码头吊重量达40-50t，为了避免长期荷载对基坑变形造成影响，当不出土时需将码头吊移动至距离基坑一定距离的安全区域，减少基坑顶面超载。
本方法可以有效节省土方开挖时间，减少了基坑长时间暴露的时空效应，并可以取得较好的经济效益。
附图说明
图1为本发明的施工流程图。
图2为拉槽施工纵断面示意图。
图3为拉槽施工横断面示意图。
图4为分台阶开挖示意图。
图5为喂土平面布置示意图。
具体实施方式
地铁车站深基坑马道式快速出土施工方法，在基坑出土一侧预留马道，渣土车上下比较方便，马道做好一定的加固及防滑措施后也十分安全。本方法适用于主要以砂性土、粘性土为主的狭长深基坑挖土方工程，通过结合马道及分台阶的开挖方式加速前期挖土速度。
本方法在基坑出土一侧预留渣土车的上下马道，结合分层分段、盆式开挖的挖土工艺，在保证基坑安全的前提下，方便渣土车快速移动到基坑开挖面，为主体结构施工尽快创造施工面，加快基坑封底时间，减少基坑围护结构位移变形，同时达到节约工期、成本的目标。
地铁车站深基坑马道式快速出土施工方法流程及操作要点如下：
周边环境勘查
基坑开挖带来的水平位移和地层沉降会影响周围邻近建（构）筑物、道路和地下管线，该影响如果超过一定范围，则会影响正常使用或带来较严重的后果。所以基坑工程施工前，一定要对基坑临近建（构）筑物、临近管线、周边交通及道路情况、周边施工条件进行严密调查，采取有效措施保护周围环境，使基坑施工对周围环境的影响限制在允许范围内。
合理编制土方开挖方案
挖土应根据基坑工程支护设计、周边环境和场地条件等情况进行组织，在控制基坑变形、保护周边环境的原则下，根据对称、均衡、限时的原则，确定开挖方案。
针对具有较多支撑的地铁车站狭长深基坑，土方开挖遵循“先撑后挖、限时支撑、分层开挖、严禁超挖”的原则：
①基坑开挖在深度范围要分层开挖，根据挖掘机的作业半径、综合考虑支撑位置、施工进度，开挖分层高度控制在4-6m，可以在保证安全前提下，取得较好的时间和经济效益。
②在平面长度方向上要分段开挖，结构分段长度常取18-24m（通常为地连墙3-4幅宽长度），土方分段可以选择1-2幅地连墙幅宽作为土方分段长度，挖至支撑面后整幅地连墙先后在8h内可以完成架设及施加轴力，这样一方面开挖有利于土方开挖，另一方面有利于支撑架设保证基坑稳定，可以在保证安全的前提下，取得较好的工期及经济效益。
③开挖的方法和顺序应尽量减少基坑无支撑暴露时间和空间。因此开挖方式采用盆式开挖，盆式开挖由于保留基坑周边土方，减少了基坑围护暴露时间，对控制围护墙变形和减小周边环境影响较有利。土方开挖顺序，通常情况下可先开挖角撑系统区域的角部土体，及时施工角撑系统，控制基坑角部变形。此外，一般情况下，环境要求相对较低的基坑侧宜先行开挖，然后再开挖环境要求相对较高的基坑侧。
④土方分层、分段及开挖顺序确定好后，在基坑后开挖侧设置坡度不大于14°的马道（根据现场实际测试，满载渣土车在坡度＜14°时可以顺利上下）。设置马道时需要考虑第一道的支撑是否会影响渣土车上下，如果确实有影响可以后架设钢支撑或者后用支架浇筑混凝土支撑。支撑下表面至马道面保证4m净空即可保证渣土车上下。但是由于缺少支撑，需要将围护结构按照悬臂状态考虑其刚度是否能保证安全，如果不能保证安全，可以减少马道高度或更早的开始使用分台阶开挖方式。
根据上述原则合理组织土方施工。
施工准备
施工前应首先熟悉和掌握合同、勘察报告、设计图纸、法律法规和标准规范等文件；应对场内地下障碍物、不良土质、场内外地下管线、周边建（构）筑物状况、场地条件、场外交通状况及弃土点等做详细的调查；应编制基坑土方开挖施工方案，在对设计文件和周边环境进行分析的基础上，确定土方开挖的平面布置、机械选型、施工测量、挖土顺序和流程、场内交通组织、挖土方法及相关技术措施，并编制基坑开挖应急预案；应对施工场地进行必要的平整，做好测量放线工作,合理调配临时设施、物料、机具、劳动力等资源。
土方开挖前应确保工程桩、围护结构等施工完毕，且强度达到设计要求；应通过降水等措施，保证坑内水位低于基坑开挖面及基坑底面0.5～1.0m，同时开挖前应完成排水系统的设置；应对相关的基坑监测数据进行必要的分析，以确定前期施工的基坑支护体系的变形情况及对周边环境的影响，并进一步复核相关监测点。
支撑施工
混凝土支撑施工
混凝土支撑体系宜在同一平面内整体浇筑，支撑与支撑、支撑与钢围檩相交处宜采用加腋等构造措施，使其形成刚性节点。支撑施工时宜采用开槽浇筑的方法，底模板可用素混凝土、木模、小钢模等铺设，土质条件较好时也可利用槽底做土模；侧模多用木模或钢模板。混凝土支撑浇筑前应保持基槽平整，底模支立牢固。
钢支撑施工
①工艺流程
机械设备进场→测量放线→土方开挖→设置围擦托架→安装围檩→设置立柱托架→安装支撑→支撑与立柱抱箍固定→围檩与围护墙空隙填充→施加预应力。
②施工要点
（1）钢支撑常用形式有钢管支撑和H型钢支撑。钢围檩多采用H型钢或双拼工字钢、双拼槽钢等。可通过设置在围护墙上的预埋钢板与墙体连接，或通过墙体伸出的吊筋予以固定，围檩与墙体间的空隙用C20以上细石混凝土填塞。钢围檩拼接焊缝应进行探伤、满足设计要求。
（2）支撑端头应设置一定厚度的钢板作封头端板，端板与支撑杆件间满焊，焊缝高度与长度应能承受全部支撑力或与支撑等强度。必要时可增设加劲板，加劲板数量、尺寸应满足支撑端头局部稳定要求和传递支撑力的要求。为方便对钢支撑预加压力，端部可做成“活络头”，活络头应考虑液压千斤顶的安装及千斤顶顶压后钢楔的施工。钢支撑轴线与围檩不垂直时，应在围檩上设置预埋铁件或采取其他构造措施以承受支撑与围擦间的剪力。
(3)水平纵横向钢支撑宜设置在同一标高，宜采用定型的十字接头连接，该种连接整体性好、节点可靠。采用重叠连接施工方便，但整体性较差。纵横向水平支撑采用重叠连接时，相应围楝在基坑转角处不在同一平面内相交，也需采用重新连接，此时应在围檩端部采取加强构造措施，防止围檩端部产生悬臂受力状态。
(4)钢支撑预应力施加可减少围护墙体的侧向位移，并使支撑受力均匀。施加预应力的方法有两种，一种是用千斤顶在围檩与支撑交接处加压，在缝隙处塞钢楔锚固，然后撤去千斤顶；另一种是用特制的千斤顶作为支撑部件，安装在各支撑上，预加应力后保留至支撑拆除。支撑安装完毕后应及时检查各节点的连接情况，经确认符合要求后方可施加预压力，预压力施加宜在支撑两端同步对称进行；预压力应分级施加，重复进行，加至设计值时，再次检查各连接点的情况，必要时应对节点进行加固，待额定压力稳定后锁定。
土方开挖施工
①拉槽施工：车站基坑按照结构分段，可以在第一至三段主要以及四至六段中上层的土方可以采用拉槽+马道出土，根据现场实际试验调整，马道坡度不大于14°时满载渣土车可以顺利爬坡出渣。拉槽施工纵断面、横断面图如图2和图3所示。考虑到降雨会对马道承载力造成不利影响，而且可能造成打滑，需要在马道上铺设带有钢筋加肋的防滑钢板，下雨时用塑料布及时苫盖。
②分台阶施工：当现场不具备拉槽出土后，采用分台阶开挖方案，每阶平台坡度为1：0.75，平台宽度为5m，挖掘机数量根据现场实际情况进行组织，挖掘机接力传递土方至渣土车，施工示意如图4所示。
③垂直出土：当最后不具备分台阶出土条件后，采用垂直出土，挖掘机在基坑底部向码头吊喂土。喂土平面布置示意图如图5所示。码头吊重量达40-50t，为了避免长期荷载对基坑变形造成影响，当不出土时需将码头吊移动至距离基坑一定距离的安全区域，减少基坑顶面超载。
④临时立柱桩周边土方开挖
a.临时立柱桩周边土方开挖前施工员应通知测量组将临时立柱位置进行标记，周边0.5m范围内采用人工进行开挖。
b.临时立柱桩挖出后应及时采用反光膜进行标记。
c.临时立柱桩周边土方应对称开挖两侧土方不得产生高差。
d.采用机械挖土时，严禁挖土机械碰撞支撑及临时立柱桩。
安全措施
先探后挖
在基坑大面积开挖前，先在拟开挖区域内的围护桩接缝处，用人工配合挖掘机在围护结构薄弱部位探挖，探挖深度为本次开挖深度，探挖后静置，检查本次开挖深度范围内地下连续墙接缝是否有漏水情况。如本次开挖深度范围内所有地下连续墙接缝均无漏水情况，即达到大面积开挖条件；如有漏水情况，组织回填并进行墙外注浆处理，处理完毕再次探测无漏水情况后方可开挖。
探水作业时，袋装水泥等应急物资应放置在探孔开挖作业面周边，满足应急处理要求，避免在探水过程中出现突涌水现象发生。
土方开挖施工必须与测量监测紧密结合，一旦地连墙倾斜速率加快，水位变化速率较大，立即停止施工且通知设计与业主研究对策，在隐患处理完毕后方可继续施工。
基坑边严禁大量堆载，标准段地面超载不得大于20kPa，端头井超载不得大于30kPa。
基坑开挖时严禁机械碰撞支撑、排水设施、围护墙等工程设施。
基坑开挖时坑底预留30cm厚土层，由人工挖除整平。
在雨天，开挖面做好明沟排水和集水井，将基坑开挖过程中的坑内汇水引入集水井，用水泵抽排出基坑，防止雨水浸泡基坑。根据天气预报，遇中、小雨可用彩条布覆盖开挖面，将雨水汇集至集水井中抽排。遇大暴雨可提前对开挖面进行挂网喷射混凝土封闭，并启动应急预案防止泡槽。
本方法相较于普通分台阶的开挖方式，通过增加马道、拉槽出土的方式，并且由于渣土车可以很方便的移动至挖掘机的工作面内，仅投入2台挖掘机就可以实现倒土至渣土车内，大部分土方可以用此方法外弃，明显可以加快开挖速度，节约成本。
本方法产生的社会效益为，本工法施工时间较短，为结构早日封底做出了巨大贡献，相比常规出土方案可节省45天。工期节约，可以保证基坑早封闭，底板的封闭可以有效控制基坑变形，可以大大降低对周边环境的影响，也有利于地铁早日通车，带动城市周边经济的发展，也有利于城市的宣传和旅游发展。而且本方法施工使用的机械均在基坑内运行，噪音扩散相对较少，减少了对周围居民生活的影响。
本方法产生的节能效益主要体现在，本方法投入的机械相对较少，工期较短，可以节约投入的人力、物力，总体上满足节省能源的要求。垂直出土的码头吊，使用电能驱动，减少了化石能源的消耗。
深基坑开挖的主要费用为机械费用，相较于传统方法，通过提高效率、节约工期、减少机械投入，大量节省了机械费用。本方法相较于传统工法可以节约挖掘机使用60天，并少投入2台挖掘机，节约直接成本198.8万元，由于节约工期分摊管理费也大幅减少。
Claims (6)
1.地铁车站深基坑马道式快速出土施工方法，其特征在于：包括以下步骤：
周边环境勘察；
编制基坑长度方向上分段开挖、深度方向上分层开挖的土方开挖方案；
施工准备；
开挖至第一段第一层混凝土支撑下方：
施工第一段第一层冠梁及混凝土支撑；
在基坑长度方向上逐段开挖，在每一段深度方向上分层开挖，开挖时拉槽在基坑出土侧预留马道；
渣土车开至开挖工作面进行装车；
继续利用马道拉槽开挖并及时架设支撑，此过程中马道坡度不大于14°；
随着挖土过程的进行，当马道坡度大于14°时，采用分台阶、倒土开挖；
随着挖土过程的进行，当无法进行分台阶、倒土开挖后，采用垂直开挖；
及时封闭垫层完成土方开挖。
2.根据权利要求1所述的地铁车站深基坑马道式快速出土施工方法，其特征在于：开挖分层高度控制在4-6m。
3.根据权利要求2所述的地铁车站深基坑马道式快速出土施工方法，其特征在于：分段长度控制在18-24m。
4.根据权利要求1或2或3所述的地铁车站深基坑马道式快速出土施工方法，其特征在于：在马道上铺设带有钢筋加肋的防滑钢板，下雨时用塑料布及时苫盖。
5.根据权利要求1或2或3所述的地铁车站深基坑马道式快速出土施工方法，其特征在于：采用分台阶、倒土开挖时，每阶平台坡度为1：0.75，平台宽度为5m，挖掘机数量根据现场实际情况进行组织，挖掘机接力传递土方至渣土车。
6.根据权利要求1或2或3所述的地铁车站深基坑马道式快速出土施工方法，其特征在于：采用垂直开挖出土时，挖掘机在基坑底部向码头吊喂土，当不出土时将码头吊移动至距离基坑一定距离的安全区域，减少基坑顶面超载。
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