软弱地层超大异形深基坑群施工技术

任宏茂 REN Hong-mao

（中铁建大桥工程局集团第三工程有限公司，沈阳 110011）

摘要： 宁波轨道交通2号线TJ2105-1标为地铁2、4号线换乘车站及宁波火车站北广场地下配套工程，共分10个基坑，总面积约为35000平米。其中II-6（a）基坑面积为26971平米，为超大异形深基坑；II-5基坑属4号线西段部分，该基坑为北广场坑中坑；地铁2号线、4号线均下穿北广场；该工程围护、加固、支撑、开挖、防水及结构等设计形式多样，工序安排要求高，施工组织难度大，技术要求程度高，是同类工程中较为典型，施工方案及相关技术总结对类似基坑施工具有借鉴意义。

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关键词 ： 软弱地层；超大异形深基坑群；施工技术

中图分类号：TU753 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）24-0103-04

作者简介：任宏茂（1983-），男，内蒙古乌兰察布人，毕业于辽宁省交通高等专科学校，研究方向为施工技术。

0 引言

随着轨道工程的不断发展，大型配套工程也在逐渐增多，设计的也越来越复杂，尤其是基坑群，少至几个，多达十几个组成的基坑群，施工过程如何组织施工是保证基坑安全、质量的关键，而且目前在设计及施工方面均为成熟，在过程中有较多需要提高和优化的方面，通过过程实践可以总结一定的经验，供今后类似工程参照、借鉴。

1 项目概况

1.1 项目简介

宁波市轨道交通2号线TJ2105-1标包括2、4号线换乘站、4号线铁路南站站以及南站北广场地下配套工程，总面积约3.5万m2，为10个深基坑组成的基坑群。

2号线铁路南站站包括II-2、II-3基坑及1、4号2个附属出入口（设置在北广场范围内，属坑中坑），开挖深度约18.9～24m，围护结构为地下连续墙，采用明挖法施工。

4号线铁路南站包括II-1、II-5基坑（为坑中坑），为地下三层车站，标准段开挖深度25.79～26.04m，端头井开挖深度分别为27.37m和27.66m，围护结构为地下连续墙，采用明挖法施工。

南站北广场地下配套工程施工区域主要包括Ⅱ-4基坑、Ⅱ-6（a）基坑、Ⅱ-6（b）基坑及Ⅱ-7基坑。为地下一层结构，开挖深度约9m，采用明挖法施工。

1.2 地质水文及气象条件

1.2.1 工程地质情况

该工程拟建场地位于宁波市海曙区现火车南站，处于宁波断陷向斜盆地中部，地形平坦开阔，地貌类型单一，属第四系属冲湖积平原，现地面标高一般为3.0-4.5m。基坑开挖影响的的土层描述如表1所示。

1.2.2 场地水文地质情况

①潜水：潜水水位受季节及气候条件等影响，但动态变化不大，潜水位变幅一般在0.5-1.0m之间。经勘查测得潜水位埋深一般为0.9-1.2m，标高为2.10m左右。

②微承压水：北广场内微承压水主要赋存于⑤夹层粘质粉土层中，含水层厚一般为1.5-4m，局部夹砂质粉土、粉质粘土及薄层粉砂，透水性一般，水量相对较小，水位埋深1.8-2.5m，水质为微咸水，地下水基本不流动。

③承压水：第一层承压水赋存于⑧1层粉砂层中，透水性好，含水层顶板埋深一般为48.0-55.0m左右，含水层厚度10-18m，层位稳定，水位埋深4.5-5.5m，动态变化不明显，基本不流动。

2 工程特点

本工程特点见表2。

3 总体筹划

总体筹划：根据设计要求以及因拆迁、交通导改、管线改迁以及现场其他实际情况等因素影响，本标段主要分六期进行施工，每期施工穿插一期或多期交通导改和管线改迁施工。

①一期施工。一期主要围绕给地铁II-1、II-2、II-3、II-5基坑施工围护结构提供前期准备条件，主要施工内容有：交通导改、桩基拔除、一期管线改迁及绿化迁移；

②二期施工。二期主要进行重力坝、地铁围护结构以及II-1基坑开挖前的准备工作。

③三期施工。三期主要进行II-1基坑的开挖及结构施工，根据设计要求II-1基坑结构本期回筑至下一层板（-11.15m板），顶板与II-2、II-3基坑顶板同步施工。

④四期施工。四期主要进行II-2、II-3基坑灌注桩、第一道支撑梁、栈桥、降水、开挖及结构施工，这里需说明的是，最初设计的设计工况是II-2基坑先行开挖，待结构回筑至下一层板（-11.15m板）强度达到设计要求后再进行II-3基坑开挖及结构施工，后期根据2号线整体进度要求及现场实际情况与设计沟通进行优化为II-2、II-3基坑对称同步开挖，要求开挖过程中两个基坑的开挖标高控制在1m之内。

⑤五期施工。五期邮政大楼及铁路居民区拆迁完成，主要以二期1阶段管线改迁、二期4个阶段交通疏解、拔桩、II-4、II-6（b）基坑围护及结构施工为主，以及II-6（a）、II-7区不受管线、交改、拆迁影响范围内的桩基及加固施工。

⑥六期施工。主要进行二期2阶段管线改迁，以及II-6（a）、II-7区的围护结构、支撑梁、开挖、结构施工。

4 拔桩工程

本工程拔桩的范围遍布整个基坑范围，数量约1044根，根据建筑物拆迁进度贯穿整个工期。设备主要采用360度全回转套管机和FCEC全回转拔桩清障机。

5 支撑施工

本工程支撑设计形式多种多样，主要有混凝土对撑、钢支撑对撑、混凝土斜抛撑、钢支撑斜抛撑、临时钢支撑支撑换撑、混凝土肋板撑换撑、型钢斜抛撑换撑等形式。

地铁基坑支撑形式设计均为混凝土、钢支撑对撑，局部进行钢支撑对撑换撑，其中II-2基坑是利用砼板撑进行换撑；北广场II-6（b）、II-7基坑设计为两道混凝土对撑，无换撑设计。

北广场II-4、II-6（a）基坑支撑设计有斜抛撑，其中II-6（a）基坑既有对撑也有斜抛撑，而且换撑形式有砼肋板撑、型钢斜抛撑换撑、型钢斜抛撑埋撑等设计，以下主要以II-6（a）基坑为例介绍各种支撑形式。

在施工过程中，对于对撑和斜抛撑设计进行了总结，各有其优缺点。

对撑优点：支撑施工快，能做到快挖快撑，无支撑暴露时间短，基坑变形小。对撑缺点：支撑设置范围大，立柱桩多，造价高。斜抛撑优点：节省支撑设置范围，造价小，中心岛施工方便。斜抛撑缺点：需要将中心岛底板浇筑完成后施工抛撑，无支撑暴露时间长，基坑变形大。

施工过程中的关键控制要点：①加快中心岛底板施工速度，尽早施工抛撑，尽量减小基坑变形；②斜抛撑围檩提前或与中心岛底板同时浇筑，节约抛撑施工时间；③控制好斜抛撑下土方开挖坡度，确保支撑梁底标高准确，以保证混凝土抛撑线型；④标准车站基坑第一道最好使用混凝土支撑，第二道及以下都宜使用钢支撑，减小拆撑难度，也能够加快施工进度。

6 土方开挖及结构施工

根据前面介绍的工程特点，本工程是10个基坑组成，总面积约为35000m2的超大异形深基坑群，深浅不一、宽窄不一、异形坑中坑、基坑间紧密相连、多坑共墙，施工技术难度较大。

在一期施工地铁II-1、II-2、II-3基坑时，东侧、北侧、西侧受重力坝影响，南侧受火车站站房施工影响，作业场地狭小，开挖作业场地基本依靠栈桥，造成基坑开挖大部分土方需要进行盖挖作业；标段工程开挖土方量约45万方，贯穿工程始终，工程量大，工序多，作业面多，交叉多，南站整体施工各工作面相互干扰多，施工组织难度较大。

6.1 基坑群开挖及结构总体施工工筹

根据设计要求及过程优化整个基坑群的开挖顺序是：①II-1基坑→②II-2、II-3基坑同步→③II-4基坑（底板完成后进行2号线1号出入开挖及结构施工）→④II-6（b）基坑→⑤II-6（a）基坑、II-7基坑同步（II-6（a）部分底板施工完成后进行II-5及2号线4号出入口基坑开挖及结构施工）。

6.2 II-6（a）、II-5基坑开挖及结构施工组织

因地铁II-5深基坑作为北广场II-6（a）最大基坑中的坑中坑，且II-6（a）基坑采取中心岛放坡开挖的方法，施工技术及组织难度大，具有很强的代表性，下面以II-6（a）及II-5基坑为例详细介绍其开挖及结构施工组织。

6.2.1 基坑开挖施工顺序

Ⅱ-6（a）基坑根据设计膨胀加强带共分为12块土方，Ⅱ-5基坑为在3、4号块下开挖的地铁深基坑。具体分块图如图4。

根据场地条件及出土筹划，基坑施工顺序如下：①③④→②⑧?輥?輰?訛→⑦?輥?輯?訛→⑤⑥→⑨⑩。

Ⅱ-5基坑待③④底板达到强度后进行向下开挖施工。

6.2.2 结构施工

II-6（a）基坑结构施工随着土方开挖施工进行，在底板施工完成后随即进行侧墙、换撑、拆撑、顶板施工，其中③④号块在底板施工完成后暂不施工顶板，将底板作为II-5基坑开挖及结构施工的施工场地，待II-5基坑回筑至-11.15m板后与II-5基坑顶板一起施工。

在II-5基坑施工期间在①②号块底板留出10m宽作为施工便道，待①②号块预留便道范围以外顶板施工完成，且脚手架拆除后，将该便道改移至南侧已施工范围作为便道，之后将原预留通道范围顶板进行施工。

7 在施工中进行的设计优化

①地下连续墙导墙施工时，在靠近重力坝的范围经常塌方，优化为采用木桩进行加固，其中地质条件特别差的设置双排木桩进行加固。（图5）

②在已经拔过废弃桩的地下连续墙施工部位，采用三轴搅拌桩对槽壁进行加固。

③为加快施工进度，满足2号线通车时间节点，将地铁II-2、II-3基坑开挖工筹由原来的分步开挖优化为同步开挖，节约工期2个多月。

④北广场II-6（a）与II-7基坑原设计开挖工况为II-6（a）基坑结构回筑完成、南站西路道路恢复及管线改迁完成后再进行II-7基坑开挖及结构施工，优化为II-6（a）基坑与II-7基坑同步开挖，调整部分支撑，节约工期至少5个月。

⑤本项目北广场坑内加固原设计均为三轴搅拌加固，因三轴搅拌桩机体积大，施工场地要求高，施工风险大，且对项目来说经济效益差，经沟通全部优化为高压旋喷加固，因高压旋喷桩机体型小，设备可以根据现场需要随时增加，既满足了进度要求，也满足了安全和经济效益要求。

⑥北广场II-4、II-6（a）、II-6（b）、II-7基坑原设计要求为整个基坑非加固区按每200m2 1口疏干井进行设置，但根据宁波地质条件、开挖深度、开挖难易程度以及同类基坑施工经验，经与设计沟通及专家论证后将疏干井的布置优化为只在抛撑范围非加固区每200m2设置1口，整个北广场疏干井布置由原来的约186口优化至40口，既保证了基坑开挖安全、进度，也节约了一定的成本。

⑦地铁II-5基坑第四道支撑原设计为钢筋混凝土支撑，根据以往施工经验，该支撑在拆除或吊装的过程中安全风险较大，再者II-5基坑施工是整个工程的关键路线，并且混凝土支撑施工及等强周期长，对基坑的时空效应不利。经设计优化为?准800钢支撑，既保证了安全也保证了进度。

⑧4号线基坑侧墙施工时，原设计进行钢支撑临时换撑，后优化为利用满堂脚手架回顶侧墙代替临时钢支撑，节约工期。

⑨因管线改场地受限，将部分燃气、给水通过桥架架空的方式改迁，解决了II-6（b）基坑的正常施工，确保了2号线盾构的顺利接收。

8 几点体会

①中心岛工法施工技术操作简便，在技术上是可靠的，经济上是合理的。对于深大基坑施工采用中心岛工法，可不设内支撑，给施工带来极大的方便，能加速施工速度，缩短工期，但抛撑设计形式造成开挖基坑变形较大，在开挖工程中要加强基坑监测，做到快挖快撑，将斜抛撑围檩提前或与中心岛底板同时浇筑，节约抛撑施工时间，以便减小基坑变形。

②对于中心岛开挖面的大小，取决于坑内土体的稳定，保留多大的土体才能保证围护、支撑体系安全可靠非常重要，一方面取决于设计单位的理论验算，另一方面在实施过程中通过较先进的监测手段所得信息来指导施工，从而提高基坑和环境保护的安全度。

③在粉质粘土的地铁深基坑施工中，考虑到围护结构已经隔断开挖范围内潜水含水层基坑内外的水力联系，降水的好坏直接关系到围护结构的安全。在现场实际施工过程中采用真空的方法增加单井出水量，并且延长真空降水的时间，现场实际疏干效果非常好。

④北广场采用中心岛开挖方式，虽然，在基坑实际开挖过程中优化后还保留了部分降水井，由于围护结构未隔断潜水层，实际降水效果不是太明显，起到的作用不是很大，建议在类似地质、基坑大小和深度，以及类似开挖方式的基坑中可以考虑不进行疏干降水，做好明排水即可。

⑤标准车站基坑第一道支撑目前设计基本均为钢筋混凝土支撑，现场实际效果较好，对基坑安全起到了至关重要的作用，但根据施工经验，在第二道及以下如使用混凝土支撑会造成后期拆撑难度大、风险高，且不利于项目的经济效应。从II-5基坑第4道混凝土支撑变更为?准800钢支撑后的实际施工情况来看，效果较好，既在后期能够减小拆撑难度，降低施工风险，也能够加快施工进度。

⑥在市政工程中，混凝土结构物的拆除由于受周边环境的影响，镐头机凿除噪音较大，目前原来越多的施工单位都在采用绳锯切割工艺，效果较好，效率高，满足环保要求，但造价较高，这就需要施工单位在投标报价中进行考虑。

⑦做好结构细部防水是关键，但也是大多数施工单位忽略的方面，如果重视程度不够，管理跟不上，施工队伍实力不够，后期的堵漏费用将会是项目部一项较大的开支。

⑧软弱地层超大异形深基坑群施工，超前筹划、精心编制施工组织、过程中科学严密组织施工、精心安排工序、实行动态管理尤为重要，过程中要根据现场实际情况的变化及时进行方案的补充和优化，确保工程的顺利进行。

⑨对于桩基数量较多的工程，如何控制好桩头混凝土超灌是关键，期间要多想措施，做好过程控制。本项目北广场2000多根桩基，由于控制得力，未给项目造成经济损失。

9 结语

本工程是宁波市轨道交通2号线以及海曙区宁波火车站北广场标志性工程，结合项目的实际情况，总结了一些软弱地层异形深大基坑群施工关键技术以及相关经验总结、体会，希望为宁波乃至全国类似深基坑群工程提供借鉴。

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参考文献：

[1]铁路宁波站改建工程配套项目轨道交通2、4号线铁路南站站工程施工图.

[2]宁波火车南站综合交通枢纽城市配套工程地铁、北广场及其地下空间岩土工程详勘报告资料.

[3]轨道交通2号线TJ2105-1标施工组织设计.