上海地铁基坑工程施工规程与地铁施工技术措施总结

上海地铁基坑工程施工规程与地铁施工技术措施总结内容摘要：

图 图 图 40 35 30 25 20 15 10505C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9 C 10( C 29)紧靠基坑的东海商都测点沉降（mm）降水前的沉降降水后 ( 开挖前 ) 的沉降北 南 １６ 支撑体系 控制无支撑暴露时间是保证基坑变形不超过设计允许范围的重要指标之一，支撑制作或出租单位应按设计要求制定专门的质量标准，支撑经检验合格后打上合格标志。 凡是施工中应用的支撑均应达到设计要求，严禁出现某一块土方开挖完毕却不能提供合格支撑的现象。 立柱桩可有效地保证支撑的稳定性，但立柱的沉降或回弹会引起支撑次应力，降低支撑稳定性。 实测数据表明，开挖深度 14m 的基坑坑底回弹范围通常是坑底以下 12m，因此建议 立柱桩要穿越这一区域。 为保证整个支撑体系受力合理，并能够可靠有效地施加预应力，钢支撑和立柱的连接节点构造要能满足以下要求（图 ）： 支撑在节点处要受到三维约束，以防止侧向弯曲后轴向承载力下降，通常用 U型抱箍约束支撑构件，以减短支撑的压缩计算长度，而提高支撑的受压承载力。 支撑的三维约束节点构造只应约束垂直 于支撑轴线的各向外力所引起的支撑弯曲，而不应约束支撑轴向伸缩。 若三维约束节点为刚性连接，则每根支撑的轴向伸缩都将引起整个支撑体系的变形而增加支撑的次应力。 河南路车站风井基坑井字型支撑体系应力量测资料已经验证了这种现象，因此支撑不宜和立柱、抱箍焊死。 在立柱支托和支撑之间、抱箍和支撑之间要塞硬木锲，以便在桩身发生沉降或隆起时可释放过大的次应力，同时还能保证抱箍和支托的约束作用。 若采用预制十字接头或井字接头，也同样应满足本条规定，否则应另外制定施加支撑预应力的程序，并在支撑体系设计中考虑可能发生的次应 力。 基坑排水 坑内长期积水不但影响开挖和场地清洁，更会引起坑内被动区土体的软化、降低被动抗力，从而导致基坑挡墙位移和坑外地表沉降增大甚至引发基坑坍塌事故。 因此，排水设施要能满足雨天排除坑内积水的需要，并严防坑外地面雨水径流涌入基坑。 若开挖前未查明并排除坑内储水体，开挖时会导致土坡被暗藏积水冲坍，乃至冲断基坑横向支撑，从而造成地下墙大幅度变形和地面大量沉陷的严重后果。 地铁一、二号线车站深基坑施工中均已有过这方面的严重教训。 承压水处理 (a)钢管对撑 (b)H 型钢井字撑 图 １７ 如果在基坑底以下的不透水层较薄，而且在不透水层下面具有较大水压的滞水层或承压水层，上覆土重不足以抵挡下部的水压时，基底就会隆起破坏，墙体就会失稳。 所以在地下墙设计、施工前必须查明地层情况，以及滞水层或承压水层的水头情况，验算抵抗坑底隆起的稳定性（图 ）并采用相应的治理措施。 验算公式如下： 1 1.Phw   式中： h …… 承压水上覆土重； wP …… 承压水头压力。 出土、运输和弃土 出土、运土、弃土应包括：每层、每块开挖面的挖土机具、人力配备；土方自开挖面运向地面的垂直运输机械和车辆；临时堆土的场地、容量、设备和人力；外运土方的运输车辆、路线、运送容量；弃土场地可接受土方的容量及相应的卸土机具和人力等。 对这些条件应作周密研究予以落实，以保证挖土施工管理指标的实现。 以往施工中曾因在开挖前未按本条规定中的内容组织施工，而无法达到设计规定的连续出土要求以及开挖、支撑的速度，以致出现基坑变形过大甚至危及周围环境的情况。 图 １８ 3 基坑开挖 基坑开挖程序 ~ 合理可靠地选取并执行开挖支撑的施工步序和施工参数，就能在设计中科学、定量地考虑软土基坑开挖中以时空效应为主要特征的施工因素，从而采用合理有序地施工，使得坑周土体应力路径和土体应力状态的变化，由复杂莫测变为有一定规律。 这是使软土基坑变形预测值可与实测值相符的关键。 本规程所规定的三种基本开挖程序和参数，是在总结大量上海地铁车站深基坑以及邻近地铁的高层建筑地下室深基坑设计施工的成功经验的基础上提出的。 现举例如下： 工程实例一 地铁二号线某车站深基坑 原设计采用如图 (a)所示的分层、分小段开挖方案；后经设计同意改进了施工参数，如图 (b)所示，并精心按此方案施工，结果不但达到了和原设计方案同样的变形控制标准，还节省了地基加固费 100 多万元，且加快施工进度近 2 个月。 工程实例二 淮海路香港广场北块基坑工程 工程概况 香港广场北块位于淮海路，嵩山路、黄陂路、金陵路之间，基坑面积约 5800m2。 基坑平面形状为近似正方形，基坑靠近淮海路一侧，距正在运行的地铁一号线下行线区间隧道约 8~9m，基坑四周距地下管线 7~10m，基坑深度 在电梯井部分为 17m，其余部分为。 按基坑周围环境条件，基坑挡墙的最大水平位移应控制在 40mm 以内，以保证地 图 东方路车站基坑开挖施工方案施工方案对比示意图 一、 Ii、 IIi、 IIIi、 IVi和 Vi表示第 5 各层开挖及支撑施工中每一步的施工范围。 二、 Ii、 IIi、 IIIi和 IVi所表示的每步开挖小段为 6m宽 3~，每步开挖后安装好两根支撑并加预应力，这一步的开挖和支撑工作在 24 小时内完成。 三、 Vi表示第 5层开挖中的每步工作要求，每步开挖 12m 宽 2m厚土方，并立即浇好混凝土垫层支撑，每步工作在 24 小时内完成。 (a) 原设计开挖支撑方案 一、 Ii、 IIi、 IIIi、 IVi表示第 4各层开挖及支撑施工中每一步的施工范围。 二、 Ii用小型反铲机挖 3m 宽 5m 深的斜条土方， 每步开挖后立即安装好两根支撑并加预应力，这一步的开挖和支撑工作在 8 小时内完成。 三、 IIi和 IIIi用小型反铲机及抓斗结合挖土，每步开挖 3m宽约 3m 深的斜条土方，挖后立即安装好一根支撑并加预应力，每步工作在 12 小时内完成。 四、 IVi每步开挖 6m 宽 2m 厚土方，并立即浇好混凝土垫层支撑，每步工作在 12 小时内完成。 (b)优化后的开挖支撑方案 １９ 铁轴线在开挖施工阶段的位移小于 10mm，变形曲线的曲率 1／ 15000。 围护结构及支撑结构体系 按地质条件及控制挡墙变形要求，围护墙采用 80cm 厚 深的地下连续墙，每幅地下墙宽 6m，插入坑底 约为。 支撑体系为 3 道钢管支撑，为便于挖土，将支撑平面间距及每道钢支撑竖向间距布置如图。 每根钢支撑为双钢管（ Φ609 16 钢管），接头为双十字节钢构件，支撑 端部八字撑与直管撑同样施加预应力以减少支撑点之间围檩跨中挠度。 在控制坑周变形要求很严格的地方还装有复加预应力装置。 基坑开挖、支撑施工工艺及施工参数 图 淮海路香港广场基坑支撑、土体加固及分块开挖示意图 ２０ 基坑开挖和支撑分四层进行。 每层均采用“盆式”开挖，先将基坑中间部分开挖至该层支撑底面标高、安装好该开挖范围内的钢支撑。 基坑周边预留的阻止地墙变形的土堤则按图 所示的顺序，分块，对称地开挖和支撑。 每块土的开挖控制在钢支 撑顶面，钢支撑接围檩处的土体用人工开挖，在开挖下一层土体时挖土机始终在钢支撑两侧的原状土上行驶。 每 2 块对称的土堤开挖后，即在暴露的两处地下墙上装上两幅钢围檩和带八字撑的支撑，与基坑中间已安装好的一根支撑连接成一根可加预应力的支撑。 对称的 2 块土堤的开挖及支撑工作要在 24 小时内完成。 开挖第三道支撑以下的土体时，先挖基坑中间的盆状土体，挖至标高后立即浇筑快硬混凝土垫层，而后将坑周内侧土堤分段对称地开挖并限时浇筑其间的混凝土垫层，及时发挥支撑作用。 施工进行跟踪监测，有效地控制了开挖范围内复加预应力的时间和量 值，使邻近地铁隧道及其他建筑物的设施可正常安全的使用。 工程实例三 地铁二号线某车站东端头井 在该基坑开挖第二层土时东端墙最大水平位移增大至 6mm 超过了警戒值。 经研究将第三层土开挖程序由图 (a)所示的程序调整为图 (b)所示程序。 这个调整措施将靠近已运行地铁隧道的东端墙在每步开挖中的暴露宽度减少 50%，并将每步开挖的无支撑暴露时间由 24 小时减至 16 小时，因此第三层土方开挖中的变形增量减至 3mm。 采用此调整的开挖施工参数进行第 6层的开挖，最终按预计要求控制了基坑挡墙的位移，达到了 保护邻近地铁隧道的要求。 工程实例四 上海地铁一号线某车站深基坑 (a)第二层开挖步序 (b)第三层开挖步序 图 ２１ 该车站位于淮海路商业街，采用逆作法施工，施工顺序为：临时支承桩→地下连续墙 施工→地下连续墙墙趾注浆加固、地基与基坑底土体加固→第一道钢支撑抽槽设置→第一层土方开挖→第二道钢支撑安装→车站顶板立模、绑扎钢筋、浇筑混凝土→顶板覆土、埋管、路面恢复→第二层开挖（暗挖）→第二道钢支撑逐根下移至第三道安装→第四道钢支撑安装→中楼板立模、绑扎钢筋和混凝土浇筑→第三层土方分小段开挖（暗挖）→第四道钢支撑逐根下移至第五道安装→底板混凝土浇筑。 车站顶板混凝土浇筑完毕后，车站基坑转入暗挖逆作法。 挖土顺序先从出入口和东西端头井入口开始，挖土采用分层、分小段的开挖方法，随挖随撑。 在顶板以下和中楼板以下 的两层土的开挖和支撑是按照考虑时空效应的施工原则确定的，如图 所示：每一小段土开挖后，及时将土层以上两根支撑斜移至下一层开挖出的一小段内，这样既可以将无支撑暴露时间限制在 24 小时内，又可做到一撑两用，节省了两道支撑。 支撑 支撑施工质量是关系到基坑施工成败的关键，施工应按照设计要求和有关操作规程进行，杜绝支撑材料、安装和预应力施加中的质量问题。 在钢支撑施工中应做到： 1)在每一层每小段的开挖中，当开挖出一道支撑的位置时，即在两端墙面上测定出该道支撑两端与地下墙（或围檩）的接触点 ，以保证支撑与墙面垂直且位置准确。 这些接触点要整平表面，画出标志，并量出两个相对应的接触点间的支撑长度，以便地面上预先配置支撑和端头配件快速安装。 2)地面上要有专人负责检查支撑及其配件，支撑在使用前应进行试拼装，以保证支撑有适当的长度和足够的安装精度，对不符合技术要求的支撑配件一律弃用（如图 ）。 横剖面 纵剖面 工况一 横剖面 纵剖面 工况二 图 1: 挖土 3: 挖土 ２２ 3)为防止支撑 在施加预应力后由于和地墙（或围檩）不能均匀接触而导致偏心受压，应事先用速凝细石混凝土将空隙填实（图 ）。 4） 在支撑受力后，必须严格检查并杜绝因支撑和受压面不垂直而发生徐变，从而导致基坑挡墙水平位移持续增大乃至支撑失稳等现象的发生（图 ）。 5)严禁拖延第一道支撑的安装，这是一个很重要但又容易被忽视的问题。 第一层开挖尚未支撑前，地下 墙上部处于悬臂受力状态，此时最大水平位移发生于墙顶处，并随无支撑暴露时间的延长而增大。 若不及时支撑将导致墙顶位移过大，坑外地表数十米范围将会开裂，从而影响周围环境的安全。 若裂缝进水后，还将进一步降低基坑的安全度。 （图 ） 6） 应特别注意最上面两道支撑（尤其是第一道支撑）端部与地下墙的接触面情况。 在基坑开挖深度较大后，接触面压力会消减，乃至出现支撑与地下墙脱开的现象，故应采取措施，防止支撑因端部移动而脱落。 （图 ） 所施加的支撑预应力的大小应由设计单位根据设计轴力予以确定。 通常取值为：第一道支撑预加轴力约为设计轴力的 50%；第二道及其下各道支撑预加轴力为设计轴力的 70%~80%。 对于施加预应力的油泵装置要经常校验，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值要记录备查。 斜向钢支撑与地下连续墙（或围檩）的相接处，应设支撑支托，使得支撑轴力与钢支托上的传力钢板相垂直（图 ），该构造要保证抗剪强度安全系数 QK ≥ ，按下式计算： 02 .Pc osN s i nNFK sQ   式中 sF — 预锚件锚固筋的抗剪强度；  — 钢垫板与地下墙（或围檩板）的摩擦系数，通常取 ； P — 机械碰撞力；  — 斜支撑和挡墙或围檩的夹角。