地铁车站超大超深基坑盆式开挖结合盖挖逆作法施工关键技术研究
梁向湘，昝永奇
（中铁一局集团有限公司广州分公司，广东广州 510635）
摘 要：依托武汉轨道交通三号线王家墩中心站土建工程，结合工程实际情况，在对传统明挖顺做、盖挖逆作法技术不断革新，提出盆式开挖结合盖挖逆作施工工艺。研究了盆式开挖结合盖挖逆作关键施工技术：超深地下连续墙刷壁施工技术、地下四层32米永久钢管立柱施工垂直度控制技术、盆式开挖结合盖挖逆作技术等关键施工工艺。
关键词：道路工程；基坑；盆式开挖；盖挖逆作
随着我国经济的高速发展，城市化进程不断加速，国内城市轨道交通建设迎来了黄金发展期。近年来，国家对城市轨道交通基础设施不断加大投入，从而出现了市内地面建筑用地紧张、城市建设对地下空间的需求不断拓展延伸，同一地铁车站多条线路交叉换乘、地铁与物业、人防工程等结合越来越普遍，基坑向着“大、深、近”方向发展的趋势越来越明显。深大基坑采用传统单一的明挖顺做或盖挖逆作法所面临施工场地小、交通压力大、工期紧、地质条件复杂、安全风险高等诸多问题，所以有必要将传统单一的施工工艺进行有机的结合，取长补短，发挥各自优势，在深大基坑施工中有重要的理论和实际意义。
1 工程概况
武汉轨道交通三号线王家墩中心站为目前武汉在建最大地铁车站工程，位于规划王家墩商务区核心区域。本站为地铁三、七号线“十”字换乘站，此外，7号线两侧为与地铁车站合建的黄海路隧道。
车站总建筑面积达64000m2，建设规模大，结构复杂，采用坑中坑设计，即同一基坑不同基底标高，其中物业区开挖深度11m，三号线开挖深度18m，七号线基坑开挖深度28m。地貌单元属长江一级阶地，粉细砂层厚、地下水位高，基坑最大开挖深度约26m（基坑平面布置如图1所示），因此围护结构的施工质量，尤其是连续墙的接缝止水性能对基坑开挖的安全至关重要，一旦发生围护接缝渗漏水的险情，堵漏工作极其困难，将对基坑安全和周边环境带来风险。
工程采用盆式开挖结合盖挖逆做法施工，针对软弱地层、高地下水位的不利水文地质条件下永久钢管立柱安装定位难度大；本工程土方开挖约48万方，土方开挖机械的选择与搭配效果直接影响工程的施工进度，任何一种设备的不合理选择都可能造成整体施工效率的降低，甚至是窝工，因此必须合理组织施工，提高出土效率，尽快施做各层楼板结构，减少围护结构在楼板形成以前的暴露时间。
作者简介：梁向湘，男，工程师，主要从事地下工程施工技术管理。
图1 王家墩中心站基坑平面布置
2 施工关键技术
2.1 一桩一柱施工技术
逆作法施工中，钢管立柱作为施工期间于底板封底之前承受上部结构自重和施工荷载的支撑，其施工垂直度必须引起高度重视。本工程永久钢管立柱共计266根，最大长度32m，按照设计要求，钢管立柱一次安装到位，垂直度偏差≤1/1000，安装精度较高。本工程地质条件差、地下水位高，无法采用人工挖孔桩对钢管柱进行定位。经过对多种定位方式认真研究的基础上，项目部引进HPE液压定位设备（如图2所示）对钢管立柱进行定位控制，该设备配备电脑检测装置，垂直度通过钢管柱下部安装的位移传感器反映到地面电脑上的信号进行全过程控制。
2.1.1 钢管柱垂直的控制
钢管柱垂直吊起到液压插入机上，由液压插入机将钢管柱抱紧，复测钢管柱的垂直度，满足设计要求后，由上下两个液压垂直插入装置同时驱动，通过其向下压力将钢管柱垂直向下插入，按照从下到上的顺序依次松开液压定位器，再由2个液压垂直插入装置同时将钢管柱向下插入。重复上述步骤，直至插入到设计深度。如图3所示。
图2 HPE液压定位设备
图3 钢管柱定位安装
2.1.2 水下砼灌注
本工程一柱一桩的混凝土有两种不同标号，桩身混凝土为C35，钢管柱混凝土为C60。水下混凝土浇灌过程进行C35砼与C60砼置换，施工按照以下步骤进行。
第1步：导管通过钢管柱内伸入桩底以上约500mm，安装隔水栓，浇筑C35桩身混凝土，确保导管埋入深度不小于2m。
第2步：桩身混凝土浇至钢管柱下2m时，确定导管埋入混凝土不小于1.5m，开始浇筑C60混凝土。
第3步：高标号混凝土连续浇筑至桩顶以上0.5m时，沿钢管立柱外围向空孔桩壁内按3∶7人工投放砂石料，反压钢管立柱外围混凝土，使其不得继续上升，钢管立柱内的混凝土连续浇筑。投放砂石料时应分层填灌，尽可能与钢管内的混凝土浇筑同步进行，砂石回填至钢护筒底部。
第4步：钢管立柱内C60混凝土连续浇筑至柱顶标高以上0.5m，并让顶部的浮浆从溢浆口溢出。
2.2 超深地下连续墙刷壁施工技术
本工程围护结构采用地下连续墙，墙深最深51m，墙趾入强风化泥岩约2m。根据武汉地区类似工程施工经验，连续墙渗漏大部分发生在接缝处，而确保接缝质量除保证水下砼连续同步浇筑的同时，提高连接幅接缝刷壁质量是防止渗漏的关键工序。刷壁器刷壁如图4所示。对刷壁器及工艺进行进一步的改进优化，即用成槽机抓斗代替吊车刷壁，增加侧向摩擦力，刷壁效果明显提高，基坑开挖过程连续墙接缝处无一渗漏水，为基坑开挖提供了第一道安全屏障。如图5所示。
图4 刷壁器刷壁示意
图5 地连墙施工效果
2.3 盆式开挖结合盖挖逆作施工技术
采用地下一层放坡开挖、地下二层盆式开挖、地下三四层盖挖的方法进行基坑及结构施工，总体施工工序如下。
（1）从地面施作地连墙、抗拔桩、主体结构柱及临时格构柱，放坡开挖地下一层（如图6所示），待放坡施工完毕后，继续向下开挖土方至基坑地下一层板处，施作地下一层环板。
图6 地下一层放坡开挖
（2）待地下一层环板结构达到设计强度的100％后，首先进行核心土开挖，然后进行盆边土开挖，施作车站和物业区地下二层板、侧墙。如图7所示。
图7 地下二层盆式开挖
地下二层盆边土开挖严格按照“分区、对称、平衡”的原则进行（如图8所示），通过采取合理的施工工序，减少地下一层环板结构变形，确保基坑安全，开挖顺序如下。
①：1、2区同时开挖、施工物业区底板结构；
②：3区土方开挖、施工车站七号线地下二层板；
③：4、5区同时开挖、施工物业区底板结构；
④：6区土方开挖、施工车站七号线地下二层板；
⑤：7区土方开挖、施工车站三号线地下二层板；
⑥：8区土方开挖、施工车站三号线地下二层板。
（3）待地下二层板强度达到100％后，利用地下一层基坑中部大开口空间以及地下一、二层间临时栈桥，通过地下二层板上的预留孔洞，盖挖施工地下三、四层板。如图9所示。
图8 地下二层盆边土开挖平面分区
图9 地下三、四层盖挖
地下三、四层土方通过设置在地下二层板上的取土口通过垂直提升出土，根据本工程基坑特点和施工区域的划分，取土口尽量利用结构永久孔洞，另外适当增加临时取土口，取土口同时可兼作进出料口和通风口，待逆作法完毕后对临时取土口进行封闭。
（4）待地下三、四层结构达到设计强度100％后，依次施作地下一层板、侧墙及顶板，完成整个车站结构施工。如图10所示。
图10 地下一层板及顶板施工
3 结论
以王家墩中心站土建工程为例，对盆式开挖结合盖挖逆作施工工艺和关键技术进行了系统研究。
在地铁超大超深、换乘车站基坑施工中，盆式开挖结合盖挖逆作施工方案以板代撑，围护结构变形控制得到有效保证，同时减少大量钢筋混凝土支撑安装拆除；盆式开挖在基坑中部设置大开口，减少盖挖土方数量，加快工程施工进度。
与明挖顺做方案相比，王家墩中心站采用盆式开挖结合盖挖逆作施工方案，减少12000m 砼支撑，方案总体节省投资500万元，工期缩短11个月，取得了良好的社会效益和经济效益。
在施工过程中，借鉴类似工程施工经验，对超深地下连续墙施工、永久钢管立柱定位控制、盆式开挖结合盖挖逆作等关键工序进行持续优化改进，工程施工质量可控。同时，运用施工监控量测技术，及时收集分析监测数据指导现场，有效地保证了施工安全。
参考文献
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