1、第44卷总第131期2023年9 月西北民族大学学报（自然科学版）Journal of Northwest Minzu University(Natural Science Edition)Vol.44,No.3Sep,2023超深斜交换乘地铁车站基坑开挖施工技术分析及效果评价焦旭（中铁十八局集团第四工程有限公司，天津30 0 2 0 2）摘要为保证超深斜交换乘地铁车站基坑的顺利施工，基于项目区地质条件，先从支护设计、施工方案及施工技术三方面开展基坑开挖技术分析，再结合现场监测成果，开展基坑施工后的效果评价.分析结果表明：项目区地层岩性相对较差，加之两条地铁线斜交，工程复杂性较强，因此，开展基
2、坑开挖施工技术分析是十分必要的.同时，在工后效果评价结果中，累计变形值介于12.57 mm26.09mm，平均值为19.19 mm，均小于预警值（30 mm），说明在现有条件下，基坑开挖施工效果较优，达到了控制效果，且经变形预测，基坑变形虽还具较小增加幅度，但最终预测值均在预警值范围内。因此，在预测条件下，基坑开挖施工效果也较优，充分验证了基坑开挖施工技术的合理性，可为类似工程提供经验支持。关键词基坑；开挖施工；变形预测；效果评价中图分类号U213文献标识码 A文章编号10 0 9-2 10 2(2 0 2 3)0 3-0 0 31-0 70引言近年来市政地铁工程建设如火如茶，但受限于现场条件
3、，施工复杂性也越来越强，因此，开展超深斜交换乘地铁车站基坑开挖施工技术分析及效果评价具有重要意义 1-2.目前，在基坑开挖施工技术研究方面，习淑娟等 3分析了临近既有隧道条件下的基坑开挖技术；曾铁梅等 4探究了大尺寸基坑施工过程中的逆作法施工技术.在基坑施工后的效果评价研究方面，刘树佳 5评价了圆形基坑的施工控制效果；曹磊 6 通过变形分析，探究了基坑开挖过程中的稳定性。上述研究虽取得了相应成果，但较少涉及基坑开挖技术及工后效果评价，因此，对基坑开挖仍有必要进行深入研究.基于项目区地质条件，先从支护设计、施工方案及施工技术三方面开展基坑开挖技术分析，再结合现场监测成果，开展基坑施工后的效果评价
4、，以期为类似工程施工积累经验.1工程概况1.1工程基本信息水道站隶属天津地铁6、8 号线“T”型换乘车站，两者平面具斜交特征，示意图见图1.6号线车站为地下三层岛式车站，总建筑面积2 317 3.10 m，采用双柱三跨矩形框架结构，车站长度2 46.8 2 5m，标准段宽2 3.3m，端头井宽2 7.55m，标准段基坑深2 4.12 m，端头井基坑深2 6.12 8 m；顶板覆土厚3.56 m，车站纵向由小里程向大里程为2%下坡.由于结构设计需要，此基坑施工过程分为两期.其中，车站纵向0 113轴主体基坑（一期基坑），主体基坑围护结构总长115.1m；车站纵向13收稿日期2 0 2 3-0 6
5、-2 7作者简介焦旭，男，工程师，主要研究方向为轨道交通工程.3126轴主体基坑（二期基坑），包含2 号风道基坑，主体基坑围护结构总长142.8 19m.8号线水道站为地下两层车站，总建筑面积19 47 2.0 4m，双柱三跨矩形框架结构，车站全长316.0m（含换乘节点）；标准段宽2 3.1m，端头井宽2 7.95m，标准段基坑深17.47 m，端头井基坑深19.375m，顶板覆土厚3.56 m，车站线路纵向由小里程向大里程为2%降坡，根据以上情况，6 号线主体基坑风险等级为I级，8 号线主体基坑风险等级为级.8号线北侧40 m预留土方段6号线一期南侧40 m预留土方段6号线二期图1水道站平
6、面形态示意图1.2项目区地质条件据勘察成果，工作区起伏相对较小，地势较为平坦，且在开挖范围内，自上而下的地层分布为：1杂填土、1粉质黏土、1粉质黏土、2 淤泥质土、4粉质黏土、粉质黏土、1粉质黏土、2 砂质粉土、，粉质黏土、2 粉细砂.各类地层的基本特征为：1杂填土.杂色，以建筑垃圾为主，结构松散，厚度介于1.8 m6.7 m.1粉质黏土.黄褐色，流塑可塑，中高压缩性，含铁质，局部夹杂淤泥质土，厚度介于0.5m2.3 m.1粉质黏土.灰色，流塑软塑，中高压缩性，夹稍密状的黏质粉土及淤泥质土，此层分布广泛、连续，厚度介于0.8 m6.9 m.2 淤泥质土.灰色，流塑，高压缩性，局部夹软流塑状粉质
7、黏土、黏土，分布广泛，厚度介于3.1m8.4 m.4粉质黏土.灰色，流塑可塑，中高压缩性，夹黏土及淤泥质土，土质均匀性较差，厚度介于0.5 m3.0 m.粉质黏土.黑灰浅灰色，可塑状，中压缩性，局部夹黏土或粉土，厚度介于0.8 m2.4m.1粉质黏土.灰黄褐黄色，软塑可塑，中压缩性，局部钻孔缺失，厚度介于0.6 m5.2 m.2 砂质粉土.灰黄褐黄色，中密、饱和，中压缩性，局部揭示为粉砂，局部钻孔缺失，厚度介于0.5m6.5 m.1粉质黏土.褐黄色，中压缩性，可塑，部分钻孔揭示为黏土、粉土，广泛分布，厚度介于0.5m4.4m2 粉细砂.褐黄色，中压缩性，密实，饱和，部分钻孔揭示为粉土、粉黏，分
8、布广泛、连续，厚度介于4.0 m11.4 m.结合基坑设计成果，6 号线坑底位于2 粉砂层，8 号线坑底位于粉质黏土.32一在水文地质条件方面，地下水类型主要为潜水、承压水，其中：潜水埋深0.7 m4.5m，主要赋存于填土层中，接受降雨、地表水补给；承压水水头标高介于-1.8 7 m-0.18 m，多接受越流补给.由于项目区属两条地铁线斜交区，加之地层岩性相对较差，因此，开展基坑开挖施工技术分析及效果评价十分必要.2基坑开挖施工技术分析2.1支护设计概述结合设计成果，将水道站在两条地铁线上的设计概况介绍如下：基坑周边支护结构主要为地下连续墙，墙厚8 0 cm，采用钢筋混凝土材料.6号线主体基坑
9、标准段竖向设5道支撑+2 道钢换撑.第1道为钢筋混凝土支撑，支撑截面8 0 0 mm1000mm；第2 道为钢支撑，直径8 0 0 mm、壁厚16 mm的钢管支撑；第3、4、5道为钢筋混凝土支撑，支撑截面10 0 0 mm1200mm；负三层、负二层各增加一道钢管换撑.8号线主体基坑标准段支撑竖向布置以4道支撑+1道钢换撑为主.第1道为钢筋混凝土支撑，支撑截面8 0 0 mm1000mm；第2、3、4道为直径8 0 0 mm、壁厚16 mm的钢管支撑；负二层设置一道直径8 0 0 mm、壁厚16 mm的钢管换撑.2.2施工方案分析结合水道站6 号线和8 号线的分布规律，交接点处施工较为特殊，在
10、施工此节点时，先对6 号线进行全线施工，并在8 号线前后40 m范围内预留土方段.根据交接点处设计成果，将其后续施工步骤划分为5步，具体步骤如下：步骤1待换乘节点(6 号线二期)中二板完成后，8 号线预留土段土方开挖.步骤2 8 号线预留土段开挖第一层土、第二道混凝土支撑施工；6 号线二期第三道砼支撑拆除.步骤36 号线二期施工负二层柱，8 号线开挖第二层土施工、第三道支撑施工，开挖至第三道混凝土支撑时局部增加砼垫层（边长为10 m等边三角形，厚2 0 cm，C15混凝土）.步骤46 号线中一板完成后8 号线继续开挖并开始凿除地连墙及混凝土支撑.8 号线第三层土方开挖，第四道支撑施工；6 号线
11、二期第二道支撑拆除，负一层柱施工.步骤58 号线第四层土开挖，底板施工；6 号线二期顶板施工.结合上述，将各步骤施工示意图总结如图2 所示.预留土开挖第二道混凝土支撑施工第三道混凝土支撑施工拆除第三中二板完成道支撑步骤1施工示意图步骤2 施工示意图第四道混凝土支撑施工负二层柱施工步骤3施工示意图负一层柱施工步骤4施工示意图图2 基坑交接点施工步骤示意图底板施工顶板施工步骤5施工示意图332.3施工技术分析结合施工方案，基坑交接点施工技术主要包括基坑开挖技术、土方外运技术及土方回填技术.2.3.1基坑开挖技术1）在交接点施工前，需先开展图形开挖前的专项探水工作，即在拟开挖区地连墙接缝处，用人工配
12、合挖掘机在结构薄弱处进行深挖，且探挖深度应大于开挖深度，待探挖后静置，检查开挖深度范围内地连墙接缝是否有漏水情况.若没有漏水现象，即可开展后续开挖工作.反之，则需进行堵漏处理，待处理好后再进行开挖2）基坑土方开挖过程应严格落实第三方变形监测，若发现变形加速或超过预警值，则需立即停工，待查明原因，并采取切实措施后才能继续施工3）在基坑开挖施工过程中，基坑周边不得堆载，且即使超载，超载量不大于2 0 kPa.4）待开挖至坑底2 5cm35c m 时，采用人工开挖，以防止坑底扰动.在此过程应尽快开展清底验槽工作，并及时浇好垫层，封闭基坑，防止水浸泡和暴露.5）在基坑土方开挖过程中，应进行降水措施，保
13、证降水合理性，并加强对降水井的保护措施.2.3.22土方外运技术1）在土方外运过程中，应及时向业主及相关部门进行报备，通过汽车运至指定弃土场，并按要求进行防护和绿化.2）在弃土外运时，车辆应在车槽内进行冲洗，产生的污水需经沉淀后排放至污水管网中.为防止轮胎冲洗不干净，需在洗车槽外路面上铺设麻袋和多层塑料密目网，以保证路面清洁.3）运土过程中，出土车必须加以遮盖，可采用彩条布、篷布.4）运输车辆必须证件齐全，严禁超载、超速，严格按照交通管理办法执行管理。2.3.3土方回填技术1）待各主体结构施工完毕要及时进行回填，且填土应分层压实，每层碾压厚度在2 50 30 0 mm之间，密实度不小于0.95
14、，且顶板回填应随做防水随回填，切勿长期暴晒而造成温度裂缝.2）回填土不得采用杂土、粉砂、淤泥及腐殖土等，且结构顶板宜采用黏土回填，其厚度不小于1.0 m.3）若回填土岩性为砂质土、黏性土，填筑过程应按最佳含水量进行填筑，且在回填过程中，应保证碾压遍数.4）回填过程应采用机械碾压，要薄填、慢行，先轻后重，反复碾压，并按机械性能控制行驶速度，碾压时搭接宽度2 0 cm，人工夯填时夯与夯之间重叠为1/3夯底宽度.5）基坑回填碾压过程中，取样检查回填土密度，具体原则为：机械碾压时，每层填土按基坑长度50m（且不大于10 0 0 m）取一组；人工夯实时，每层填土按基坑长2 5m（且不应大于50 0 m）
15、取一组;取样点不少于6 个，即中部和两边各取两个点.6）由于天津市56 月为多雨季节，施工组织中尽量将土方开挖工作向前压缩，尽量减少多雨季土方施工，以保证多雨工况下的工程进度.3基坑施工后的效果评价3.1评价方法的构建一般来说，变形是基坑施工过程的必要手段，且变形能直观反馈支护结构的运营效果，因此，应提出通过变形分析评价基坑交叉点的施工效果.为充分掌握基坑变形规律，在基坑交叉点重要节点位置布置了典型的8 个监测点，布置见图3.在效果评价过程中，,将分析过程划分为两步：对现有变形监测成果进行分析，若各监测点的累计变形值均在预警值范围内，那么说明在现有条件下，基坑开挖施工效果较优；对基坑变形进行预
16、测，若预测结果显示基坑变形趋于稳定，且其变形值仍在预警值范围内，那么说明在预测条件下，基坑开挖施工效果也较优.一.34 一8号线J1一J2J4J3台9J8J7J6J58号线图3基坑交叉点变形监测点布置示意图针对以上情况，再进一步构建滑坡变形预测模型.考虑到支持向量机在基坑变形预测中具有良好的预测效果 7，因此，提出构建基坑变形预测模型.据支持向量机原理,其训练函数为f（)：式中：（）为核函数;WT、b 为权值和偏置向量；为输人信息.为有效约束预测误差，式（1）在训练过程中需满足式（2）约束：2+TWnCminR=2i=1式中:R为优化指标；s;、s 为松弛参数;c为惩罚参数.考虑到式（2）的复杂，需对式（2）进行简化，进而约束条件更新为式（3）：式中：为损失参数.另外，在结合对偶理论进行训练函数的再次规划，以得到预测函数的最终表达式，见式(4).式中:Y,为预测值;K（;，）为核函数.3.2效果评价结果3.2.1现有条件下的效果评价按照一天一次的频率开展基坑变形监测,共得到31期变形数据，并统计得到的8 个监测点的最终变形值为：J1变形值为16.2 7 mm；J2 变形值为2 3.52
