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摘要：论在城市市区内地质条件差，周围建筑和基坑对沉降和变形要求高的情况下，如何顺利的进行深基坑开挖施工。
关键词：地铁；深基坑；时空效应；车站；钢支撑；
中图分类号：U291 文献标识码： A
一．前言
目前，我国城市地铁车站深基坑开挖施工还存在众多不足的地方。比如，施工技术难点依然存在，没有按照施工的需要合理选择施工的技术等等。因此，施工人员必须要进一步分析城市地铁车站深基坑开挖施工的相关问题，以提高施工的效果。在车站在施工过程中，技术方面存在的风险主要有以下几点：
一是地下车站明挖深基坑本体具有不稳定性；二是基坑施工过程中容易对周边环境造成不利影响；三是地下工程防水标准高，要求严格，施工不当就容易引发安全事故。其中尤以地下车站开挖阶段深基坑本体风险最为重要。
二．工程实例
某车站总建筑面积7645m2，其中车站主体建筑面积4045m2，车站附属建筑面积3600m2。车站主体尺寸167.2m×20.4m，共有4个出入口及2组风井，为地下二层的二柱三跨现浇钢筋混凝土结构，标准段最大埋深约为16.7m，附属结构最大埋深12.2m，顶板覆土3.1m左右。
车站共设置四处附属结构，分别为A区、B区、C区、D区，相对应的分别为1、2、3、4号出入口。其中4号出入口为战时出入口，该出入口内设置一组风井；2号出入口为战时次要出入口，该范围内也设置一组风井。D区为地下一层（局部设电缆夹层）梁板体系框架结构，A、B、C区为地下一层梁板体系框架结构，其中1号出入口为地下一层箱型结构。1、2号出入口基坑底板埋深约为11.2~11.5m， 3、4号出入口基坑底板埋深约为9.7m～12.2m，均采用明挖顺筑法施工。
主体结构围护采用地下连续墙，标准段厚800mm，端头井厚1000mm。东端头井地下墙深34.9m，西端头井地下墙深35.4m，标准段地下墙深32.2m，共72幅，砼设计标号为水下C30，抗渗标号P8。
东端头井挖土深度为19.28m，西端头井为19.61m，设置6道支撑，其中第一道为砼支撑，其余为钢支撑；标准段挖土深度为17.44m，设置5道支撑，第一道为砼支撑，其余为钢支撑。
地下车站基坑开挖深度范围内可能涉及的土层分别为：①1、②1层、③层、④层、⑤1-1，其中第③层、第④层，易渗水，并可能产生流砂现象。设计时应进行结构稳定性验算，并采取必要的防护措施。其中②层粉质粘土土性较好，厚度薄，对基坑稳定性影响不大，应引起重视的是③、④、⑤1层土对基坑边坡稳定性的影响，第③、④、⑤1层均为软土层，为开挖深度范围的主要土层，软土抗剪强度低，灵敏度中～高，具有触变性和流变性特点，由于基坑深度较深，坑壁主要为第③、④层层软弱粘性土，在基坑工程施工过程中，在水、土压力、施工震动和坑边堆土等上部荷载作用下易产生蠕动变形甚至剪切破坏。
另外，坑底土主要为④1、⑤层土中，基坑开挖时易产生流砂、管涌等不良地质现象。因此，在本工程地下车站深基坑开挖施工时，必须采取有效的基坑围护措施，根据软土地区已有工程经验，设计拟采用地下连续墙进行基坑围护，并应设置多道支撑，施工前及施工过程中应进行降水，将地下水位降至坑底下一定深度，以保证施工的顺利进行和支护结构的稳定性，同时也有利于减少基坑回弹。
围护结构施工要点：
车站基坑围护结构地下连续墙单元槽段共80幅，其中，标准段49幅，端头井段31幅，采用“一”字型槽段12幅，“L”型槽段4幅，“Z”型槽段4幅。
根据设计院要求，施工放线须按不小于千分之三基坑深度加水平施工误差及围护桩最大水平位移要求，确保侧壁厚度和限界要求，并结合施工经验及能力考虑地连墙外放尺寸为10cm。
地下连续墙成槽时采用优质膨润土拌制泥浆护壁，泥浆拌制后储放24小时以上方可使用。连续墙开挖前先做导墙，导墙混凝土达到强度后进行成槽作业。
地下连续墙接缝采用H型钢接头，H型钢在地面拼装焊接为整体，焊接在一期槽段鋼筋笼两侧，地下连续墙采用跳跃法工法，相邻槽段混凝土强度达到设计强度70%以上方可进行开挖。成槽后混凝土必须在8小时内浇筑完毕，避免槽壁暴露时间过长。混凝土从底到顶一次浇筑完成。
钢筋笼整体吊放，入槽后至混凝土浇筑时总停置时间不超过4小时。钢筋笼纵向钢筋接长时采用对焊连接。车站连续墙接头采用“H”型钢，与钢筋笼焊接一起吊放。
开挖施工要点：
车站采用明挖顺作法施工。按照“时空效应”理论，横向先中间后两侧，按照“分层、分步、对称、平衡、限时”的要点，遵循“竖向分层、纵向分段、先支后挖”的施工原则，要求开挖、支撑、监控量测、结构施工等相关工序紧密配合，开挖过程中的动态坡度按1:2.5放坡，各级平台宽度不小于6m，纵向总坡度小于1:3.0。基坑开挖前必须在围护结构、地基加固达到设计要求。
1、土方开挖遵循“竖向分层，水平分段”的原则；
2、根据钢支撑的间距确定每层厚度，随撑随挖，并及时施加预应力，以形成稳定的支护结构；
3、基坑开挖要控制合理的开挖速度和加设横撑得时间，充分利用时空效应；
4、随时对支撑预应力进行监测，当预应力损失时，补加预应力至设计值；
5、减少基坑顶边缘地面荷载，严禁超载，特别是机械在坑边作业时采取适当的措施，确保基坑周边边坡的稳定。
基坑施工阶段监测要点：
1、为了保护基坑开挖的顺利进行,确保周边建(构)筑物和公共设施的安全,基坑开挖前,对基坑周围30-100米范围内的道路路面情况,排水沟管、房屋(包括基础形式调查)及其它建(构)筑物进行详细调查、记录。
2、基坑边坡深层土体及支护结构表面的位移监测。基坑开挖卸载形成临空面,边坡土体有向基坑内位移滑动趋势,直接威胁到基坑及周边环境安全,为了及时了解和掌握基坑边坡深层土体的位移变形及支护结构的变形与安全情况,为此在基坑周边布置深层土体位移监测孔6个,孔深14.0米;在基坑支护结构表面布置26个监测点。
3、邻近建(构)筑物和地下管线变形观测。基坑开挖后坑壁水土流失及降水均可能导致邻近建筑物出现不均匀沉降,为了保证邻近建筑物的安全,在250米范围内的建筑物上设置沉降观测点32个,在基坑周边道路(电缆沟)沉降观测点8个。
4、基坑钢筋混凝土内支撑轴力观测。为了解基坑钢筋混凝土内支撑由于基坑开挖所引起的轴力变化情况,在钢筋混凝土内支撑上共布设监测点共14个,钢筋应力计安装在混凝土内支撑中间,安装方法为:通过对焊,把与混凝土内支撑主筋等截面的钢筋应力计焊接在混凝土内支撑的主筋上。
深基坑监测作为基坑开挖工程中不可缺少的一项工作，不但可以及时反馈施工的质量，同时可以预见和指导施工中所遇到的问题，避免施工不当和其他因素造成的损失，是施工决策和信息化施工的重要保障。
三、基坑变形分析及风险对策
1、在基坑开挖初期阶段，钢支撑轴力增长迅速，随着土体开挖完成，钢支撑的轴力将趋于稳定;相对混凝土支撑来说，而对钢筋混凝土在开挖初期支撑的轴力呈二次曲线增长，待其增长到一定阶段后，轴力才趋于稳定;
2、钢支撑在基坑开挖阶段，对于土体变形及整个基坑的稳定起到了显著作用，减缓了开挖后土体向墙内的移动。值得注意的是在钢支撑周围土体开挖及拆除支撑这两个阶段，钢支撑变化明显，且呈波动型变化，该状态对于基坑的稳定性影响较大，需要做出相应的预防措施，尽量避免开挖时土体处于无支撑状态;
3、地下连续墙位移在开挖初期，墙体的水平位移会随基坑开挖深度的增加而增大，但整体变化不大，随着基坑开挖的深度不断增大，地下连续墙水平位移也相应增大，而且地下连续墙的水平位移也随墙体埋深的增加呈递减趋势，即墙体埋深越大其水平位移越小。而且墙体的埋深直接影响到其水平位移的形式。
针对基坑的变形规律并结合施工方案，对开挖阶段风险要素提出以下优化措施：
1、确保围护结构的质量围护结构的抗侧压能力、抗渗能力、插入比是基坑稳定的关键。
2、严格贯彻“时空效应”原则组织信息化施工，处理好开挖和支撑的关系严格按照“时空效應”原理组织施工，快速安装钢支撑，及时对钢支撑施加预应力，并根据监测情况及围护结构变形情况及时复加预应力，保证支护体系的稳定。
3、及时抽排基坑内地表的明水基坑开挖过程中要随时注意抽排干基坑内地表的明水，防止地表水渗入土中软化土体。
4、及时施作垫层和底板混凝土，控制底板隆起基坑开挖到底后及时施作垫层混凝土封底，不允许长时间暴露，并适量降低承压水。根据监测结果的分析，必要时将垫层加厚或在底板上增加一道临时钢支撑。在最短的时间内将结构底板施作完毕，以确保基坑安全，不发生变形。
5、处理好拆支撑和结构混凝土施工的关系结构钢筋混凝土按照底板→下三层侧墙、柱及中板→下二层侧墙、柱及顶板→下一层侧墙、柱的顺序从下至上逐层施工，支撑严格按设计顺序拆除，此时应处理好拆支撑和结构混凝土施工的关系。每段结构混凝土强度必须达到设计要求强度后才能拆除该段支撑。
四、抢险应急措施
在深基坑施工中，风险存在极大的不可预测性，判断基坑围护结构失稳：围护结构水平位移超过监测控制值，即车站围护结构最大水平位移≥0.2%H，应立即停止开挖，分析原因，及时采取有效措施，一旦发现围护结构变形无法有效控制应立即启动应急预案。
应急救援方案：如发生较大面积的支撑体系失稳、围护结构变形倾斜情况，基坑开挖立即停止作业，所有人员立即撤至基坑外等待命令。并立即向组长、副组长报告，组织应急人员。立即对塌方处挂网、喷射砼、当出水较大时应集中引排水，对坍体进行封堵的反压。
抢险物资：钢支撑、钢围檩、注浆设备、喷射机等。
如有人被埋在土下，有关人员必须立即拨打120，抢险队必须马上到达现场进行抢险，配合机械开挖，进行伤员抢救。
做好塌方周围的防护工作以免塌方区域扩大，将坍方周围做上保护，严格截止地表水流向塌方处，以避免塌方处土体结构扩大坍塌范围，造成更大的险情。
五、结束语
在地下工程建设过程中，地铁车站作为重要的地下建筑公共设施，其安全性和稳定性显得尤为重要。本文通过研究某地铁车站深基坑开挖的过程，对我国土体和支护的变形与稳定性展开研究，为今后地铁车站建设提供借鉴与参考。
参考文献
[1]蒋洪胜,刘国彬,刘建航.地铁车站软土基坑开挖过程中的时空效应分析[J].建筑技术,2009,02:3-5.
[2]蒋洪胜,侯学渊.基坑开挖对临近软土地铁隧道的影响[J].工业建筑,2011,05:53-56.
[3]李新星.邻近基坑开挖的运营地铁车站结构安全度分析[J].岩土力学,2009,S2:382-386.
[4]武朝军,陈锦剑,叶冠林,王建华,周洪波.苏州地铁车站基坑变形特性分析[J].岩土工程学报,2010,S1:458-462.
[5]胡恒,朱厚喜,贾立宏.基坑开挖对邻近地铁结构基础的影响分析[J].岩土工程学报,2010,S1:116-119.
关键词：地铁；深基坑；时空效应；车站；钢支撑；
中图分类号：U291 文献标识码： A
一．前言
目前，我国城市地铁车站深基坑开挖施工还存在众多不足的地方。比如，施工技术难点依然存在，没有按照施工的需要合理选择施工的技术等等。因此，施工人员必须要进一步分析城市地铁车站深基坑开挖施工的相关问题，以提高施工的效果。在车站在施工过程中，技术方面存在的风险主要有以下几点：
一是地下车站明挖深基坑本体具有不稳定性；二是基坑施工过程中容易对周边环境造成不利影响；三是地下工程防水标准高，要求严格，施工不当就容易引发安全事故。其中尤以地下车站开挖阶段深基坑本体风险最为重要。
二．工程实例
某车站总建筑面积7645m2，其中车站主体建筑面积4045m2，车站附属建筑面积3600m2。车站主体尺寸167.2m×20.4m，共有4个出入口及2组风井，为地下二层的二柱三跨现浇钢筋混凝土结构，标准段最大埋深约为16.7m，附属结构最大埋深12.2m，顶板覆土3.1m左右。
车站共设置四处附属结构，分别为A区、B区、C区、D区，相对应的分别为1、2、3、4号出入口。其中4号出入口为战时出入口，该出入口内设置一组风井；2号出入口为战时次要出入口，该范围内也设置一组风井。D区为地下一层（局部设电缆夹层）梁板体系框架结构，A、B、C区为地下一层梁板体系框架结构，其中1号出入口为地下一层箱型结构。1、2号出入口基坑底板埋深约为11.2~11.5m， 3、4号出入口基坑底板埋深约为9.7m～12.2m，均采用明挖顺筑法施工。
主体结构围护采用地下连续墙，标准段厚800mm，端头井厚1000mm。东端头井地下墙深34.9m，西端头井地下墙深35.4m，标准段地下墙深32.2m，共72幅，砼设计标号为水下C30，抗渗标号P8。
东端头井挖土深度为19.28m，西端头井为19.61m，设置6道支撑，其中第一道为砼支撑，其余为钢支撑；标准段挖土深度为17.44m，设置5道支撑，第一道为砼支撑，其余为钢支撑。
地下车站基坑开挖深度范围内可能涉及的土层分别为：①1、②1层、③层、④层、⑤1-1，其中第③层、第④层，易渗水，并可能产生流砂现象。设计时应进行结构稳定性验算，并采取必要的防护措施。其中②层粉质粘土土性较好，厚度薄，对基坑稳定性影响不大，应引起重视的是③、④、⑤1层土对基坑边坡稳定性的影响，第③、④、⑤1层均为软土层，为开挖深度范围的主要土层，软土抗剪强度低，灵敏度中～高，具有触变性和流变性特点，由于基坑深度较深，坑壁主要为第③、④层层软弱粘性土，在基坑工程施工过程中，在水、土压力、施工震动和坑边堆土等上部荷载作用下易产生蠕动变形甚至剪切破坏。
另外，坑底土主要为④1、⑤层土中，基坑开挖时易产生流砂、管涌等不良地质现象。因此，在本工程地下车站深基坑开挖施工时，必须采取有效的基坑围护措施，根据软土地区已有工程经验，设计拟采用地下连续墙进行基坑围护，并应设置多道支撑，施工前及施工过程中应进行降水，将地下水位降至坑底下一定深度，以保证施工的顺利进行和支护结构的稳定性，同时也有利于减少基坑回弹。
围护结构施工要点：
车站基坑围护结构地下连续墙单元槽段共80幅，其中，标准段49幅，端头井段31幅，采用“一”字型槽段12幅，“L”型槽段4幅，“Z”型槽段4幅。
根据设计院要求，施工放线须按不小于千分之三基坑深度加水平施工误差及围护桩最大水平位移要求，确保侧壁厚度和限界要求，并结合施工经验及能力考虑地连墙外放尺寸为10cm。
地下连续墙成槽时采用优质膨润土拌制泥浆护壁，泥浆拌制后储放24小时以上方可使用。连续墙开挖前先做导墙，导墙混凝土达到强度后进行成槽作业。
地下连续墙接缝采用H型钢接头，H型钢在地面拼装焊接为整体，焊接在一期槽段鋼筋笼两侧，地下连续墙采用跳跃法工法，相邻槽段混凝土强度达到设计强度70%以上方可进行开挖。成槽后混凝土必须在8小时内浇筑完毕，避免槽壁暴露时间过长。混凝土从底到顶一次浇筑完成。
钢筋笼整体吊放，入槽后至混凝土浇筑时总停置时间不超过4小时。钢筋笼纵向钢筋接长时采用对焊连接。车站连续墙接头采用“H”型钢，与钢筋笼焊接一起吊放。
开挖施工要点：
车站采用明挖顺作法施工。按照“时空效应”理论，横向先中间后两侧，按照“分层、分步、对称、平衡、限时”的要点，遵循“竖向分层、纵向分段、先支后挖”的施工原则，要求开挖、支撑、监控量测、结构施工等相关工序紧密配合，开挖过程中的动态坡度按1:2.5放坡，各级平台宽度不小于6m，纵向总坡度小于1:3.0。基坑开挖前必须在围护结构、地基加固达到设计要求。
1、土方开挖遵循“竖向分层，水平分段”的原则；
2、根据钢支撑的间距确定每层厚度，随撑随挖，并及时施加预应力，以形成稳定的支护结构；
3、基坑开挖要控制合理的开挖速度和加设横撑得时间，充分利用时空效应；
4、随时对支撑预应力进行监测，当预应力损失时，补加预应力至设计值；
5、减少基坑顶边缘地面荷载，严禁超载，特别是机械在坑边作业时采取适当的措施，确保基坑周边边坡的稳定。
基坑施工阶段监测要点：
1、为了保护基坑开挖的顺利进行,确保周边建(构)筑物和公共设施的安全,基坑开挖前,对基坑周围30-100米范围内的道路路面情况,排水沟管、房屋(包括基础形式调查)及其它建(构)筑物进行详细调查、记录。
2、基坑边坡深层土体及支护结构表面的位移监测。基坑开挖卸载形成临空面,边坡土体有向基坑内位移滑动趋势,直接威胁到基坑及周边环境安全,为了及时了解和掌握基坑边坡深层土体的位移变形及支护结构的变形与安全情况,为此在基坑周边布置深层土体位移监测孔6个,孔深14.0米;在基坑支护结构表面布置26个监测点。
3、邻近建(构)筑物和地下管线变形观测。基坑开挖后坑壁水土流失及降水均可能导致邻近建筑物出现不均匀沉降,为了保证邻近建筑物的安全,在250米范围内的建筑物上设置沉降观测点32个,在基坑周边道路(电缆沟)沉降观测点8个。
4、基坑钢筋混凝土内支撑轴力观测。为了解基坑钢筋混凝土内支撑由于基坑开挖所引起的轴力变化情况,在钢筋混凝土内支撑上共布设监测点共14个,钢筋应力计安装在混凝土内支撑中间,安装方法为:通过对焊,把与混凝土内支撑主筋等截面的钢筋应力计焊接在混凝土内支撑的主筋上。
深基坑监测作为基坑开挖工程中不可缺少的一项工作，不但可以及时反馈施工的质量，同时可以预见和指导施工中所遇到的问题，避免施工不当和其他因素造成的损失，是施工决策和信息化施工的重要保障。
三、基坑变形分析及风险对策
1、在基坑开挖初期阶段，钢支撑轴力增长迅速，随着土体开挖完成，钢支撑的轴力将趋于稳定;相对混凝土支撑来说，而对钢筋混凝土在开挖初期支撑的轴力呈二次曲线增长，待其增长到一定阶段后，轴力才趋于稳定;
2、钢支撑在基坑开挖阶段，对于土体变形及整个基坑的稳定起到了显著作用，减缓了开挖后土体向墙内的移动。值得注意的是在钢支撑周围土体开挖及拆除支撑这两个阶段，钢支撑变化明显，且呈波动型变化，该状态对于基坑的稳定性影响较大，需要做出相应的预防措施，尽量避免开挖时土体处于无支撑状态;
3、地下连续墙位移在开挖初期，墙体的水平位移会随基坑开挖深度的增加而增大，但整体变化不大，随着基坑开挖的深度不断增大，地下连续墙水平位移也相应增大，而且地下连续墙的水平位移也随墙体埋深的增加呈递减趋势，即墙体埋深越大其水平位移越小。而且墙体的埋深直接影响到其水平位移的形式。
针对基坑的变形规律并结合施工方案，对开挖阶段风险要素提出以下优化措施：
1、确保围护结构的质量围护结构的抗侧压能力、抗渗能力、插入比是基坑稳定的关键。
2、严格贯彻“时空效应”原则组织信息化施工，处理好开挖和支撑的关系严格按照“时空效應”原理组织施工，快速安装钢支撑，及时对钢支撑施加预应力，并根据监测情况及围护结构变形情况及时复加预应力，保证支护体系的稳定。
3、及时抽排基坑内地表的明水基坑开挖过程中要随时注意抽排干基坑内地表的明水，防止地表水渗入土中软化土体。
4、及时施作垫层和底板混凝土，控制底板隆起基坑开挖到底后及时施作垫层混凝土封底，不允许长时间暴露，并适量降低承压水。根据监测结果的分析，必要时将垫层加厚或在底板上增加一道临时钢支撑。在最短的时间内将结构底板施作完毕，以确保基坑安全，不发生变形。
5、处理好拆支撑和结构混凝土施工的关系结构钢筋混凝土按照底板→下三层侧墙、柱及中板→下二层侧墙、柱及顶板→下一层侧墙、柱的顺序从下至上逐层施工，支撑严格按设计顺序拆除，此时应处理好拆支撑和结构混凝土施工的关系。每段结构混凝土强度必须达到设计要求强度后才能拆除该段支撑。
四、抢险应急措施
在深基坑施工中，风险存在极大的不可预测性，判断基坑围护结构失稳：围护结构水平位移超过监测控制值，即车站围护结构最大水平位移≥0.2%H，应立即停止开挖，分析原因，及时采取有效措施，一旦发现围护结构变形无法有效控制应立即启动应急预案。
应急救援方案：如发生较大面积的支撑体系失稳、围护结构变形倾斜情况，基坑开挖立即停止作业，所有人员立即撤至基坑外等待命令。并立即向组长、副组长报告，组织应急人员。立即对塌方处挂网、喷射砼、当出水较大时应集中引排水，对坍体进行封堵的反压。
抢险物资：钢支撑、钢围檩、注浆设备、喷射机等。
如有人被埋在土下，有关人员必须立即拨打120，抢险队必须马上到达现场进行抢险，配合机械开挖，进行伤员抢救。
做好塌方周围的防护工作以免塌方区域扩大，将坍方周围做上保护，严格截止地表水流向塌方处，以避免塌方处土体结构扩大坍塌范围，造成更大的险情。
五、结束语
在地下工程建设过程中，地铁车站作为重要的地下建筑公共设施，其安全性和稳定性显得尤为重要。本文通过研究某地铁车站深基坑开挖的过程，对我国土体和支护的变形与稳定性展开研究，为今后地铁车站建设提供借鉴与参考。
参考文献
[1]蒋洪胜,刘国彬,刘建航.地铁车站软土基坑开挖过程中的时空效应分析[J].建筑技术,2009,02:3-5.
[2]蒋洪胜,侯学渊.基坑开挖对临近软土地铁隧道的影响[J].工业建筑,2011,05:53-56.
[3]李新星.邻近基坑开挖的运营地铁车站结构安全度分析[J].岩土力学,2009,S2:382-386.
[4]武朝军,陈锦剑,叶冠林,王建华,周洪波.苏州地铁车站基坑变形特性分析[J].岩土工程学报,2010,S1:458-462.
[5]胡恒,朱厚喜,贾立宏.基坑开挖对邻近地铁结构基础的影响分析[J].岩土工程学报,2010,S1:116-119.