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摘 要：结合苏州轨道交通2号线04标明挖车站及区间的基坑开挖实例，以施工为主脉对苏州软黏土层深基坑进行分析，将时空效应理论在软土地区基坑开挖中的应用提出要點并总结。
关键词：明挖深基坑；软土地区；时空效应
1 前言
在软土地区，土的强度低、含水量大，此地层上的基坑工程所受的土体流变性影响很大。在软土基坑开挖中，适当减小每步开挖土方的空间尺寸，并减少每步开挖所暴露的部分基坑挡墙的未支撑前的暴露时间，是考虑时空效应、科学地利用土体自身的控制地层位移的潜力，解决软土深基坑稳定和变形问题的基本对策。
2 概述
苏州市轨道交通2号线Ⅱ-TS-04标土建工程包括齐门北大街站及阳澄湖中路站至齐门北大街站区间明挖段。齐门北大街站为明挖地下二层岛式站台车站，总长464.35m，设有9个出入口、3组风亭。阳澄湖中路站至齐门北大街站区间明挖段右线隧道全长1095.4m。齐门北大街站标准段外包宽度19.1m，开挖深度约17.4m，西端头井段外包宽度23m，开挖深度约18.4m，车站主体围护结构采用800mm厚地下连续墙。阳澄湖中路站至齐门北大街站区间段围护结构视开挖深度的不同而分别采用800mm厚地下连续墙及φ1000@800、φ800@600钻孔咬合桩，均采用明挖顺做法施工，基坑开挖深度0～16.8m。车站及区间支撑系统第一道均为砼支撑，以下部分根据基坑开挖深度不同分别采用2～4道φ609钢支撑。砼支撑纵向间距为8m，钢支撑纵向间距为3～4m。工程所在场区地层岩性主要为粘土、粉质粘土、粉土、粉（细）砂等。
3 施工流程
基坑土方开挖按照“分层、分段、分块、对称、平衡、限时”和“先撑后挖、限时支撑、严禁超挖”的原则进行施工。基坑开挖时根据支撑竖向布置进行分层开挖（每层开挖面不能低于相应支撑中心以下500mm），根据支撑平面布置间距进行分段开挖（段长不大于6m），保证围护结构在基坑开挖过程中受力平衡，严禁在一个工况条件下一次开挖到底。土方开挖时备足运输车辆及施工机械，开挖土方和安装支撑并施加预应力应控制在24h内完成，达到“快撑快挖”的效果，减少基坑暴露变形时间。
以齐门北大街站标准段为例，根据基坑竖向支撑系统可将其竖向开挖分为5层：表层、负一层、负二层、负三层、负四层。表层为原始地面至冠梁底，负一层至负三层开挖线为相应支撑中心标高下0.5m，负四层开挖线为基底。
4 施工技术
4.1 开挖条件
① 基坑土方开挖安排在坑内井点降水20天后进行，降水深度应控制在基底以下1m；
② 基坑开挖必须在地下连续墙等围护结构、冠梁及第一道混凝土支撑达到设计强度后方可进行；
③ 基坑土方开挖前应完成基坑周边及支护结构上的相关监测点布设，并已取得初始值；
④ 地连墙防渗漏材料例如快凝水泥、聚氨酯及高压灌注机等相关救援物资、设备应准备到位，并与施工现场建立单独库房进行存放；
⑤ 基坑开挖前，应先检查了解地质、水文、道路、附近建筑物、民房等状况，做好记录，开挖过程经常观测变化情况，发现异常，立即采取应急措施；
⑥ 作业前要全面检查开挖的机械、电气设备是否符合安全要求，严禁带“病”运行，基坑现场排水、降水、集水措施是否落实。
4.2 开挖参数
① 分层分小段（不大于6m长）开挖土方和相应安装支撑并施加预应力应控制在24h内完成，每层土方开挖底面不能低于相应支撑中心以下500mm，严禁在一个工况条件下一次开挖到底，待支撑安装结束后，再施工下一段；
② 基坑开挖时纵横向的安全坡度要求不得陡于1：3，必须分段、分区、分层、对称进行，不得超挖；
③ 坡面上采用彩条布覆盖，以减少雨水冲刷；机械挖土时，坑底应保留200～300mm厚土层用人工挖除整平，防止坑底土扰动，并及时浇筑垫层砼，以封闭基底；底板根据施工分段情况予以浇筑，间隔时间不易超过两周；
④ 土方开挖时，弃土堆放应远离基坑顶边线2H以外（H为基坑开挖深度）；墙后堆载标准段<20kPa，端头井<30kPa。
4.3 开挖原则
基坑土方开挖按照“分层、分段、分块、对称、平衡、限时”和“先撑后挖、限时支撑、严禁超挖”的原则进行施工。
土方开挖时备足运输车辆及施工机械，保证在规范要求时间内完成每一层土方开挖，达到“快撑快挖”的效果，减少基坑暴露变形时间。
4.4 开挖方法
① 对撑的长条形深基坑（基坑标准段）
必须按设计要求分段开挖和浇筑底板，每段开挖中又分层、分小段，并限时完成每小段的开挖和支撑。
开挖参数通常为：
分段长度：L≤24m
每小段宽度：Bi=3～6m（若基坑围护结构为地下连续墙，则6m约为一幅地下墙的宽度，亦即2根钢支撑的位置）
每层厚度：hi=3～4m
每小段开挖支撑时限：Tr=8～24h
L、Bi、hi、Tr在施工时可根据监测数据进行适当调整。
② 车站端头井段
端头井段基坑采用盆式开挖法施工，即先开挖端头井基坑中部土方，挖土过程中在基坑中部形成类似盆状的土体，保留基坑周边用来阻止地下连续墙等围护结构变形的土堤，减小了基坑围护结构的无支撑暴露的时间，然后依次对称开挖斜支撑区的土体。斜支撑区的土方应自基坑角点沿垂直于斜撑方向向基坑内分层、分段、限时地开挖并架设支撑。盆边土堤的高度一般不大于5m，盆边宽度一般不小于10m。当盆边高度大于4m时，可采取二级放坡的形式，放坡平台宽度一般不小于4m。
4.5 质量措施
① 沿纵向按限定长度开挖段逐段开挖，在每个开挖中分层分小段开挖，随挖随撑，按规定时限施加支撑预应力，做好坑内排水，减少基坑暴露时间。 ② 在设计坑底标高以上200～300mm的土方须采用人工开挖，集中劳动力和配套设备，每开挖出一段基底即铺设一片垫层，防止人類活动和自然因素造成的扰动。对局部超挖处要用砂填实，严禁用淤泥回填。最底层土方开挖必须在最短的时间内完成，并在1天内完成垫层砼的浇注，钢筋砼底板要求在土方开挖完成7天内完成砼浇注。
③ 作业人员须及时封堵地下连续墙接缝或墙体内出现的水土流失，严防小股流水、流砂冲破地下连续墙中存在的充填泥土的孔洞而导致大量涌砂和基底失稳。
④ 每一小段的土方开挖中，严禁挖成3～4m高的垂直土壁或陡坡，以免坍方伤人，并严防坍方而导致横向支撑失稳。
⑤ 纵向放坡开挖时，应在坡顶外设置截水沟或挡水土堤，防止地表水冲刷坡面和基坑外排水再回流渗入坑内；在开挖施工过程中，进行人工修坡，并对暴露时间较长或可能受暴雨冲刷的纵坡采用篷布覆盖坡面等保护措施。
⑥ 在整个开挖过程中派专人监控和指挥挖掘机司机的操作，严禁在土方开挖施工过程中出现施工机具碰损支撑系统的情况，不得对支撑系统产生超载，以免支撑系统因超载过大造成失稳，危及围护结构的安全。
⑦ 在基坑分层开挖过程中，定时检查井点降水深度；并加强对降水管井的保护，以免填塞管井，影响降水效果，并将露出开挖面以上部分管井进行分节拆除。
⑧ 坑顶周围严格限制堆土等地面超载，适当隔离振动荷载作用。
⑨ 对于斜撑间距较小的部位，长臂挖机无法取土时，下部土体采用人工配合小挖机翻土。
⑩ 在每层土的平台上修一300×300mm的横向截水沟，在沟的两端各设一800×800×600（高）的集水坑，随时将坑内的水排出坑外。
5 注意事项
（1）时空效应理论的主要技术要点：沿规定的开挖次序逐段开挖，在每个开挖段中分层、分小段开挖、随挖随撑、按规定时限施加预应力，做好基坑排水，减小基坑暴露时间。
（2）车站端头井的三侧是连续的围护结构，只有与标准段连接处是开口的。在端头井基坑开挖施工时，一定要先施工控制开口变形的支撑，即“锁口”撑。采用地下连续墙围护时，端头井与标准段连接处的“Z”幅地下墙上一定要设置直撑，以防止转角的围护结构产生转动。
（3）基底上预留300mm土采用人工开挖。若采用机械直接开挖至基底，则容易扰动结构基础下的原状土，造成基底承载力不均。尤其是在降水不彻底、基底遭雨水及地下水浸泡发软等情况下，原土层必须采取换填、晒干、压实等方式进行处理，以提高基底承载力，防止主体结构回筑后产生相对较大的不均匀沉降，进而产生裂缝导致渗水。
（4）基坑开挖前视场地地层及周边环境情况需进行必要的基坑土体加固，一般有：
① 在地下连续墙底下因清孔不好土体很软时，进行地下墙墙底注浆加固，以防止开挖时引起地下墙沉降和墙外侧土体松动沉降；
② 确保开挖土坡稳定的土体加固；
③ 地下墙内侧被动土压力区，以注浆法或其他方法加固。
以上3种加固方法需视设计要求，若设计上未有该土体加固方案，则在施工中常采用降水加固法，即在具有夹薄层粉砂的黏性土或黏性土与砂性土互层中，对基坑内自地面下至基坑底以下一定厚度的土体采用超前降水法提高土体自身固结强度。一般超前降水时间为20d～30d，降水深度为基底下1m。
（5）钢支撑失稳前有拱起侧弯或下沉的先兆，发现情况要迅速采取加固或补撑措施；在基坑开挖期间要加强对支撑的观察，每班要有专人巡察。如果发生钢支撑失稳、基坑未坍塌，则需在失稳的钢支撑旁加设钢支撑，并施加预应力。同时对周围支撑复查，查找是否有支撑松弛，如果发现有支撑松弛，应立即采取复加预应力加固措施。如果支撑松弛而发生支撑失稳，则应立即查找周边超载、围护结构背土是否流失、支撑材质等原因，防止失稳现象扩散。
（6）基坑开挖过程中，需紧跟每层开挖支撑面的进展对地下墙等围护结构的变形及地层移动进行监测。监测内容主要包括基坑周边地表沉降点、地下管线变形监测、坑内外地下水位、建筑物的沉降与倾斜、围护结构的水平位移、围护结构顶部水平和垂直位移、支撑轴力等等。根据基坑每个开挖段中的监测反馈资料及时采取措施改进施工，控制基坑变形。
6 结语
在以苏州为代表性的软土地区深基坑开挖中应用时空效应理论，按照“分层、分段、分块、对称、平衡、限时”和“先撑后挖、限时支撑、严禁超挖”的原则进行施工，确保工程质量和安全，提高工效，并根据基坑监测数据进行信息化施工，优化施工工艺。
参考文献
[1]刘国彬，王卫东.基坑工程手册（第2版）[M].中国建筑工业出版社，2009.
（作者单位：中铁二局第五工程有限公司）
关键词：明挖深基坑；软土地区；时空效应
1 前言
在软土地区，土的强度低、含水量大，此地层上的基坑工程所受的土体流变性影响很大。在软土基坑开挖中，适当减小每步开挖土方的空间尺寸，并减少每步开挖所暴露的部分基坑挡墙的未支撑前的暴露时间，是考虑时空效应、科学地利用土体自身的控制地层位移的潜力，解决软土深基坑稳定和变形问题的基本对策。
2 概述
苏州市轨道交通2号线Ⅱ-TS-04标土建工程包括齐门北大街站及阳澄湖中路站至齐门北大街站区间明挖段。齐门北大街站为明挖地下二层岛式站台车站，总长464.35m，设有9个出入口、3组风亭。阳澄湖中路站至齐门北大街站区间明挖段右线隧道全长1095.4m。齐门北大街站标准段外包宽度19.1m，开挖深度约17.4m，西端头井段外包宽度23m，开挖深度约18.4m，车站主体围护结构采用800mm厚地下连续墙。阳澄湖中路站至齐门北大街站区间段围护结构视开挖深度的不同而分别采用800mm厚地下连续墙及φ1000@800、φ800@600钻孔咬合桩，均采用明挖顺做法施工，基坑开挖深度0～16.8m。车站及区间支撑系统第一道均为砼支撑，以下部分根据基坑开挖深度不同分别采用2～4道φ609钢支撑。砼支撑纵向间距为8m，钢支撑纵向间距为3～4m。工程所在场区地层岩性主要为粘土、粉质粘土、粉土、粉（细）砂等。
3 施工流程
基坑土方开挖按照“分层、分段、分块、对称、平衡、限时”和“先撑后挖、限时支撑、严禁超挖”的原则进行施工。基坑开挖时根据支撑竖向布置进行分层开挖（每层开挖面不能低于相应支撑中心以下500mm），根据支撑平面布置间距进行分段开挖（段长不大于6m），保证围护结构在基坑开挖过程中受力平衡，严禁在一个工况条件下一次开挖到底。土方开挖时备足运输车辆及施工机械，开挖土方和安装支撑并施加预应力应控制在24h内完成，达到“快撑快挖”的效果，减少基坑暴露变形时间。
以齐门北大街站标准段为例，根据基坑竖向支撑系统可将其竖向开挖分为5层：表层、负一层、负二层、负三层、负四层。表层为原始地面至冠梁底，负一层至负三层开挖线为相应支撑中心标高下0.5m，负四层开挖线为基底。
4 施工技术
4.1 开挖条件
① 基坑土方开挖安排在坑内井点降水20天后进行，降水深度应控制在基底以下1m；
② 基坑开挖必须在地下连续墙等围护结构、冠梁及第一道混凝土支撑达到设计强度后方可进行；
③ 基坑土方开挖前应完成基坑周边及支护结构上的相关监测点布设，并已取得初始值；
④ 地连墙防渗漏材料例如快凝水泥、聚氨酯及高压灌注机等相关救援物资、设备应准备到位，并与施工现场建立单独库房进行存放；
⑤ 基坑开挖前，应先检查了解地质、水文、道路、附近建筑物、民房等状况，做好记录，开挖过程经常观测变化情况，发现异常，立即采取应急措施；
⑥ 作业前要全面检查开挖的机械、电气设备是否符合安全要求，严禁带“病”运行，基坑现场排水、降水、集水措施是否落实。
4.2 开挖参数
① 分层分小段（不大于6m长）开挖土方和相应安装支撑并施加预应力应控制在24h内完成，每层土方开挖底面不能低于相应支撑中心以下500mm，严禁在一个工况条件下一次开挖到底，待支撑安装结束后，再施工下一段；
② 基坑开挖时纵横向的安全坡度要求不得陡于1：3，必须分段、分区、分层、对称进行，不得超挖；
③ 坡面上采用彩条布覆盖，以减少雨水冲刷；机械挖土时，坑底应保留200～300mm厚土层用人工挖除整平，防止坑底土扰动，并及时浇筑垫层砼，以封闭基底；底板根据施工分段情况予以浇筑，间隔时间不易超过两周；
④ 土方开挖时，弃土堆放应远离基坑顶边线2H以外（H为基坑开挖深度）；墙后堆载标准段<20kPa，端头井<30kPa。
4.3 开挖原则
基坑土方开挖按照“分层、分段、分块、对称、平衡、限时”和“先撑后挖、限时支撑、严禁超挖”的原则进行施工。
土方开挖时备足运输车辆及施工机械，保证在规范要求时间内完成每一层土方开挖，达到“快撑快挖”的效果，减少基坑暴露变形时间。
4.4 开挖方法
① 对撑的长条形深基坑（基坑标准段）
必须按设计要求分段开挖和浇筑底板，每段开挖中又分层、分小段，并限时完成每小段的开挖和支撑。
开挖参数通常为：
分段长度：L≤24m
每小段宽度：Bi=3～6m（若基坑围护结构为地下连续墙，则6m约为一幅地下墙的宽度，亦即2根钢支撑的位置）
每层厚度：hi=3～4m
每小段开挖支撑时限：Tr=8～24h
L、Bi、hi、Tr在施工时可根据监测数据进行适当调整。
② 车站端头井段
端头井段基坑采用盆式开挖法施工，即先开挖端头井基坑中部土方，挖土过程中在基坑中部形成类似盆状的土体，保留基坑周边用来阻止地下连续墙等围护结构变形的土堤，减小了基坑围护结构的无支撑暴露的时间，然后依次对称开挖斜支撑区的土体。斜支撑区的土方应自基坑角点沿垂直于斜撑方向向基坑内分层、分段、限时地开挖并架设支撑。盆边土堤的高度一般不大于5m，盆边宽度一般不小于10m。当盆边高度大于4m时，可采取二级放坡的形式，放坡平台宽度一般不小于4m。
4.5 质量措施
① 沿纵向按限定长度开挖段逐段开挖，在每个开挖中分层分小段开挖，随挖随撑，按规定时限施加支撑预应力，做好坑内排水，减少基坑暴露时间。 ② 在设计坑底标高以上200～300mm的土方须采用人工开挖，集中劳动力和配套设备，每开挖出一段基底即铺设一片垫层，防止人類活动和自然因素造成的扰动。对局部超挖处要用砂填实，严禁用淤泥回填。最底层土方开挖必须在最短的时间内完成，并在1天内完成垫层砼的浇注，钢筋砼底板要求在土方开挖完成7天内完成砼浇注。
③ 作业人员须及时封堵地下连续墙接缝或墙体内出现的水土流失，严防小股流水、流砂冲破地下连续墙中存在的充填泥土的孔洞而导致大量涌砂和基底失稳。
④ 每一小段的土方开挖中，严禁挖成3～4m高的垂直土壁或陡坡，以免坍方伤人，并严防坍方而导致横向支撑失稳。
⑤ 纵向放坡开挖时，应在坡顶外设置截水沟或挡水土堤，防止地表水冲刷坡面和基坑外排水再回流渗入坑内；在开挖施工过程中，进行人工修坡，并对暴露时间较长或可能受暴雨冲刷的纵坡采用篷布覆盖坡面等保护措施。
⑥ 在整个开挖过程中派专人监控和指挥挖掘机司机的操作，严禁在土方开挖施工过程中出现施工机具碰损支撑系统的情况，不得对支撑系统产生超载，以免支撑系统因超载过大造成失稳，危及围护结构的安全。
⑦ 在基坑分层开挖过程中，定时检查井点降水深度；并加强对降水管井的保护，以免填塞管井，影响降水效果，并将露出开挖面以上部分管井进行分节拆除。
⑧ 坑顶周围严格限制堆土等地面超载，适当隔离振动荷载作用。
⑨ 对于斜撑间距较小的部位，长臂挖机无法取土时，下部土体采用人工配合小挖机翻土。
⑩ 在每层土的平台上修一300×300mm的横向截水沟，在沟的两端各设一800×800×600（高）的集水坑，随时将坑内的水排出坑外。
5 注意事项
（1）时空效应理论的主要技术要点：沿规定的开挖次序逐段开挖，在每个开挖段中分层、分小段开挖、随挖随撑、按规定时限施加预应力，做好基坑排水，减小基坑暴露时间。
（2）车站端头井的三侧是连续的围护结构，只有与标准段连接处是开口的。在端头井基坑开挖施工时，一定要先施工控制开口变形的支撑，即“锁口”撑。采用地下连续墙围护时，端头井与标准段连接处的“Z”幅地下墙上一定要设置直撑，以防止转角的围护结构产生转动。
（3）基底上预留300mm土采用人工开挖。若采用机械直接开挖至基底，则容易扰动结构基础下的原状土，造成基底承载力不均。尤其是在降水不彻底、基底遭雨水及地下水浸泡发软等情况下，原土层必须采取换填、晒干、压实等方式进行处理，以提高基底承载力，防止主体结构回筑后产生相对较大的不均匀沉降，进而产生裂缝导致渗水。
（4）基坑开挖前视场地地层及周边环境情况需进行必要的基坑土体加固，一般有：
① 在地下连续墙底下因清孔不好土体很软时，进行地下墙墙底注浆加固，以防止开挖时引起地下墙沉降和墙外侧土体松动沉降；
② 确保开挖土坡稳定的土体加固；
③ 地下墙内侧被动土压力区，以注浆法或其他方法加固。
以上3种加固方法需视设计要求，若设计上未有该土体加固方案，则在施工中常采用降水加固法，即在具有夹薄层粉砂的黏性土或黏性土与砂性土互层中，对基坑内自地面下至基坑底以下一定厚度的土体采用超前降水法提高土体自身固结强度。一般超前降水时间为20d～30d，降水深度为基底下1m。
（5）钢支撑失稳前有拱起侧弯或下沉的先兆，发现情况要迅速采取加固或补撑措施；在基坑开挖期间要加强对支撑的观察，每班要有专人巡察。如果发生钢支撑失稳、基坑未坍塌，则需在失稳的钢支撑旁加设钢支撑，并施加预应力。同时对周围支撑复查，查找是否有支撑松弛，如果发现有支撑松弛，应立即采取复加预应力加固措施。如果支撑松弛而发生支撑失稳，则应立即查找周边超载、围护结构背土是否流失、支撑材质等原因，防止失稳现象扩散。
（6）基坑开挖过程中，需紧跟每层开挖支撑面的进展对地下墙等围护结构的变形及地层移动进行监测。监测内容主要包括基坑周边地表沉降点、地下管线变形监测、坑内外地下水位、建筑物的沉降与倾斜、围护结构的水平位移、围护结构顶部水平和垂直位移、支撑轴力等等。根据基坑每个开挖段中的监测反馈资料及时采取措施改进施工，控制基坑变形。
6 结语
在以苏州为代表性的软土地区深基坑开挖中应用时空效应理论，按照“分层、分段、分块、对称、平衡、限时”和“先撑后挖、限时支撑、严禁超挖”的原则进行施工，确保工程质量和安全，提高工效，并根据基坑监测数据进行信息化施工，优化施工工艺。
参考文献
[1]刘国彬，王卫东.基坑工程手册（第2版）[M].中国建筑工业出版社，2009.
（作者单位：中铁二局第五工程有限公司）