地下车站深基坑施工中钢支撑留撑技术的应用

0 引言

明挖法深基坑施工采用钢支撑作为内支撑形式，在基坑开挖完成回筑阶段，往往需要对支撑体系进行一道或多道换撑，每增加一道换撑，回筑施工就会在竖向多一个施工步骤，使回筑施工速度难以加快，并且回筑多一步也增加了一道纵向水平施工缝，增加了渗漏水的几率。

本文探讨了上海轨道交通某号线二期工程某路站深基坑（以下简称“本项目”）施工过程中将钢支撑换撑改进为留撑的方式，通过应用实践，根据实施效果总结了施工经验，以期在地铁车站深基坑施工中推广使用。

1 工程概况

上海地铁某号线二期工程某路站为地下3层车站，车站主体基坑位于浦东新区城市主干道成山路道路正下方，车站深基坑长195.3 m，宽22.8 m，基坑开挖深度22.3 m。基坑开挖范围内的地层主要为：③1层淤泥质粉质黏土、④1层淤泥质黏土、⑤1黏土等含水量高的软弱土层。

基坑围护结构采用38 m深、1000 mm厚的地下连续墙，车站基坑竖向设置六道支撑，第一道为混凝土支撑，下面五道全部为钢支撑。根据车站结构的设计形式和施工步骤的安排，基坑的第五道和第三道钢支撑在相应下方的结构板施工完成后，需要施工一次换撑，本项目在施工过程中根据工期的需要，合理优化施工技术方案，将两道换撑调整为留撑方式。

2 施工特点

（1）钢支撑埋在回筑结构侧墙中，减少换撑施工步骤，可加快施工进度。

（2）回筑施工完成后，割除预留钢支撑，不影响基坑安全。

（3）钢支撑留撑预埋段在施工前先灌入等标号混凝土，预埋后和内衬墙形成整体结构，不影响内衬结构质量。

（4）适用于采用钢支撑作为内支撑的地下深基坑施工，且在回筑阶段支撑体系需要采用换撑形式进行受力转换。

3 钢支撑留撑施工原理

对于需要换撑的钢支撑，在基坑开挖期间，就按照留撑的形式架设钢支撑，回筑阶段将留撑的钢支撑端头包在内衬结构侧墙内。

留撑钢支撑的端头部分采用与基坑支护钢支撑同样直径和壁厚的钢管，预先在钢管内焊接封堵钢板、灌注混凝土，钢支撑拼装时在两端使用提前加工好的留撑钢管，活络端头挪到留撑钢管以内，结构回筑侧墙施工时，将留撑钢管包在侧墙混凝土中，在结构施工完成并达到设计强度后，在侧墙内侧将钢支撑紧贴侧墙面割掉拆除，留撑位置采用聚合物砂浆抹面补平侧墙。

4 施工技术要点

4.1 施工工艺流程

钢支撑留撑施工工法分留撑钢支撑端头加工、钢支撑架设、留撑处理等三个部分。基坑开挖前先找一块施工场地对准备留撑的钢支撑端头进行焊接封堵钢板、闭水试验、灌注与内衬墙等标号的混凝土等加工施工。土方开挖过程中，钢支撑架设平整，留撑钢支撑的端部保证和地下连续墙上预埋的钢板密贴连接。侧墙施工时将留撑钢支撑的端部埋进混凝土里面，通过在留撑钢管外围焊一圈钢板起到止水环的作用，在内衬结构施工完成、脚手架拆除后，从侧墙面将留撑钢管割除，留撑部位采用高标号的聚合物水泥砂浆抹面补平侧墙。具体流程，如图1所示。

4.2 留撑钢支撑端头加工

基坑开挖前，根据计划留撑施工的数量，准备留撑端头钢管，在场地内划定区域进行预加工处理。

留撑钢管采用与钢支撑同样直径、壁厚、材质的钢管，所选钢管长度根据侧墙厚度确定，钢管长度比侧墙厚度大20 cm～50 cm，一般不小于1 m。

从钢管端部往下，在内衬结构侧墙厚度1/2的位置，采用4 mm厚的钢板在留撑钢管外部焊接一圈止水钢环，止水环宽120 mm。应做到焊缝密实，焊接牢固，止水钢环不得出现严重变形。止水钢环与钢管满焊，确保止水质量。

留撑钢管立放在平整的地面上，从钢管端头往内3/4墙厚处用4 mm厚的圆形钢板焊接封堵。留撑钢支撑剖面正视图和俯视图，如图2和图3所示。

通过检查确认封堵钢板满焊完成后，向留撑钢管内灌注清水做密闭试验检查封堵效果。以观察24 h，钢管内水位不出现下降情况为合格标准。

在确认封堵效果合格后，向留撑钢管内灌注C35P8混凝土，混凝土强度与侧墙设计标号一致，混凝土坍落度140 mm ～160 mm，混凝土须振捣密实，混凝土灌注面与钢管端面齐平，在混凝土初凝后做收面抹平压光处理。混凝土终凝后采取覆盖保水养护，养护时间不少于14 d。

填充混凝土养护14 d，混凝土强度达到设计强度80%以上后，在留撑钢管的顶面焊接端部密封钢板，钢板规格为750 mm×750 mm×12 mm。

4.3 钢支撑架设

根据实测基坑的宽度，在地面上预先拼装钢支撑，拼装时先确定两端的留撑钢支撑端头长度，将钢支撑的活络头部分放在留撑钢管端头之后，中间部分采用多段合适长度的钢管拼装，每节钢支撑钢管间使用M24高强螺栓连接成整体。

每开挖完成一根钢支撑的位置，立即由施工员和测量人员按设计图纸进行测量放线，找出钢支撑架设位置：定位允许水平位置偏差3 cm、高度偏差2 cm；在钢支撑架设位置，由人工采用风镐凿除表层混凝土，找出预埋钢板，在钢板上焊接用来支撑钢支撑的钢牛腿。

用80 t履带吊将整根钢支撑吊放架设在钢牛腿上。

在钢支撑架设就位后，用两个200 t的千斤顶同时在活络头位置施加支撑轴力至设计值后，采用钢楔子敲紧锁定。

基坑开挖期间，留撑钢支撑的端头采用彩条布包裹保护，防止止水环撞坏或端头受掉土污染。

4.4 内衬结构施工

内衬结构施工时，侧墙钢筋紧绕钢支撑周围绑扎，在留撑钢支撑套筒外增设3道环向加强钢筋防止混凝土浇筑后出现开裂现象。

沿钢管外止水环内外侧各贴一圈遇水膨胀止水条，可以增强防水效果，减少留撑位置出现渗漏水的情况。

留撑周边的侧墙模板采用加工成弧度与钢支撑直径一样的胶合木模板，为确保钢支撑可以割除到位，在模板安装时，模板内侧再增加一块环绕钢支撑5 cm宽模板，模板拆除后，可以在墙体表面形成一块5 cm宽、2 cm深的凹槽，以便钢支撑割除时可以深入到侧墙混凝土面层以下。

混凝土浇筑时在留撑钢管附近缓慢多次振捣确保钢管周围混凝土振捣密实。

4.5 钢支撑拆除

侧墙施工时预留的钢支撑在内衬结构施工完成并达到设计强度后先拆除车站内的满堂脚手架，腾出空间后再拆除预留的钢支撑。

留撑钢支撑拆除时采用两台10 t叉车同时托住钢支撑的两端，在不施加顶力的情况下，从留撑的端头贴近侧墙根部采用氧气乙炔直接将钢管支撑切割开对称泄力拆除，一根钢支撑整根由两台叉车配合放到地面上后，再拆解成多个小段，通过叉车水平运输至盾构吊出井位置，再由地面的80 t履带吊垂直运输吊装运出车站。

4.6 留撑位置侧墙结构修补

在留撑钢支撑切割拆除后，扣掉留撑钢管与侧墙混凝土面相接处预埋的2 cm厚木条，再次将钢管深入侧墙混凝土2 cm深处割除，可以防止后期钢管外漏生锈。

留撑位置侧墙孔洞修补采用与侧墙混凝土同标号的水泥砂浆并掺入环氧树脂增强黏结性。

混凝土修补使用的水泥、河沙等材料与原混凝土原材厂家一致，修补砂浆的配合比在原混凝土配比的基础上再掺入一定的环氧树脂等化学聚合物材料。正式修补前先做多组不同配比的试验，最后选择与现状混凝土颜色最接近的配比施工。

结构修补根据厚度分多层进行，在中间层挂钢丝网片，修补表面与原预留结构尺寸轮廓基本保持一致。

5 实施效果

采用钢支撑留撑施工技术后，原设计的第三道和第五道钢支撑换撑步骤不再需要施工，一个区段下3层和下2层结构侧墙一次施工到中板面，省去了换撑需要拆除与重新搭设一次满堂支架的工作，也省去了重新架设与拆除一道钢支撑的工作。每个区段节约工期26 d，在工期本来就很紧张的情况下，有效保障了项目的里程碑节点工期目标。

钢支撑施工由换撑改为留撑后，减少了一道水平纵向施工缝，减少了后期结构渗漏水的几率。同时留撑钢支撑采用切割拆除方式，也避免了传统支撑在拆除时二次加力造成围护结构的变形。保证了成型车站结构的质量和后期运营的安全。

6 结语

（1）钢支撑留撑施工工法方便有效，在确保基坑支撑体系稳定的同时，减少了换撑的施工工序，可以加快施工进度。

（2）钢支撑留撑施工技术安全可靠，能够代替传统的换撑施工工艺，可以在需要钢支撑换撑的地下深基坑施工中推广使用。