天津地鐵4號線西站站工程深基坑方案比選研究

□文/徐 源

天津地鐵4號線西站站工程深基坑方案比選研究

□文/徐 源

天津西站交通樞紐配套市政公用工程中的軌道交通地鐵4號線西站站深基坑工程具有深度大、基坑安全等級高、周邊環境復雜、施工難度大等特點。文中結合工期、成本、安全質量等要求，進行該深基坑明挖順作和蓋挖逆作的方案對比研究，分析了各自的優缺點；經過技術、經濟、安全等方面的比較綜合考慮后確定合理的蓋挖方案。

深基坑；明挖；蓋挖

工程概況

天津西站交通樞紐配套市政公用工程是集地鐵站、換乘區、地下停車場、公交站、地面廣場及下沉箱體道路為一體的綜合性系統樞紐工程，是京滬高鐵天津站的重要組成部分。建成后將實現高速鐵路，客運專線，普速鐵路與地鐵1號、4號、6號線，長途客運，公交，出租和社會車輛等多種交通方式的集中換乘的綜合交通樞紐。

天津西站交通樞紐配套市政公用工程以既有天津西站為中心、南起南運河北路、北至子牙河南路、東起大豐路，各個子分部工程布局見圖1。

其中地鐵4號線西站站位于西站南廣場的地下2、3層，地下2層為設備層，地下3層為站臺。基坑標準段深度為26.084m，端井最深處為28.004m，基坑長度為177m，標準段寬度為25.3m，端井處寬度為29.3m。在南廣場地下1層土方開挖完畢后進行4號線西站站基坑施工，南廣場底板以下的4號線基坑有效深度在18m左右，基坑平面布置見圖2。

圍護結構采用1m厚地下連續墻，標準段墻深約43m，局部地連墻深度超過50m。基坑和圍護結構斷面見圖3。

基坑與地質條件關系如圖4所示。基坑底部位于

工程特點

基坑東側緊靠天津西站站房，西側與另一標段在同一基坑內，北側與鐵路線之間有大量建筑物，南側緊靠西青道便道，基坑外可用施工場地極少，也無法形成環形道路和排水溝，進入場內只有基坑東側西站前街一條路，給現場的材料加工、堆放、交通組織造成很大困難。

天津西站交通樞紐工程是一個系統工程，涉及專業的種類較多，將分別由不同專業的承包人來完成，與本工程相關地鐵4號線的接口包括與國鐵范圍的接口、與西青道的接口、與地鐵6號線西站站的接口、與南廣場的接口等，施工過程中還將遇到與相鄰標段施工場地之間的接口管理，因此在施工過程中，應重點控制與配套工程接口部位的測量、定位、保證接口的準確，為后續工序提供完善的質量保證是工程重點之一。

工程基坑深度達到了28m，屬超深基坑，在天津地區也屬于最深的基坑之一，深基坑施工風險較大，存在圍護結構漏水、管涌、土方坍塌等施工風險，如何合理的選擇深基坑施工方案，安全、高質的完成深基坑施工，對于工程開展來說是重中之重。

蓋挖逆作施工方案

中立柱采用永久柱與臨時柱相結合的方式，永臨結合柱及臨時柱下設有鉆孔灌注樁，經荷載計算需采用樁徑2.2m、有效樁長45m的混凝土灌注樁，總樁長約72m。永臨結合柱采用十字型鋼柱（800mm×300 mm×14mm×26mm），外包鋼筋混凝土。臨時鋼柱同樣采用十字型鋼柱（800mm×300mm×14mm×26mm），兩種鋼柱錨入鉆孔灌注樁的有效長度均為2.5m。底板設置抗拔樁，樁徑φ1500mm，有效樁長30m，總樁長約56m，均采用樁端樁側后壓漿工藝。采用蓋挖逆作法施工時，工序如下。

（1）施工圍擋，平整場地，管線拆改，進行交通疏解，施作地下連續墻、柱下樁及立柱，進行坑內降水。

（2）地下1層基坑土體開挖并鑿出此深度范圍內地下連續墻素混凝土段。

（3）施作地下1層結構底板防水層、底板結構，將地下連續墻鋼筋伸入地下1層底板，再施作地下1層柱、邊墻、頂板等。

（4）待地下1層施工完畢且達到設計強度，開挖土體至地下2層底板底，施作地下2層底板、梁、邊墻防水層及邊墻結構；封閉地下2層結構。

（5）待地下2層底板、梁、邊墻結構達到設計強度，開挖土體至鋼支撐下0.3m處，架設鋼支撐。

（6）開挖土體至基坑底，施作底板防水保護層、底板防水層、底板結構、底縱梁。

（7）待底板、底縱梁及部分邊墻強度等級達到設計強度，拆除支撐，施作地下3層側墻防水層、邊墻結構；封閉地下3層結構，順作中柱。

（8）待剩余邊墻及中柱強度達到設計強度，拆除臨時立柱，封堵降水井。

明挖順作施工方案

采用4道φ600mm、壁厚16mm鋼管水平支撐，2道倒撐，其中水平支撐由橫向的槽鋼和豎向的臨時立柱連接。其開挖及結構施工工序如下。

（1）施工圍擋，平整場地，管線拆改，進行交通疏解，施作地下連續墻、柱下樁及立柱，進行坑內降水。

（2）地下1層基坑土體開挖并鑿出此深度范圍內地下連續墻素混凝土段，施工地下連續墻冠梁。

（3）開挖土體至第1道支撐下0.3m，施工第1道鋼支撐。

（4）開挖土體至第2道支撐下0.3m，施工第2道鋼支撐。

（5）開挖土體至第3道支撐下0.3m，施工第3道鋼支撐。

（6）開挖土體至第4道支撐下0.3m，施工第4道鋼支撐。

（7）開挖土體至基坑底，施作墊層、底板防水層，施作第3層底板結構。

（8）待地下3層底板達到設計強度，拆除第4道支撐。

（9）施作地下3層邊墻及地下2層底板結構。

（10）待地下2層底板達到設計強度，依次拆除2、3道支撐。

（11）施作地下1層底板。

（12）待地下1層底板達到設計強度，拆除第1道支撐；完成地下結構施工。

方案對比

經濟方面

根據現有4號線蓋挖逆作和明挖順作的初步施工方案和施工工序，結合工期要求和清單單價，對兩種方案的工程造價對，見表1。

表1 蓋挖逆作和明挖順作方案造價對比

從表1可以看出，蓋挖逆作時工程造價為685萬元，明挖順作時工程造價為831萬元，由于鋼支撐增加，其造價增加了146萬元，即蓋挖方案在經濟成本使用上要較明挖費用低。

工期方面

明挖順施及蓋挖逆作兩種方案在地下1層開挖及開挖前的工序基本相同，所需時間也相同，因此兩種方案在工期上對比從地下1層開挖完成后開始。具體時間見表2。

表2 蓋挖逆作和明挖順作方案的工期安排

從表2可以看出，蓋挖逆作所需時間在350d左右，明挖方案所需時間在260d左右，明挖順作較蓋挖逆作縮短施工工期明顯。

安全性方面

按照設計基坑開挖深度為26.221m，采用厚度為1 m的地下連續墻圍護結構，墻長度為34.128m，墻頂標高為-8.5m。考慮地面超載20kPa時進行明蓋挖方案的安全性能計算，分別見圖5和圖6。

由圖5和圖6可以看出，采用明挖順作方案地下連續墻的最大水平位移為12mm，彎矩-716.2～1117 kN·m/m，剪力-477.5～537.9kN/m；采用蓋挖逆作方案地下連續墻的最大水平位移為16.2mm彎矩-830.3～1184.7kN·m/m，剪力-464.3～462.7kN/m；通過比較，地下連續墻的水平變形、配筋結果較為一致，表明采用明挖順作方案和蓋挖逆作的方案均能滿足工程安全需要，均為可行的。

方案確定

分析明蓋挖的優缺點，同時結合工程工況要求，明挖順作和蓋挖逆作均能滿足施工安全要求，通過經濟分析對比，蓋挖方案比明挖方案節省146萬元成本，因此蓋挖逆作優于明挖順作施工方案。

工期方面蓋挖逆作方案較明挖順作方案時間要長90d左右，看似明挖方案較好，但結合交付工作面的工況要求，即車站北端地下1層以上為國鐵施工范圍，需提前交于國鐵使用。考慮此種情況，蓋挖逆作能及時提供此工作面，工作面以下的部分則無交付的要求。因此蓋挖逆作優于明挖順作施工方案。最終確定采用暗挖逆作法進行施工。

結語

天津西站交通樞紐配套市政公用工程中的軌道交通地鐵4號線西站站深基坑工程，施工前將該基坑工程的明挖順作法和蓋挖逆作法等兩種方案通過工期、成本、安全等方面的對比研究，結合工況要求的工期、安全、社會等各項因素，最終選定蓋挖逆作法的合理施工方案進行施工，保證了如此深、難、復雜的深基坑工程的順利開展。

TU473.2

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1008-3197（2010）02-23-04

2010-04-04

徐 源/男，1979年出生，工程師，碩士，天津城投建設有限公司，從事工程管理工作。