地鐵車站深基坑支護(hù)體系設(shè)計(jì)研究

趙東振

（上海市隧道工程軌道交通設(shè)計(jì)研究院，上海 200000）

地鐵車站的深基坑工程往往處于城市建筑以及人流比較集中的區(qū)域，地面交通及既有建筑的分布十分密集復(fù)雜，且地下管網(wǎng)設(shè)施也較多。因此，需設(shè)計(jì)人員充分掌握施工區(qū)域的土質(zhì)特點(diǎn)及地下水情況，并結(jié)合周邊環(huán)境條件合理選擇支護(hù)體系，同時(shí)要準(zhǔn)確選用和計(jì)算支護(hù)設(shè)計(jì)各個(gè)環(huán)節(jié)的相關(guān)參數(shù)，全面提高設(shè)計(jì)的水平和質(zhì)量。本文以某地鐵車站深基坑工程為例，分析其支護(hù)體系的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

1 某地鐵車站深基坑工程概況

某地鐵車站深基坑工程長(zhǎng)約255 m，標(biāo)準(zhǔn)段寬約20 m，端頭井寬約24 m。地鐵車站主體為地下三層，采用雙柱三跨箱型結(jié)構(gòu)，施工工法采用明挖順作法，站臺(tái)中心處頂板覆土約3.20 m，底板埋深約23.4 m。其周邊區(qū)域內(nèi)建筑物較少，僅在西側(cè)有在建的橋梁工程，施工影響范圍內(nèi)管線均臨遷至主體基坑范圍以外，但主體上方有多排220 kV架空電力線斜穿，最小凈空高度約25 m。

2 地鐵車站深基坑支護(hù)體系設(shè)計(jì)

2.1 地質(zhì)水文條件分析

該工程施工區(qū)域位于比較平坦開闊的沖積湖平原地區(qū)，地面標(biāo)高約2～3 m，根據(jù)巖土勘察報(bào)告，其土層分布自上而下依次為雜填土、黏土、淤泥質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、砂質(zhì)粉土、粉砂以及粉質(zhì)黏土層。該區(qū)域的淺層淤泥質(zhì)黏土以及表部填土中存在孔隙潛水，其中表部填土具有良好的滲透性、富水性及透水性，且與地表水之間存在比較密切的關(guān)聯(lián)，其補(bǔ)給來源主要為大氣降水以及地表水等[1]。孔隙潛水主要存在于淤泥質(zhì)黏土以及表部黏土中，其含量較低，同時(shí)這兩類土質(zhì)的滲透系數(shù)基本在5×10-6～4.07×10-7cm/s，其透水性和富水性均相對(duì)較低。此外，通過結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)水文資料以及實(shí)地勘探結(jié)果分析，該區(qū)域內(nèi)的粉砂層中存在埋深大約為3.8 m的孔隙深部承壓水，而粉砂的透水性為中度，其滲漏系數(shù)基本在3.1×10-3～4.1×10-3cm/s 之間。

2.2 深基坑支護(hù)體系選擇與設(shè)計(jì)

2.2.1 合理選擇施工工法

設(shè)計(jì)地鐵車站深基坑工程的支護(hù)體系前，設(shè)計(jì)人員應(yīng)先確定該工程的施工工法。我國(guó)在地鐵車站工程的施工中主要有暗挖法、明挖順作法以及蓋挖逆作法等施工工法類型。根據(jù)該工程的周邊環(huán)境及交通條件，本次地鐵車站施工采取明挖順作法，該工法安全性較高，技術(shù)較為成熟，同時(shí)經(jīng)濟(jì)性也較好。

2.2.2 合理選擇支護(hù)體系

在設(shè)計(jì)深基坑支護(hù)體系時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)準(zhǔn)確掌握不同支護(hù)型式的優(yōu)缺點(diǎn)以及適用條件，并充分了解施工區(qū)域的地質(zhì)水文和周邊環(huán)境條件，此外，還需對(duì)工程造價(jià)等經(jīng)濟(jì)性因素進(jìn)行綜合性分析。深基坑工程支護(hù)體系設(shè)計(jì)的要點(diǎn)就是支護(hù)型式的合理選擇，在此基礎(chǔ)上計(jì)算確定支護(hù)結(jié)構(gòu)的相關(guān)參數(shù)，科學(xué)確定支護(hù)結(jié)構(gòu)的規(guī)格尺寸以及支撐體系等。同時(shí)不同支護(hù)型式的選擇對(duì)工程造價(jià)也會(huì)產(chǎn)生顯著的影響，因此，設(shè)計(jì)人員應(yīng)高度重視支護(hù)選型這一環(huán)節(jié)。目前在地鐵車站的深基坑工程中主要采用的支護(hù)型式包括型鋼水泥土攪拌墻（SMW工法） 、鉆孔咬合樁、鉆孔灌注樁及地下連續(xù)墻等。

型鋼水泥土攪拌墻是在相互咬合的深層攪拌樁內(nèi)插入H型鋼后形成的連續(xù)擋土止水結(jié)構(gòu)，在H型鋼的表面涂刷減摩劑后可回收再利用。在透水性大的砂性地層中使用效果較好，具有施工速度快、泥漿污染少、造價(jià)比較低的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的質(zhì)量容易保證，防水效果好。其缺點(diǎn)主要在于結(jié)構(gòu)剛度較小，需設(shè)置圍檁支護(hù)體系，適用范圍較小，型鋼拔出難度較大且有一定風(fēng)險(xiǎn)。一般可用于開挖深度小于12 m的地下車站、車站附屬結(jié)構(gòu)和通道。

鉆孔咬合樁采用全套管鉆機(jī)鉆孔施工，在樁與樁之間形成相互咬合排列的基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)。鉆孔咬合樁主要適用于軟土地層，其優(yōu)勢(shì)是采用鋼套管護(hù)壁，避免孔壁坍塌，可緊鄰建筑物、地下管線成樁，成槽時(shí)對(duì)周邊環(huán)境影響小，適用地層范圍廣，防滲效果好，無須另外增加輔助截水帷幕等防水措施。其缺點(diǎn)為咬合樁的施工質(zhì)量較難控制，特別是垂直度控制以及咬合樁超緩凝混凝土的配制等均需有成熟的施工經(jīng)驗(yàn)，才能較好地實(shí)現(xiàn)咬合樁止水效果。

鉆孔灌注樁支護(hù)，就是采取將鉆孔灌注樁呈隊(duì)列式布設(shè)的方式來使其形成擋土支護(hù)體系，其優(yōu)勢(shì)在于剛度較大，控制變形較好，對(duì)各種土層的適用性強(qiáng)，在一般黏性土、填土以及淤泥質(zhì)土和砂土等土層中均可施工。其缺點(diǎn)為需在樁間設(shè)置止水帷幕封堵地下水，而止水效果與止水帷幕的施工工藝和土質(zhì)條件關(guān)系很大，施工風(fēng)險(xiǎn)較大。

地下連續(xù)墻支護(hù)型式主要是通過在開挖溝槽內(nèi)沉放鋼筋籠并進(jìn)行混凝土澆筑的方式來形成支護(hù)體系。這種支護(hù)型式具有較高的防滲性和結(jié)構(gòu)剛度，能夠兼顧支護(hù)結(jié)構(gòu)的承重、截水及擋土功能，同時(shí)其產(chǎn)生的噪音和振動(dòng)污染也相對(duì)較低，能夠廣泛適應(yīng)多種復(fù)雜地質(zhì)水文條件的支護(hù)要求，還能夠滿足深度較大的深基坑工程的支護(hù)需要，在實(shí)踐中曾經(jīng)被用于深度達(dá)到36 m的深基坑工程的支護(hù)體系[2]。此外，其對(duì)周邊環(huán)境的影響比較小，對(duì)各種施工工法的適應(yīng)性也較好。綜合分析各種因素，在該車站深基坑工程中選用地下連續(xù)墻與內(nèi)支撐相結(jié)合的支護(hù)體系。

2.2.3 深基坑支護(hù)體系設(shè)計(jì)

根據(jù)該深基坑工程的土層分布及水文地質(zhì)特點(diǎn)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用1 000 mm厚地下連續(xù)墻，墻趾進(jìn)入粉質(zhì)黏土層不少于2 m以隔斷承壓水，考慮到車站上方高壓線到地面凈空最小僅有25 m，地墻采用銑接頭，鋼筋籠采用整體制作，分節(jié)吊裝。深基坑工程中常用的內(nèi)支撐主要有鋼支撐以及鋼筋混凝土支撐這兩種，設(shè)計(jì)人員應(yīng)結(jié)合深基坑的開挖深度、實(shí)際土質(zhì)特點(diǎn)、支護(hù)結(jié)構(gòu)以及周邊環(huán)境條件等因素來選擇相應(yīng)的內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)，并對(duì)工程造價(jià)進(jìn)行合理的控制。

在該深基坑工程的內(nèi)支撐設(shè)計(jì)中，基坑沿豎向設(shè)6道支撐，其中第一道為800 mm×1 000 mm混凝土支撐，第四道為1 200 mm×1 000 mm混凝土支撐，其余均為Φ609 （t=16 mm）鋼管支撐。對(duì)于基坑寬度較大，支撐長(zhǎng)度大于20 m時(shí)要在支撐中間設(shè)置格構(gòu)柱，以提高其穩(wěn)定性和安全性。

本工程在地墻成槽前采用三軸攪拌樁進(jìn)行槽壁加固處理，加固范圍為地面下17 m；另外為控制基坑變形，保護(hù)周邊環(huán)境及建筑物、管線，坑底以下3 m采用裙邊+抽條旋噴加固，加固土體28 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度≥1.2 MPa。同時(shí)，設(shè)計(jì)人員還應(yīng)通過有限元分析來模擬設(shè)計(jì)深基坑的降排水，并全面分析影響深基坑結(jié)構(gòu)安全的風(fēng)險(xiǎn)源。完成深基坑支護(hù)體系的設(shè)計(jì)后，設(shè)計(jì)人員還應(yīng)計(jì)算檢驗(yàn)深基坑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性等相關(guān)參數(shù)，準(zhǔn)確掌握支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形量以及位移量，以確保深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)固。

3 結(jié)語(yǔ)

在設(shè)計(jì)地鐵車站深基坑工程的支護(hù)體系時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)充分了解該施工區(qū)域的地質(zhì)水文條件以及周邊環(huán)境的實(shí)際情況，以提高支護(hù)選型設(shè)計(jì)的合理性。如果深基坑工程位于軟土地區(qū)，可以采用內(nèi)支撐與樁墻相結(jié)合的支護(hù)結(jié)構(gòu)，以提高支護(hù)體系的穩(wěn)定性和整體剛度。對(duì)于基底土層比較差的深基坑，設(shè)計(jì)人員應(yīng)采取相應(yīng)的加固處理措施，以保證其穩(wěn)定性以及承載能力能夠符合工程的施工需要。此外，由于深基坑一般深度較大，在設(shè)計(jì)中還需充分考慮沉降及變形問題，并加強(qiáng)對(duì)周邊區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)源的分析計(jì)算和監(jiān)測(cè)，制定相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案，從而全面確保深基坑工程的質(zhì)量安全。