淺析地鐵站基坑工程設計

丁思超

摘 要：基坑工程是指在地表以下開挖的一個地下空間及其配套的支護體系是集地質工程、巖土工程、結構工程和巖土測試技術于一身的系統工程。其主要內容：工程勘察、支護結構設計與施工、土方開挖與回填、地下水控制、信息化施工及周邊環境保護等。基坑施工最簡單、最經濟的辦法是放大坡開挖，但經常會受到場地條件、周邊環境的限制，基坑支護體系是臨時結構，安全儲備較小，具有較大的風險性。基坑工程施工過程中應進行監測，并應有應急措施。在施工過程中一旦出現險情等狀況，需要及時搶救與處理。土釘墻是由天然土體通過土釘墻就地加固并與噴射砼面板相結合，形成一個類似重力擋墻后的土壓力；從而保持開挖面的穩定，這個土擋被稱之為土釘墻。土釘墻的做法與礦山加固坑道用的噴錨網加固巖體的做法類似，故也稱為噴錨網加固邊坡。

關鍵詞：基坑 支護 土釘

緒 論

隨著時代經濟的發展，城市化步伐的加快，為滿足日益增長的市民出行、商業、停車等功能的需要，在用地愈發緊張的密集城市中心結合城市建設和改造大型地下空間已成為一種必然，諸如高層建筑多層地下室，地下鐵道及地下車站地下道路地下停車庫、地下車道、地下商場、地下倉庫以及多種地下民用和工業設施等，地下空間開發規模越來越大，如上海市地下空間開發面積達30萬平方米，地下綜合體項目近十年來多達幾十個基坑，開挖面積一般可達六萬平方米 ；杭州也亦如此，至2015年末，杭州市區各類地下空間開發利用新增總量超過2200萬平方米，結合軌道交通等重大交通設施項目建設，一大批地下空間開發利用項目將投入建設。由此所需要的理論和技術越來越高，遠遠超過了作為施工輔助措施的范疇，施工單位沒有足夠的技術力量來解決復雜的基坑穩定、變形和環境保護問題，研究和設計單位介入解決了基坑工程理論計算和設計問題，由此逐步形成了一門獨立的學科分支--基坑工程。

一.基坑工程特點分析

首先，基坑工程具有較大的風險性。基坑支護體系一般為臨時措施，其荷載、強度、變形、防滲、耐久性等方面的安全儲備較小。其次，基坑工程具有明顯的區域特征。不同區域具有不同的工程地質和水文地質條件，即使同一城市也可能會有較大差異。再者基坑工程具有明顯的環境保護特征。基坑工程的施工會引起周圍地下水位變化和應力場的改變，導致周圍土體的變形，對相鄰環境會產生影響。第四，基坑工程理論尚不完善。基坑工程是巖土、結構及施工相互交叉的科學，且受到多種復雜因素相互影響，其在土壓力理論、基坑設計計算理論等方面尚待進一步發展。除此之外，基坑工程具有很強的個體特征。基坑所處區域地質條件的多樣性，基坑周邊環境的復雜性、基坑形狀的多樣性、基坑支護形式的多樣性，決定了基坑工程具有明顯的個性。

二.基坑支護的方案

（1）懸臂式圍護結構

懸臂式圍護結構依靠足夠的入土深度和結構的抗彎能力來維持整體穩定和結構安全。懸臂結構所受土壓力分布是開挖深度的一次函數，其剪力是深度的二次函數，彎矩是深度的三次函數，水平位移是深度的五次函數。懸臂式結構對開挖深度很敏感，容易產生較大變形，對相臨的建筑物產生不良的影響。懸臂式圍護結構適用于土質較好、開挖深度較淺的基坑工程。

（2）水泥土重力式圍護結構

水泥土與其包圍的天然土形成重力式擋墻支擋周圍土體，保持基坑邊坡穩定，深層攪拌水泥土樁重力式圍護結構，常用于軟粘土地區開挖深度約在6.0m以內的基坑工程，水泥土的抗拉強度低，水泥土重力式圍護結構適用于較淺的基坑工程。

（3）拉錨式圍護結構

拉錨式圍護結構由圍護結構體系和錨固體系兩部分組成，圍護結構體系常采用鋼筋混凝土排樁墻和地下連續墻兩種。錨固體系可分為錨桿式和地面拉錨式兩種。地面拉錨式需要有足夠的場地設置錨樁，或其他錨固物；錨桿式需要地基土能提供錨桿較大的錨固力。錨桿式適用于砂土地基，或粘土地基。由于軟粘土地基不能提供錨桿較大的錨固力，所以很少使用。

（4）土釘墻圍護結構

土釘墻圍護結構的機理可理解為通過在基坑邊坡中設置土釘，形成加筋土重力式擋墻，起到擋土作用。土釘墻圍護適用于地下水位以上或者人工降水后的粘性土、粉土、雜填土及非松散砂土、卵石土等；不適用于淤泥質及未經降水處理地下水以下的土層地基中基坑圍護。

（5）內撐式圍護結構

內撐式圍護由圍護體系和內撐體系兩部分組成，圍護結構體系常采用鋼筋混凝土樁排樁墻和地下連續墻型式。內撐體系可采用水平支撐和斜支撐。當基坑開挖平面面積很大而開挖深度不太大時，宜采用單層支撐。內撐常采用鋼筋混凝土支撐和鋼管（或型鋼）支撐兩種。內撐式圍護結構適用范圍廣，可適用于各種土層和基坑深度。

三.淺析基坑支護的意義

這對保證基坑四周的土體的穩定性、保證基坑四周相鄰建筑物和地下管線等設施在基坑支護和地下室施工期間不受損害、保證基坑工程施工作業面在地下水位以上具有重要意義。同時滿足地下室施工有足夠空間的要求，這是土方開挖和地下室施工的必要條件。并且還可進行基坑變形觀測，坑施工期間對結構工程及施工沿線周圍重要的地下、地面建筑物、地面道路等實施變形、應力應變等方面的監測，為施工單位提供及時、可靠的信息用以評定地鐵工程在施工期間的安全性及施工對周邊環境的影響，并對可能發生的危及施工、周邊環境安全的隱患或事故進行及時、準確的預報，以便及時采取有效措施消除隱患，避免事故的發生。