軟土地區緊鄰地鐵隧道條件下基坑支護方案優化設計研究

薛

中煤科工集團武漢設計研究院有限公司（430000）

1 工程概況

武漢某地區商業建筑項目，設計有3 層地下車庫，基坑開挖深度為13.5～14.5 m，總面積約27 207 m2。 該項目地層表層為深度約 2 m 的雜填土，2～1層為呈流塑狀態的淤泥質黏土，含水量較多；4 層為中密含有礫石與粗砂夾層的中細砂；5 層為泥質膠結狀粉砂礦物。 地下水方面，表層土與淤泥質黏土為潛水地下水，埋深為1.2～3.5 m；其下為弱承壓水，埋深為4.1 m，需采取針對性的降水措施。整體分析，該項目地層為典型的二元化結構，屬于較為復雜的軟土地基，對基坑支護設計要求較高。該項目東側、南側為市政道路，西側為居住小區。 北側緊鄰市區地鐵盾構隧道，項目基坑外沿距離隧道最近處約為15 m。 該隧道為當地新建地鐵線路，尚處于盾構施工階段。

2 基坑支護的特征分析

該項目所處軟土地區的土壤密實度較低，呈松散、流塑的形狀，在基坑施工中易于出現土體變形、塌落等問題，因而需要采取更加完善的支護方案以確保施工安全。軟土地區基坑支護多采取復合式的設計方案，并根據科學計算在控制指標與施工成本間尋找可能的最優解。地鐵隧道作為重要的市政工程，其周邊土壤的穩定性對公共交通安全有重要影響。當在軟土地區遇有緊鄰地鐵隧道進行土方作業時，在基坑支護中需要充分考慮環境影響因素。 除軟土土壤的基本特性外，地下水下降、地層移動等情況均可能對地鐵或隧道的附加應力造成不利影響。因而，在軟土地區緊鄰地鐵隧道條件下，基坑支護方案優化需要充分考慮地質條件與周邊環境，采取有針對性的策略以確保方案的安全性。

3 基坑支護方案設計優化

該項目設計單位結合實際情況，認為大面積深基坑作業環境對支護結構的強度要求較高，但經過現場勘查發現支護施工空間較為狹小，且弱承壓水層較厚，地下水豐富。因項目工期較為緊張，需要在較短時間內完成支護架設與土方作業，最終排除了樁錨結構等設計方案，決定采用地下連續墻+ 鋼筋混凝土支撐設計方案。 考慮到軟土地區土壤工程力學性能不足，且臨近地鐵隧道，設計方案應當嚴格控制變形標準，將混凝土支撐設計為3 層。 同時，針對各關鍵技術進行設計優化，以確保支護施工質量。

3.1 隔離柱

該項目基坑支護需進行地下連續墻與三軸深攪樁作業。 上述工程施工易于對地鐵隧道產生不利影響。 為解決該問題，設計單位經計算后在項目基坑北側地下連續墻外2 m 處設計Φ500@1000 的鉆孔灌注樁。 通過該設計可以最大限度地降低后續施工對隧道的影響。 作為組合支護結構的一部分，其發揮隔離樁作用，起到控制基坑變形傳導的作用，有利于穩定結構。 因而設計要求該項目支護方案首先安排此部分施工。

3.2 地下連續墻

為防止出現地下水滲漏，設計地下連續墻，發揮其豎向止水功能。 管涌等問題則依靠現場降水與排水施工解決。 擋土墻設計厚度為1.2 m，為控制隧道附近軟土位移，在北側靠近地鐵隧道的區域將擋土墻厚度增加至1.4 m。 采用地下連續墻設計的優勢在于提升安全性，對臨近道路和建筑的影響較小。 該支護方法在單施工段內為一個大剛度的整體結構，在與軟土應力長期接觸中可以穩定受力，對土層的反作用力也較為平均。 此設計可以滿足地鐵隧道較高的表現控制要求，避免破壞隧道施工的力學環境。

3.3 地下連續墻加固

該項目所處軟土地區的地質條件對地下連續墻作業造成一定阻礙。 為避免開槽作業中因土層穩定性較差導致槽壁坍塌，在設計中增加了攪拌樁對土層進行加固。 攪拌樁設計為直徑Φ800 mm 的三軸深攪樁，布置于槽壁兩側，電梯井區域設計中心間距為1 700 mm，其余區域為1 200 mm。 在靠近地鐵隧道的北側，同樣以三軸深攪樁進行加固，加固樁設計為Φ850 mm，主動區采用雙排設計，被動區采取格柵式布局。為確保施工質量，應加強對三軸深攪樁的施工控制。設計采用1.5 的水灰比，水泥用量取樁截面積、水泥摻入量、樁長及1.8 的土比重相乘計算，得出控制標準為14.780 t。在施工設計中控制鉆機下沉速度為0.5 m/min， 提升速度為1 m/min，需嚴格按照套接一孔技術施工。 考慮到地下連續墻與三軸深攪樁缺乏一體性，在兩者之間設計滿足密貼所需直徑的高壓旋噴樁，利用旋噴樁改變軟土地層結構， 從而硬化連續墻與深攪樁間的土壤結構，以提升支護的穩定性。

3.4 混凝土支撐

該項目為大面積深基坑，需采取一定的內支撐設計以降低連續墻頂端位移，確保結構安全。 軟土地層環境下，對內支撐結構的受力計算較為復雜。為確保設計控制標準可以較好地控制現場環境，采取了受力明確的桁架支撐體系。 根據基坑深度與土質情況，采取3 層設計，采用逐層挖土、逐層架設的方式。 為降低支撐變形度，設計在北側布置四組對撐、設置雙排邊桁架。 該設計的優勢還體現在施工進度方面，為施工中分區流水作業提供了必要條件。

4 監測結果

該項目基坑作業已于2019 年3 月完工。 相關監測結果顯示：深層土最大位移符合控制標準要求，采取加固措施的地鐵隧道一側最大位移為24.65 mm，顯著低于其他區域43.55 mm 的最高值。 施工期間地下水位測量點資料顯示，地下水位變化控制在1.8 m 以內， 對地層的影響在可控范圍內。 根據地鐵盾構施工單位的通報，采取該設計施工未對隧道造成影響，收斂變形始終控制在20 mm 以下。 該設計優化方案在實踐中解決了軟土地區緊鄰地鐵隧道條件下施工面臨的諸多問題。

5 結語

綜上所述，軟土地區緊鄰地鐵隧道條件下基坑支護方案的設計優化，需根據項目實際情況采取科學措施。 尤其需要注意土壤位移、地下水沉降對隧道周邊地質環境的影響。 因地制宜地采取復合支護設計，以滿足項目的個性化需求。