關于土巖復合地層條件地鐵保護區基坑支護方案選型的探討

宋繼庭

摘 要：土巖復合地層相較于軟土地層具有更高的穩定性，通過充分發揮其自穩能力，可在較大程度上優化基坑支護體系，使多數類似地區巖土設計形成固有的設計慣性。地鐵保護區內的基坑工程，通常對基坑支護結構安全控制指標有更高要求，而保護區相關管理標準不健全、基坑支護設計思路不統一，容易導致對基坑工程安全冗余度控制失當，設計方案選型不合理，進而影響地鐵結構及運營安全。基于青島市地鐵保護區基坑工程設計管理經驗，探討在土巖復合地層條件下的地鐵保護區內開展基坑支護設計的工作原則、總體設計思路和方案選型建議，形成較為規范化的工作體系，以期能為相關領域從業者提供參考。

關鍵詞：土巖復合地層;地鐵保護區;基坑支護設計

0 引言

在土巖復合地層分布地區的地鐵保護區內開展基坑支護設計，為確保地鐵結構及運營安全，對臨近地鐵的基坑支護結構安全控制指標仍有極高的要求[1]。而與之相對的是，在上述區域地鐵保護區內的基坑支護設計工作缺乏規范性和統一性。導致這種情況主要有以下原因：①土巖復合地層相較于軟土地層具有更高的穩定性，通過充分發揮其自穩能力，可在較大程度上優化基坑支護體系、節約工程造價，使從業人員形成固有的設計慣性，對基坑工程安全冗余度、結構安全控制指標始終采取同一標準，忽略地鐵保護區建設環境的特殊性;②基坑支護結構作為臨時結構，許多工程建設單位對該環節的重視程度和資金投入嚴重不足;③上述地區的地鐵管理部門對保護區內基坑支護設計工作尚未形成規范化的管控要求和管理標準。

本文基于青島市地鐵保護區基坑工程設計管理經驗，著重探討在土巖復合地層條件下的地鐵保護區內開展基坑支護設計的工作原則、總體設計思路和方案選型建議，形成較為規范化的工作體系。

1 地鐵保護區內基坑支護設計原則

1.1 安全凈距控制原則

住建部發布實施的《城市軌道交通結構安全保護技術規范》CJJ/T202-2013對地鐵保護區內各種類型的外部作業與地鐵結構、設施的安全凈距有著明確的要求。其中，與基坑支護設計相關的凈距控制管理值包括：①圍護樁或地下連續墻與地鐵結構的安全凈距不小于5.0 m;②錨桿、錨索、土釘的末端與地鐵結構的安全凈距不小于6.0 m;③淺孔爆破、深孔爆破的實施位置與地鐵結構的安全凈距分別為15.0 m、50.0 m。此外，還須嚴格控制基坑開挖邊線的設置，不得侵入規定限界。

1.2 支護體系變形控制原則

各地基于工程地質和水文地質條件的差異，對基坑支護結構體系的變形控制要求也有所不同，但管控要求一般要高于現行基坑支護設計、監測規范的相關規定。軟土地區一般要求基坑圍護結構最大深層水平位移不得超過基坑開挖深度的0.14%～0.18%，而在土巖復合地層分布區域尚無相對統一的控制標準。控制標準的提高必然導致圍護結構整體剛度的提高，甚至支護方案的改變。

1.3 基坑時空效應控制原則

為有效降低基坑開挖對周邊環境的不利影響，必須考慮基坑的時空效應。尤其對于地鐵保護區內的基坑工程，在極高的圍護結構安全控制指標限制下，單純依靠提高圍護體系強度往往無法滿足要求，而且還會造成極為高昂的資金投入。因此，須根據基坑工程自身規模和特點，設置基坑開挖分區并合理安排開挖步序，同時基于土巖復合地層條件下石方破除速度慢、振動大的特點，盡量減少基坑石方開挖量[2]，采用直立開挖或半直立開挖形式。

2 總體設計思路

基坑支護設計方案在安全性與經濟性兩方面往往存在對立關系，而為了有效響應前述設計原則，當地鐵保護區內擬建基坑外部作業影響等級為二級及以上時[3]，在土巖復合地層條件下進行基坑支護設計的總體思路應遵循：

①盡量減少地鐵結構周邊巖土體的卸載，采用垂直開挖的方式，減少基坑土石方開挖量、縮短施工周期;②盡量減少支護體系的空間占用，嚴格控制施工擾動范圍;③根據擬建場地地層情況，圍護體系盡量選用變形控制效果相對良好的板式結構，支撐體系優先選用內支撐（包括水平內撐或斜撐）;④盡量減少或規避使用向基坑外打設的支護構件，降低對地鐵周邊地層的擾動;⑤充分考慮基坑巖土方開挖方式，合理劃分開挖分區。

3 基坑支護選型建議

3.1 板式圍護體系+內支撐

當地鐵保護區內擬建地下主體結構外墻非常接近地鐵特別保護區，可提供給支護結構施工的有效空間范圍極為有限，或地層自身性質較差，圍護體系位移控制難度較大，須選用板式圍護體系+內支撐方案。

受施工空間的限制，僅可設置單排板式圍護結構，根據基坑開挖深度的不同，可酌情選用鋼板樁或灌注樁，同時設置內支撐提供水平支撐力。在土巖復合地層分布地區，內支撐結構應用相對較少。由于支撐結構僅為臨時性結構，尤其是滿布式的支撐體系造價極高，不易被工程建設單位所接受。因此，支撐體系可進行以下優化：①當設置一道內支撐可滿足設計要求時，可優先采用斜撐，斜撐一端錨固于地下結構底板，一端與圍護結構圍檁或腰梁連接;②當設置一道支撐無法滿足設計要求，基坑支護與主體結構聯合設計，在基坑臨近地鐵一側留土，設置后澆帶，先施工其他區域地下結構，待結構施工完畢后，將水平支撐一端與圍護結構圍檁或腰梁連接，一端與主體結構梁柱節點連接。

3.2 雙排樁

當地鐵保護區內擬建地下主體結構外墻與地鐵結構或設施水平凈距相對較小，且地層自身性質相對理想、穩定性較好，可選用雙排樁方案。該方案適用于以下情況：采用單排樁懸臂結構無法滿足基坑抗傾覆穩定性要求及圍護結構位移要求，而地層物理力學性質較好，設置內支撐的必要性不足。

雙排樁結構的主要工作機理為內排樁抵擋水土壓力等水平力，外排樁提供抗拔力，起到支撐或錨固的作用。根據基坑開挖深度確定圍護樁形式，可選用鋼板樁、微型樁或灌注樁[4]。當采用微型樁或灌注樁時，可采用內外排等間距布樁，也可根據外排樁抗拔力計算要求，采用不等間距布樁。若擬建場地基巖埋深較深，外排樁提供同等抗拔力經濟性較差，可用豎向預應力錨索與外排樁間隔布置，通過錨索錨入基巖提供所需抗拔力，確保支護體系整體穩定、位移受控。

3.3 板式圍護體系+錨桿/錨索

當地鐵保護區內擬建地下主體結構外墻與地鐵結構或設施水平凈距相對較大，可選用板式圍護體系+錨桿/錨索方案。在土巖復合地層分布地區，該方案是基坑工程最常用的方案選型之一，可為地下結構施工創造充足的施工作業面。在地鐵保護區內采用該方案，須嚴格控制錨桿/錨索末端與地鐵結構及設施的安全凈距，同時確保支護構件施工振動滿足相關要求。

4 結語

盡管土巖復合地層有利于基坑支護結構的優化、簡化，但地鐵保護區內的基坑支護設計應充分兼顧基坑自身穩定與地鐵運營安全，從施工可行性、結構可靠度、基坑時空效應、監測預警與應急等多個維度綜合考慮，形成符合該地區區域特點的規范化工作體系。

參考文獻：

[1]劉動.地鐵保護區內深基坑支護設計研究[J].土工基礎，2015，29（3）：48-52.

[2]劉宇.地鐵深基坑支護和石方開挖施工工藝[J].交通世界，2021（1）：34-35.

[3]CJJ/T202-2013，城市軌道交通結構安全保護技術規范（附條文說明）[S].2013.

[4]吳學鋒，寇海磊.土巖復合地層注漿微型鋼管樁-錨桿聯合支護研究[J].地下空間與工程學報，2012，8（4）：836-841.