軟土地區地鐵車站深基坑圍護結構設計

李孟榮

（中鐵第五勘察設計院集團有限公司，北京 102600）

目前，隨著我國城市建設不斷發展，開發與利用地下空間成了重點關注的領域。地鐵作為高效和環保的交通方式，在城市交通規劃中得到廣泛應用。由于軟土地區土質松軟、含水量高和容易壓縮，給地鐵車站的深基坑工程帶來了挑戰，因此對深基坑工程的變形控制和穩定性要求很高[1]。根據多年觀測和研究表明，基坑開挖會導致地面沉降、建筑物變形以及地下管線等設施受損，不僅對人民生命財產造成巨大損失，也對城市交通和社會運行有重大影響。為保證地鐵區間隧道正常運營，保障運行安全，在基坑開挖過程中必須采取針對性防護與防控措施，包括合理設計圍護結構和適當的支護方式等[2]。另外，可以采用監測技術和預警系統，及時監測和評估基坑變形情況，確保地鐵區間隧道變形和受力在可控范圍內，保障安全運營。基于以上背景，該文將以軟土地區地鐵車站為研究對象，對深基坑圍護結構進行設計研究。

1 軟土地區地鐵車站工程概況

該研究以某地鐵車站建設項目為實例，對其軟土地區深基坑圍護結構進行設計。該項目位于某城市六緯路與十一經路交叉口，車站整體呈東南至西北走向，建設區域西北方為飯店，西南方為文化宮，東北方為正在建設中的辦公樓，東南方為汽車修理廠。該地鐵車站位于地鐵直線上，縱坡比2‰。該車站為雙層島式地下站臺，站臺寬度為12m，高度為1.8m，標準剖面寬度為20.7m。根據相關勘察報告可知，擬建場地的地層為正常地層沉積區，暴露的土層主要由軟弱的黏性土、松散稍密至中密的粉性土以及砂土組成，呈現成層分布的特點。根據水文地質鉆探結果顯示，該場地有淺部土層的潛水和深部砂性土層中的承壓水。潛水主要為大氣降水，深部砂性土層中的承壓水為存在水位高于開挖底部的水體。承壓水通常是由地下水層受到上部增滲源（如周圍建筑物排水）的影響或地形起伏引起的。該項目的土層性質及水文特征均會對深基坑圍護造成影響，軟弱的黏性土和砂土強度和穩定性較低，因此容易導致沉降和變形，特別是在施工過程中受到臨時荷載的作用，可能導致基坑圍護結構變形和失穩，需要采取有效的支護措施保障安全。在飽水狀態下，黏性土和松散至稍密的粉性土含水量較高，剪切強度較低，因此設計支護結構時需要充分考慮地下水位變化和排水措施[3]。該地層中還包括一定的承壓水，因此需要對其進行科學處理，降低土體的液化風險，盡量避免沉降問題。由于軟土層和砂土層的強度較低，當設計深基坑圍護方案時，要重點關注基坑側壁的穩定性。黏性土可能會發生剪切破壞的情況，因此需要采用適當的支護結構進行加固。針對松散稍密的粉性土層，考慮土體的側壓力和液化風險，可能需要采用地下連續墻或土釘等支護方式提高側壁穩定性。基于此，進行深基坑圍護結構設計。

2 地鐵車站深基坑圍護方案設計

根據地鐵車站深基坑施工要求，圍護結構設計使用年限為2 年，結合具體工程項目的深基坑開挖深度和周圍環境條件等，該研究確定深基坑側壁安全等級為I 級。從技術、經濟、工期和環保等方面考慮，最后決定采用高剛性地下連續墻作為支護結構[4]。為保障地下結構的安全，地下連續墻墻體厚度設置為800mm，墻體設計強度等級為C35，連接方式為鎖口管道。為避免基坑在成槽過程中坍塌，對周圍建筑物產生影響，采用?850mm@600mm三軸水泥攪拌樁加固基坑，每邊10m[5]。由于基坑開挖深度較大，因此當開挖到一定深度時，為減少沉降水對周圍環境的影響，特別是對地鐵其他區段的影響，需要采取措施。在此基礎上，提出一項特殊的設計方案，在地下墻深度約50m 內，取15m 為構造段[6]。另一側采用地下墻外側槽壁進行加強，并制作止水帷幕。

3 圍護結構支撐體系設計

深基坑圍護結構的支撐體系可支撐擋土力，防止土體坍塌，保障施工安全，并減少對周邊環境和結構的影響，在深基坑施工過程中發揮重要作用。支護體系設計見表1。

表1 圍護結構支撐體系設計表

根據表1，將圍護區分為1～4 個分區。在分區3 和分區4 中采用十字形對拉式支護體系，豎直布置3 道鋼筋砼拉桿，在基坑邊緣形成十字形的支撐結構，支撐點間的水平距離≤9m。在分區1 和2 中共設置4 道支撐，采用雙面拉桿的方式進行支護，豎向設置 1 根鋼筋砼支護與 3 根鋼支護[7]，按 3mm 的間隔沿基坑長度方向設置，設置時要保證每個連續墻墻體水平處都有2 根鋼支護作為支撐。采用自動軸向壓力補償系統，可在軸向壓力大于設計值95%的情況下，對軸向壓力進行自動補償[8]。當測得軸向壓力值為設計值時，會終止補償，這樣可以很大程度地提高側向支撐的剛度，并有效控制側向位移。采用Q235B 型鋼筋和C30 級混凝土支撐，對該文設計結構進行深入分析，十字形對拉式支護體系具有較高的剛度和穩定性。通過豎直布置的三道鋼筋砼拉桿，可以增強結構剛度，有效支撐土體的水平壓力，而在基坑邊緣形成的十字形支撐結構也能提供較好的水平支撐。在該設計中，主要采用雙面拉桿的方式對分區 1 和分區 2 進行支護，該方式可提供足夠抵抗土體的側向壓力的力量。同時，設置鋼筋砼支撐、鋼支撐的數量以及豎向間隔的要求，也能有效控制和均勻分布支撐力，保證基坑結構的穩定性。另外，采用自動軸向壓力補償系統能根據實際測得的軸向壓力進行自動調節，不僅可以保障支撐結構的安全，還可以有效控制側向位移。

4 深基坑內被動區加固設計

在軟土地區的地鐵車站深基坑工程中，為有效控制周圍環境引起的附加變形，采用基坑內填土的方法進行加固。由于基坑底部為軟弱黏性土，因此需要采取被動段加固措施，避免挖掘基坑時圍護體水平變形，并保護周圍的建筑物。采用直徑為600mm 的旋噴樁對基坑鄰近隔離墻進行加固，旋噴樁的底部深入基坑底部4m 處，采用三軸水泥攪拌樁的圍護十字筋對其他區域的基坑進行加固。接近軌道交通側圍裙的區域，加固寬度為10m。在加固過程中，以3m 為間距，采用每3m 抽一條的方式進行加固。加固的深度設置為第二道支撐到深基坑底部下5m。為提高旋噴樁的強度，用深埋在地下的高壓旋噴樁補充25%的水泥。經過測試，在加固后的第28s，發現其無側限抗壓強度≥1.0MPa。通過上述設計，可有效地增強基坑結構的穩定性和抗變形能力，從而在施工過程中，保護了周圍的建筑物。

5 承壓水控制

結合軟土地區地鐵車站建設區域內的巖土工程勘察報告，對有承壓含水層的工程來說，隨著基坑開挖深度增加，底板位置的水壓力也會逐漸變大，進而導致基坑底部喪失抗突涌穩定性，出現嚴重的突涌災害問題。為避免該問題，可結合深基坑底部突涌驗算結果，在開挖過程中對軟土層進行減壓降水處理，最大水位降深控制在5.0m～5.3m。針對施工場地周圍環境復雜的承壓水控制，基坑降水對周邊環境影響很大，必須按照“按須降水、分階段降水”的原則進行降水設計。根據實際情況設置6～8個減壓降水井，在埋深較大的區域內設置減壓降水井的數量應大于等于2，其他區域可在每個區域設置1 個減壓降水井。另外，還需要對12 個外承壓水觀測井進行設置，同時設置一個深度與減壓降水井一樣的回灌井，在減壓降水井的運行過程中，可以在需要時對其進行回灌。根據深基坑降水工程實踐和項目的地表沉降預報，得出以下結論：在不隔離地下水的情況下，采用承壓水會導致地表沉降過大，產生的變形可能會超過軌道交通的變形控制指標。在圍護結構設計中，考慮基坑排水時的井群作用，在軟土地層中設置了降水井的濾芯，埋設深度小于10m。按照上述內容對承壓水進行控制，很大程度地控制了圍護結構，避免了變形，保證地鐵車站在軟土地區上施工的質量。

6 實例應用分析

綜上所述，確定軟土地區地鐵車站深基坑圍護結構設計的基本思路后，采取地下連續墻與鋼管支護相結合的內支護方式進行施工。地下連續墻厚度為800mm，支撐共分4 層，第一層支撐采用混凝土支撐結構，用鋼筋混凝土樁作為支撐結構的主體，將其連接在一起形成連續的墻體結構，第二層、第三層和第四層支撐均采用直徑為609mm、厚度為16mm 的鋼管搭建鋼管支撐結構對連續墻進行支撐。在基坑底部，該研究采用被動段加強措施進行加固，即采用旋噴樁對圍護結構對接近隔離墻的部分進行加固，采用三軸水泥攪拌樁的圍護十字筋對其他區域基坑進行加固。地鐵圍護平面圖如圖1 所示。

圖1 圍護結構平面圖（單位：mm）

根據該工程項目的規范和設計要求，基坑結構的各項標準見表2。

表2 軟土地區地鐵車站深基坑變形控制標準

針對該文上述設計思路完成深基坑圍護結構設計，并應用到該軟土地區地鐵車站深基坑中，結合表2 記錄的標準，對應各位置設置測點，通過位移測定儀器對上述6 項變形位移進行測定。將測定結果與表2 中的標準范圍相比，結果見表3。

表3 應用新的圍護結構后各測點變形情況記錄表

通過各測點變形情況可以看出，在應用該文設計的圍護結構后，該軟土地區地鐵車站深基坑各位置的變形均在規定要求的范圍內。因此，上述實例應用結果證明，該文提出的深基坑圍護結構設計方案具備實際應用性，對提高地鐵車站在軟土地區的建設質量有極大幫助。

7 結語

隨著地鐵工程數量不斷增加，在軟體地區或其他不利于施工的區域上的建設越來越多，為避免既有建筑變形，工程受損等問題，需要對深基坑圍護結構進行更合理地設計。基于此，該文提出一種全新的設計方案，并以具體的地鐵車站建設項目為例，驗證該設計方案的實際應用性。當設計深基坑圍護結構時，為保證圍護設計質量，應結合工程基本條件和既有建筑的相關參數信息，對深基坑圍護進行合理選型和設計，使圍護結構對深基坑結構變形控制效果更理想，提高地鐵車站建設質量和建設安全性。