地铁车站深基坑支护设计优化策略探讨

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摘要：以马銮中心站为例，根据现场的地质水文条件，对其深基坑支护体系设计进行了分析，提出了优化策略，以期给深基坑工程的顺利开展施工提供保障。

关键词：地铁车站；深基坑支护；设计优化

1工程概况

马銮中心站位于芸弯路与灌新路交叉口东侧，为双岛四线平行换乘车站，采取地下3层的建设标准。该站总长220．0m，标准段长46．6m，轨面埋深约17．8m，站台宽13m，配置4个出入口、2组风亭。明挖法为本车站的主要施工工法，基坑支护为重要工作，采取放坡＋800mm厚地下连续墙＋内支撑相结合的方式。

2地质水文条件

本站所在处为马銮湾滩涂区，由于发展所需，当地村民改造后形成了大规模鱼塘，塘堤呈纵横交错的布设形式。现场地势平坦，地面标高－3．1～2．2m，地层缺乏稳定性，分布人工填土、软土等；赋存松散岩类孔隙水、风化残疾孔隙裂隙水等，彼此间并未形成隔水层，存在较明显的水力联系，大气降水为重要补给形式。此外，地表水与地下水未得到分隔，两者也具有水力联系。表1为基坑支护设计土体参数。

3深基围护设计分析

3．1支护型式

马銮中心站主体基坑长221．0m，标准段宽46．6m。主体围护结构采用800厚地下连续墙＋3道内支撑体系，第一道支撑为钢筋混凝土支撑，间距8～9m；第二道除盾构井段采用钢筋混凝土支撑，间距4～6m，其余均为609钢支撑，壁厚t＝16mm，间距2．5～3．0m。第三道盾构井段800钢支撑，壁厚t＝16mm，间距2．5～3m，其余均为609钢支撑，壁厚t＝16mm，间距2．5～3．0m。基坑中间设两排临时立柱，临时立柱桩基础采用φ1500mm的钻孔灌注桩兼做抗拔桩，临时立柱采用4L160×16钢格构柱。图1为基坑围护结构平面布置图。

3．2支护参数

根据本工程特点，围护结构采用800mm厚地下连续墙作为围护结构。地下连续墙在施工阶段按施工过程进行受力计算分析，开挖期间地下连续墙作为支挡结构，承受全部的水土压力及路面超载引起的侧压力。围护结构采用弹性支点法计算，被动区土压力用弹簧进行模拟，其水平抗力系数根据土层采用m法，粘性土按照水土合算，砂性土按照水土分算。围护结构嵌固深度应满足坑底抗隆起稳定性要求；基坑内侧土压力标准值应不超过围护结构嵌固段上的被动土压力标准值；锚拉式、悬臂式支挡结构应满足整体滑动稳定性要求；悬臂式、单层锚杆和单层支挡结构应满足嵌固稳定性要求［1］。

3．3荷载计算

马銮中心站围护荷载计算时，钢筋混凝土结构重度γ为25kN／m3，施工阶段采用朗金主动土压力作为侧压水土压力，静水压力中的水容重为10kN／m3，并以土弹簧模拟方式计算侧向土体抗力；地面超载按20kN／m2考虑，对盾构井等处施工期间的较大地面超载、盾构机始发、吊出对工作井的附加力（在盾构拼装、吊入和吊出工作处的荷载应根据实际施工情况确定并≥70kPa；工作井的地面超载≥30kPa）。施工机具荷载及人群荷载一般不超过10kPa，基航开挖过程中混凝土支撑上的施工荷载一般可按2kN／m考虑，钢支撑上不得施加荷载。又因本工程围护结构安全等级为一级，在验算构件强度时要根据相关规定取值。

3．4抗浮计算

马銮中心站施工拟建场地沿线地势平缓，场地地下水位埋深变化不大，测得地下水稳定水位埋深为0．3～1．5m，水位标高为－0．06～0．79m。依据地勘报告，本站抗浮设防水位按规划地面标高考虑，经计算，车站主体结构计入地下连续墙自重及地连墙基底下摩阻力后，抗浮安全系数不满足要求，需增加抗拔桩抗浮，并通过増加3排抗拔桩＋2排临时立柱桩（兼抗拔桩）抗浮，抗浮安全系数＞1．15，方可满足要求。本工程中，抗浮验算包括大、小里程端头井和标准段的计算，以小里程端头井抗浮验算为例做阐述。由于车站为地下3层，结构高度22．45m，端头井宽度50．5m，基底下设置抗拔桩，抗拔桩和围护结构共同抗浮，该断面覆土为2．9m。采用sap建模计算得到端头井中立柱桩及围护结构抗浮力。通过计算得知，该段抗浮系数为1．15，不考虑连续墙摩阻力时抗浮系数为1．05。

3．5施工关键及注意事项

本工程中，地下连续墙为基坑支护的施工关键点。其具体工艺为：导墙施工→连续墙成槽和泥浆护壁→下连墙钢筋笼制作及吊装→浇灌混凝土→下一幅段循环。导墙形式和分段浇筑长度宜根据现场地质情况确定并于地下连墙的接头错开，保证导墙与土面密贴，防止坍塌。在成槽和泥浆护壁方面，垂直精度≥0．2％，接头处箱梁两槽的中心线在任一深度偏差≤60mm。在钢精笼入槽至设计标高时，用槽钢穿入钢精笼竖向桁架上端的吊环内将其搁置在导墙上。混凝土浇筑前利用导管进行15min以上的泥浆循环，钢筋入槽6h内开始浇灌混凝土，且浇灌上升速度≥3m／h，导管埋入混凝土中长度控制在2～4m。砼的浇筑高度应保证凿除浮浆后墙顶标高符合设计要求。在围护结构施工前，应查明车站范围内的地下管线位置、埋深、管线材质及基础形式，并汇同业主、监理、设计及有关管线权属部门共同协商和研究地下管线的迁改、加固和悬吊方案，保证管线的安全和正常使用，在施工中加强对地下管线的监测，根据监测数据采取注浆加固或地下水回灌等措施，以免管线破坏，造成不必要的损失。管线改迁、保护及监控方案必须报管线主管部门批准后方可实施［2，3］

4深基坑支护设计优化策略

4．1合理选择施工工法

深基坑支护体系的设计工作需兼顾多方面的因素，基本前提在于选择合适的施工工法。纵观现阶段的地铁车站深基坑工程发展状况，如暗挖法、明挖顺作法、盖挖逆作等都得到广泛应用。以本工程现场及周边的环境为参考，经分析后决定采用明挖顺作法，其优势在于安全性好、技术可行性高、施工质量易控制，且可以减少施工成本投入。

4．2合理选择支护体系

深基坑支护体系的选择直接关乎施工现场的安全状况，可选的支护型式较多，具体要从技术可行性、安全性等方面作对比分析，选择与施工需求相符的支护型式［4，5］。伴随支护型式的不同，其对应的工程造价也存在差别，为提高工程项目的经济效益，相关设计人员需兼顾支护型式在应用中的成本问题。现阶段，钻孔灌注桩、地下连续墙等都是较为可行的方法。地下连续墙作为一种成熟的施工工艺，非常适用于深基坑施工中。相比钻孔灌注桩施工，它既可以作为基坑的维护，也可以当做基坑的内衬墙使用，且适用基坑深度较深的地方，如地铁车站或较深的建筑项目。此外，地下连续墙止水效果较一般基坑支护形式好，再配合钢支撑或混凝土支撑可提升挡土的效果，保持基坑的稳定性，虽然施工成本略高，但具备效果好和安全系数高等优点，在众多地铁车站深基坑支护工程中应用较为广泛。

5结语

地下连续墙施工时振动小、噪音低，非常适于城市施工，且墙体刚度大，在基坑开挖后可承受很大的土体压力，极少发生地基沉降或塌方事故，值得应用和推广。

参考文献：

［1］高劲松，刘敏捷．地铁车站大型深基坑围护体系选型合理性研究［J］．江西建材，2019（6）：158～159．

［2］赵东振．地铁车站深基坑支护体系设计研究［J］．智能城市，2019（15）：59～60．

［3］杨葵凤．地铁深基坑支护形式优化选型分析［D］．郑州：郑州大学，2015．

［4］朱伟强．某地铁车站基坑支护设计与分析［J］．建材与装饰，2017（13）：239～240．

［5］杨军彩，赵乃志．地铁车站超深基坑支护设计优化与施工［J］．四川建材，2020（4）：55～56，63．

作者：朱晶晶 单位：广州地铁设计研究院股份有限公司