天津地铁4号线西站站工程深基坑方案比选研究

□文/徐 源

天津地铁4号线西站站工程深基坑方案比选研究

□文/徐 源

天津西站交通枢纽配套市政公用工程中的轨道交通地铁4号线西站站深基坑工程具有深度大、基坑安全等级高、周边环境复杂、施工难度大等特点。文中结合工期、成本、安全质量等要求，进行该深基坑明挖顺作和盖挖逆作的方案对比研究，分析了各自的优缺点；经过技术、经济、安全等方面的比较综合考虑后确定合理的盖挖方案。

深基坑；明挖；盖挖

工程概况

天津西站交通枢纽配套市政公用工程是集地铁站、换乘区、地下停车场、公交站、地面广场及下沉箱体道路为一体的综合性系统枢纽工程，是京沪高铁天津站的重要组成部分。建成后将实现高速铁路，客运专线，普速铁路与地铁1号、4号、6号线，长途客运，公交，出租和社会车辆等多种交通方式的集中换乘的综合交通枢纽。

天津西站交通枢纽配套市政公用工程以既有天津西站为中心、南起南运河北路、北至子牙河南路、东起大丰路，各个子分部工程布局见图1。

其中地铁4号线西站站位于西站南广场的地下2、3层，地下2层为设备层，地下3层为站台。基坑标准段深度为26.084m，端井最深处为28.004m，基坑长度为177m，标准段宽度为25.3m，端井处宽度为29.3m。在南广场地下1层土方开挖完毕后进行4号线西站站基坑施工，南广场底板以下的4号线基坑有效深度在18m左右，基坑平面布置见图2。

围护结构采用1m厚地下连续墙，标准段墙深约43m，局部地连墙深度超过50m。基坑和围护结构断面见图3。

基坑与地质条件关系如图4所示。基坑底部位于

工程特点

基坑东侧紧靠天津西站站房，西侧与另一标段在同一基坑内，北侧与铁路线之间有大量建筑物，南侧紧靠西青道便道，基坑外可用施工场地极少，也无法形成环形道路和排水沟，进入场内只有基坑东侧西站前街一条路，给现场的材料加工、堆放、交通组织造成很大困难。

天津西站交通枢纽工程是一个系统工程，涉及专业的种类较多，将分别由不同专业的承包人来完成，与本工程相关地铁4号线的接口包括与国铁范围的接口、与西青道的接口、与地铁6号线西站站的接口、与南广场的接口等，施工过程中还将遇到与相邻标段施工场地之间的接口管理，因此在施工过程中，应重点控制与配套工程接口部位的测量、定位、保证接口的准确，为后续工序提供完善的质量保证是工程重点之一。

工程基坑深度达到了28m，属超深基坑，在天津地区也属于最深的基坑之一，深基坑施工风险较大，存在围护结构漏水、管涌、土方坍塌等施工风险，如何合理的选择深基坑施工方案，安全、高质的完成深基坑施工，对于工程开展来说是重中之重。

盖挖逆作施工方案

中立柱采用永久柱与临时柱相结合的方式，永临结合柱及临时柱下设有钻孔灌注桩，经荷载计算需采用桩径2.2m、有效桩长45m的混凝土灌注桩，总桩长约72m。永临结合柱采用十字型钢柱（800mm×300 mm×14mm×26mm），外包钢筋混凝土。临时钢柱同样采用十字型钢柱（800mm×300mm×14mm×26mm），两种钢柱锚入钻孔灌注桩的有效长度均为2.5m。底板设置抗拔桩，桩径φ1500mm，有效桩长30m，总桩长约56m，均采用桩端桩侧后压浆工艺。采用盖挖逆作法施工时，工序如下。

（1）施工围挡，平整场地，管线拆改，进行交通疏解，施作地下连续墙、柱下桩及立柱，进行坑内降水。

（2）地下1层基坑土体开挖并凿出此深度范围内地下连续墙素混凝土段。

（3）施作地下1层结构底板防水层、底板结构，将地下连续墙钢筋伸入地下1层底板，再施作地下1层柱、边墙、顶板等。

（4）待地下1层施工完毕且达到设计强度，开挖土体至地下2层底板底，施作地下2层底板、梁、边墙防水层及边墙结构；封闭地下2层结构。

（5）待地下2层底板、梁、边墙结构达到设计强度，开挖土体至钢支撑下0.3m处，架设钢支撑。

（6）开挖土体至基坑底，施作底板防水保护层、底板防水层、底板结构、底纵梁。

（7）待底板、底纵梁及部分边墙强度等级达到设计强度，拆除支撑，施作地下3层侧墙防水层、边墙结构；封闭地下3层结构，顺作中柱。

（8）待剩余边墙及中柱强度达到设计强度，拆除临时立柱，封堵降水井。

明挖顺作施工方案

采用4道φ600mm、壁厚16mm钢管水平支撑，2道倒撑，其中水平支撑由横向的槽钢和竖向的临时立柱连接。其开挖及结构施工工序如下。

（1）施工围挡，平整场地，管线拆改，进行交通疏解，施作地下连续墙、柱下桩及立柱，进行坑内降水。

（2）地下1层基坑土体开挖并凿出此深度范围内地下连续墙素混凝土段，施工地下连续墙冠梁。

（3）开挖土体至第1道支撑下0.3m，施工第1道钢支撑。

（4）开挖土体至第2道支撑下0.3m，施工第2道钢支撑。

（5）开挖土体至第3道支撑下0.3m，施工第3道钢支撑。

（6）开挖土体至第4道支撑下0.3m，施工第4道钢支撑。

（7）开挖土体至基坑底，施作垫层、底板防水层，施作第3层底板结构。

（8）待地下3层底板达到设计强度，拆除第4道支撑。

（9）施作地下3层边墙及地下2层底板结构。

（10）待地下2层底板达到设计强度，依次拆除2、3道支撑。

（11）施作地下1层底板。

（12）待地下1层底板达到设计强度，拆除第1道支撑；完成地下结构施工。

方案对比

经济方面

根据现有4号线盖挖逆作和明挖顺作的初步施工方案和施工工序，结合工期要求和清单单价，对两种方案的工程造价对，见表1。

表1 盖挖逆作和明挖顺作方案造价对比

从表1可以看出，盖挖逆作时工程造价为685万元，明挖顺作时工程造价为831万元，由于钢支撑增加，其造价增加了146万元，即盖挖方案在经济成本使用上要较明挖费用低。

工期方面

明挖顺施及盖挖逆作两种方案在地下1层开挖及开挖前的工序基本相同，所需时间也相同，因此两种方案在工期上对比从地下1层开挖完成后开始。具体时间见表2。

表2 盖挖逆作和明挖顺作方案的工期安排

从表2可以看出，盖挖逆作所需时间在350d左右，明挖方案所需时间在260d左右，明挖顺作较盖挖逆作缩短施工工期明显。

安全性方面

按照设计基坑开挖深度为26.221m，采用厚度为1 m的地下连续墙围护结构，墙长度为34.128m，墙顶标高为-8.5m。考虑地面超载20kPa时进行明盖挖方案的安全性能计算，分别见图5和图6。

由图5和图6可以看出，采用明挖顺作方案地下连续墙的最大水平位移为12mm，弯矩-716.2～1117 kN·m/m，剪力-477.5～537.9kN/m；采用盖挖逆作方案地下连续墙的最大水平位移为16.2mm弯矩-830.3～1184.7kN·m/m，剪力-464.3～462.7kN/m；通过比较，地下连续墙的水平变形、配筋结果较为一致，表明采用明挖顺作方案和盖挖逆作的方案均能满足工程安全需要，均为可行的。

方案确定

分析明盖挖的优缺点，同时结合工程工况要求，明挖顺作和盖挖逆作均能满足施工安全要求，通过经济分析对比，盖挖方案比明挖方案节省146万元成本，因此盖挖逆作优于明挖顺作施工方案。

工期方面盖挖逆作方案较明挖顺作方案时间要长90d左右，看似明挖方案较好，但结合交付工作面的工况要求，即车站北端地下1层以上为国铁施工范围，需提前交于国铁使用。考虑此种情况，盖挖逆作能及时提供此工作面，工作面以下的部分则无交付的要求。因此盖挖逆作优于明挖顺作施工方案。最终确定采用暗挖逆作法进行施工。

结语

天津西站交通枢纽配套市政公用工程中的轨道交通地铁4号线西站站深基坑工程，施工前将该基坑工程的明挖顺作法和盖挖逆作法等两种方案通过工期、成本、安全等方面的对比研究，结合工况要求的工期、安全、社会等各项因素，最终选定盖挖逆作法的合理施工方案进行施工，保证了如此深、难、复杂的深基坑工程的顺利开展。

TU473.2

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1008-3197（2010）02-23-04

2010-04-04

徐 源/男，1979年出生，工程师，硕士，天津城投建设有限公司，从事工程管理工作。