武汉某地铁车站深基坑支护设计及地下水处理措施

何李 殷凯

摘 要：通过武汉市某地铁车站基坑支护及降水设计实例，详细介绍了该工程基坑支护及降水设计要点，为今后类似工程地质条件下深基坑设计提供了重要的参考和借鉴。

关键词：地铁车站深基坑；基坑支护；地下水处理

武漢市是我国中部崛起概念下的支点城市，近几年城市建设和经济得到了较快发展。但城市公共交通仍以常规地面交通为主，公交服务水平较低，与武汉市的城市地位和功能不相适应。因此，大力发展地铁交通是城市发展的必要选择。武汉市是众多江湖交错的城市，地质条件复杂，加之地铁工程身处闹市，周边环境较为复杂；所以，地铁工程深基坑的设计和施工尤为重要。

1 工程概况

该工程位于武汉市汉阳区江城大道与规划道路交叉路口，车站东西向设置于规划道路下，并与轨道交通10号线车站换乘，本工程位于远期10号线盾构区间上方。江城大道与规划道路十字路口西侧及南侧为南太子湖；东南侧现状为空地；东侧为一大型厂区；北侧现状为荒地、鱼塘，规划为商业居住用地，江城大道跨太子湖建有太子湖大桥。江城大道红线宽70m，双向六车道，规划道路红线宽50m，目前尚未实施。

该工程为地下2层岛式车站，大里程端带单渡线，车站外包总长304.9m，车站采用明挖法施工。车站主体基坑标准段宽22.1m，端头盾构井处宽27.2m，基坑深度约17.2～19.1m，总开挖面积约6000m2。

2 场地地质条件

2.1 工程地质概况

本车站场区位于长江Ⅲ级阶地，地形较为平缓，地面高程介于19.7～22.5m。基坑开挖深度范围内，表层为1-1层杂填土、1-2素填土层，厚度约1.0～4.5m；中上部均以Q2坚硬状的老黏性土为主，局部（主要大里程端附近）发育薄层Q4流塑状淤泥及细砂；基坑底板置于Q2坚硬状的老黏土中。距离基坑底板11m以下为10-2层角砾，厚度7～10m；下伏白垩-第三系15大层泥质粉砂岩，岩面标高-17～-23m，强风化层厚度1～3m。其主要物理力学指标见表1。

表1 地质物理力学表

2.2 水文地质条件

根据含水介质和地下水的赋存状况，可将场区内地下水划分为上层滞水、孔隙承压水、基岩裂隙水三种类型。上层滞水无统一的自由水面，水量有限。勘察期间，稳定水位埋深多在2～3m。孔隙承压水主要赋存于10-2层角砾中，具承压性，接受周围土层孔隙水侧向补给，并进行侧向排泄，承压水位标高为17.5～20.0m。基岩裂隙水主要赋存于强～中等风化基岩裂隙中，总体水量贫乏。

3 基坑支护方案选择

支护结构设计应根据基坑环境条件及其保护要求、岩土工程条件、基坑开挖深度以及基坑平面形状和面积大小、场地施工条件以及选用的施工工艺和设备情况，通过多方案比选，制定安全可靠、技术可行、施工方便、经济合理的支护结构方案，确保工程的顺利进行。

3.1 围护结构选择

根据《湖北省地方标准基坑工程技术规范》DB42/159-2012要求，本基坑保护等级定为一级。因此必须实施有效的基坑支护措施，以确保车站基坑和施工期间周边环境的安全。

武汉地区常见的车站围护结构形式有SMW桩、钻孔桩、地下连续墙等。本站地处三级阶地，并综合考虑工程成本及施工难易情况，本站主体围护结构采用？准1000@1400钻孔灌注桩，车站标准段围护桩插入深度按不小于5.5m控制，盾构井段围护桩插入深度按不小于6.5m控制。在局部细砂和淤泥分布区钻孔桩外设置？准850@600三轴搅拌桩进行止水。

3.2 支撑体系选择

车站标准段第一道支撑采用钢筋混凝土支撑（B×H=800×800），第二道除局部细砂和淤泥分布区采用？准800（t=16mm）钢管撑外，其余第二道及第三道采用？准609（t=16mm）钢管撑；盾构井第一道支撑采用钢筋混凝土支撑（B×H=800×800），第二～四道采用？准609（t=16mm）钢管撑+1道钢管换撑；围护桩上冠梁兼作压顶梁，设计尺寸为1600mm×800mm。

由于基坑较宽，在基坑中部沿纵向设置临时钢立柱及柱下钻孔灌注桩作为水平支撑系统的竖向支撑构件。临时钢立柱采用由等边角钢和缀板焊接而成的4L160×14型钢格构柱，截面尺寸为500mm×500 mm，钢立柱插人作为立柱桩的钻孔灌注桩3m。立柱桩采用？准1000灌注桩，钢立柱在穿越底板的范围内需设置止水片。

4 基坑支护方案验算

4.1 计算原则

围护构件根据承载能力极限状态及正常使用极限状态的要求，分别进行承载能力的计算和稳定、变形验算，不进行裂缝验算。土压力标准值采用朗肯理论公式分层计算。地下水位以上采用总应力法计算主、被动土压力；地下水位以下土层的土、水压力，对黏性土和粉土采用总应力法，对粉、细砂采用有效应力法。地面超载均按20KPa进行计算。

4.2 计算分析

本车站采用湖北省通用的天汉软件进行计算，根据车站结构形式、基坑深度和地质条件的不同，将车站分为六个计算断面，现仅介绍车站中间段标准断面计算结果。

图1 天汉基坑计算结果

由以上计算可知，桩排结构设计参数：间距=1.3m、D=1m、设计桩长=21.6m、嵌入深度=5.5m、满足桩长构造要求、桩身弯矩设计值：（正工况）=1097KN·m、（逆工况）=1355KN·m；撑锚力设计参数： 支撑1轴向压力设计值：（正工况）=159KN/延米，支撑2轴向压力设计值：（正工况）=811KN/延米、（逆工况）=1075KN/延米，支撑3轴向压力设计值：（正工况）=902KN/延米；逆工况换撑设计参数：第1道换撑（深度=9.8m）轴向压力设计值=1050KN/延米、第2道换撑（深度=4.1m）轴向压力设计值=120KN/延米。

正工况最大位移aSmax=11mm（d=14.0m、step=6），被动区最小抗力安全系数aKtk_min=1.062（step=6、>=1.05，满足）；逆工况最大位移bSmax=14mm（d=12.2m、step=7）。故方案满足相关规范要求。

5 地下水处理

根据地勘报告可知，场区地下水主要为赋存于10-2层角砾内的孔隙式承压水，承压水头较高，观测标高为17.5～20.0m，基坑开挖过程中，场区地下水存在承压水突涌破坏的威胁。故设计中取最不利断面——隔水层最薄的断面，采用式1进行验算。

（1）

Kh-突涌稳定安全系数；Kh不应小于1.1；D-承压水含水层顶面至坑底的土层厚度（m）；γ-承压水含水层顶面至坑底土层的天然重度（kN/m3）；hw-承压水含水层顶面的压力水头高度（m）；γw-水的重度（kN/m3）；

未降水前：

D取11m，γ取20.7kN/m3，hw取27m，γw取10kN/m3。经计算，安全系数为0.843<1.1，基坑底部土抗承压水头不稳定！

承压水头标高计算：

，故hw≤20.7。即承压水含水层顶面的压力水头高度需小于20.7m。结合所选取最不利断面，承压水水头标高需降至12m。

6 结束语

结合某深基坑工程，详细了解和分析现场的环境及地质情况，根据以往的工程实践经验，从经济合理结构安全的角度，提出适合本工程特点的支护结构方案，并对该基坑支护结构设计及降水方案进行详细的分析研究。深基坑越来越广泛的运用于城市建设中，而城市建设周边环境较复杂，本设计可为类似工程地质条件的深基坑设计提供适当的参考。

参考文献

[1]JGJ120-2012.建筑基坑支护技术规程[S].

[2]DB42/159-2012.基坑工程技术规程[S].

[3]JBJ/T111-98.建筑与市政降水工程技术规范[S].

[4]JGJ94-2008.建筑桩基技术规范[S].

[5]刘国彬，王卫东.基坑工程手册[M].

作者简介：何李（1985-），男，助理工程师，从事地铁设计工作。