软土地区临近地铁车站的深大基坑支护设计选型分析

刘 晨 丘建金 李爱国 文建鹏 符策岭 陈俊生

（1、深圳市勘察测绘院有限公司 深圳518028；2、华南理工大学建筑设计研究院 广州510641）

0 引言

随着我国经济的持续发展，地下空间的利用水平越来越高，处于城市中心密集区域的深大基坑工程也越来越多，并且经常出现临近既有地铁轨道设施的情况［1］。而地铁作为重要的交通生命线工程，其对于位移变形的要求极高。在这种情况下，如何保证基坑在开挖过程中满足临近地铁的保护规定，显得尤为重要。

深圳市位于华南沿海软土地区，其土层具有抗剪强度低、含水量高等特征，给基坑支护带来了较为不利的影响，特别是临近地铁等敏感建构筑物的基坑工程，更需进行严谨细致的设计和评估，方能保证其自身及周边环境的安全。

本文以深圳湾片区的红树湾物业开发项目（即深湾汇云中心项目）基坑工程为例，重点介绍了在临近地铁车站情况下的深大基坑如何进行支护结构的选型，在保证基坑安全的同时，严格控制地铁的变形位移使其不超过相关的保护规定。

1 工程概况

红树湾物业开发项目位于深圳湾南侧，东临深湾二路，南临白石四道，西临深湾一路，北临白石三道。拟建项目用地面积约5.4万m2，为兼具休闲及交通功能的大型综合体项目。

该项目基坑大致呈较不规则的四边形，支护周长约966m，基坑开挖深度12.3～20.1m，周边环境极其复杂，西南侧地下室边线距离地铁11号线隧道边线仅4.4～6.8m，南侧（除西南侧）地下室边线紧贴9号线与11号线换乘车站，东北侧地下室边线距离地铁2号线隧道边线约12～28m，西北侧紧邻地铁2号线车站（局部位置紧邻下沉广场），如图1所示。

图1 基坑周边环境图

2 场地工程地质条件

图2 典型地质剖面图

其中，第四系冲积砂层透水性强，涌水量较大，是主要的含水层。另一类为基岩裂隙水类型，受大气降水及上层地下水补给，其透水性和富水性受其裂隙的发育程度控制，主要赋存于基岩的块状强、中、微风化岩裂隙中，由于本场地节理、裂隙较发育，中风化岩中地下水渗透性较好，具弱承压性，水量较大。

3 基坑支护结构选型

本基坑开挖深度较大且周边环境复杂，安全等级为一级，应根据安全可靠、经济合理的原则对支护结构进行选型，主要分为围护结构和支撑结构两部分。

3.1 围护结构的选型

本基坑的北侧临近已经运营的地铁2号线，南侧紧邻即将运营的地铁9号线及11号线。为保证开挖过程中不对地铁造成较大的位移变形，要求围护结构必须要有足够的刚度。同时，止水在基坑工程中起着至关重要的作用，若止水效果不佳，坑内发生渗漏甚至涌水涌砂，将导致基坑位移过大，抗倾覆、抗隆起及整体稳定等安全系数均大幅度降低，严重影响基坑安全，并使临近地铁产生较大的变形及沉降甚至结构受损，造成极大的安全隐患。

此外，本基坑南侧的支护边线与既有的地下连续墙边线（即之前地铁9号线和11号线车站基坑开挖时所设置的地下连续墙）基本重合，本着经济合理的原则，南侧的围护结构利用这道既有的地下连续墙。

根据以上几点情况，为了保证围护结构的刚度及止水效果，同时与既有围护结构保持一致，本基坑的围护结构采用地下连续墙来兼具挡土及截水的双重作用，南侧利用既有地下连续墙（厚度800mm），西侧、西北侧新建厚度800mm的地下连续墙，新旧地连墙采用设置若干旋喷桩形式进行衔接，如图3。

3.2 支撑结构的选型

由于锚索的支锚刚度较小，控制位移变形的能力较弱，且周边临近地铁车站等地下结构体无施工空间，所以本基坑的支撑体系采用刚度较大的钢筋混凝土内支撑。但需要结合本项目的特点，对支撑结构的具体型式进行分析。

图3 连续墙方案及部分利用既有墙体的衔接做法

由于整个基坑范围内的地下室层数并不一致，西侧为3层，东侧为4层，导致两侧基坑深度和施工进度均不一致。为了保证两侧基坑能相对独立地进行开挖，在深度分界线处设置了1道分坑桩，使得东西两侧基坑能互不影响。

在西侧基坑的4个边角处设置了4块大角撑，中部区域设置了呈十字状的2个大对撑来平衡两侧的土压力。在南边利用既有地下连续墙的区域，由于紧贴着地铁9号线、11号线换乘车站的结构体，土压力并不大，故仅设置边桁架来进行支撑。在北边存在着下沉广场的区域，由于基坑外侧并无实土来提供相应的支撑反力，故在这一区域不设置内支撑。而东侧基坑即4层地下室区域深度较大约为20m，为了保证足够的支撑刚度且满足中心区域高层塔楼的顺利施工，结合场地几何特征（呈较规则的四边形），支撑结构采用双圆环的环撑型式，如图4a所示。

但该支撑形式存在以下缺点：①在西侧基坑起到主撑作用的对撑，其长度超过180m，对于刚度的削弱较大，控制变形的能力大幅降低，且阻碍了相关塔楼地下室结构的施工；②下沉式广场处无任何内支撑，仅由地下连续墙来进行悬臂式围护，其安全性或不足。

针对上述问题进行了以下优化：①西侧基坑取消之前的十字状大对撑，仅在4个边角处设置4块大对撑，加强了支护刚度，并有利于塔楼地下室结构的施工；②根据下沉广场处的最新建筑规划，将其与本项目的地下室连通，则在该区域可不设置地下连续墙，仅需设置高压旋喷桩进行止水，地连墙断开处可通过设置由若干根灌注桩组成的“墩体结构”来进行加强，具体如图4b所示。

图4 支撑结构平面布置及优化设计

但本支撑形式存在一定的缺点：不管是角撑还是圆环撑，都设置了过多的连系梁，导致产生了过多的冗余结构，使得传力体系过于繁复不明晰，并且加大了施工难度，降低了施工效率。

针对上述支撑型式的缺点，再次进行一定优化：①减少了西边基坑角撑的连系梁，使其传力体系更加明晰；②取消东侧基坑圆环撑的三角形连系梁，直接将辐射撑支承在圆环撑上，有利于土压力的传递，具体如图5所示。

图5 支撑结构优化最终方案

4 相关的计算分析

4.1 基坑的安全性计算

西侧基坑采用地下连续墙+2道内支撑支护形式（如图6），东侧基坑采用地下连续墙+3道内支撑支护形式。采用通用的北京理正深基坑软件对其进行计算，西侧基坑计算模型如图7。

图6 西侧基坑支护结构及计算模型

图7 西侧基坑计算模型

根据计算结果，整体稳定性为1.427＞1.25，抗倾覆安全系数为1.565＞1.25，其余如抗隆起安全系数及流土安全系数等也均符合规范要求。

再对东侧基坑进行计算，整体稳定性为1.387＞1.25，抗倾覆安全系数为1.438＞1.25，其余如抗隆起安全系数及流土安全系数等也均符合规范要求。

4.2 地铁车站的位移变形计算

图8 基坑及车站三维模型示意图

图9 最大变形位移计算云图

5 结语

本基坑工程于2014年12月开始施工，目前西侧基坑已开挖到底，东侧基坑已开挖至第2道支撑底。根据施工现场状况的反馈，基坑内部无渗漏、支护结构变形较小，地铁结构的变形符合地铁保护的规定，支护效果良好。本工程实践证明：

⑴ 在软土地区且临近地铁的情况下进行基坑开挖，围护结构的刚度需要足够大以能较为有效地控制变形位移，同时对其止水的要求也很高。地下连续墙是较合适的选择，其兼具挡土和截水的双重作用，且效果较好。

⑵ 内支撑应做到传力体系明晰，可设置为超静定结构留有一定的安全储备，但不宜使冗余结构过多而造成传力体系过于繁复。

⑶ 支撑结构的设置应结合地下室结构（或塔楼核心筒）的布局，尽量做到不影响其施工。

［1］刘晨，张季超.基坑开挖对下方地铁隧道结构影响的分析［J］. 地下空间与工程学报，2010（S1）

［2］深圳市市政设计研究院有限公司.深圳地铁红树湾站上盖物业开发项目岩土工程勘察报告（详细勘察阶段）［R］，2014

［3］华南理工大学建筑设计研究院.深圳地铁红树湾站上盖物业开发项目基坑施工对邻近地铁的安全评估报告［R］，2015