地铁出入口加深改造基坑稳定性分析

李 芸

（中铁十八局集团第五工程公司 天津 300450）

地铁出入口加深改造基坑稳定性分析

李 芸

（中铁十八局集团第五工程公司 天津 300450）

目前地铁出入口明挖基坑多采用围护桩+钢支撑的支护型式，围护桩设计嵌固深度一般不小于基坑开挖深度的1/3，方能确保基坑开挖安全。对因地铁出入口下沉改造导致围护桩嵌固深度不够的情况，本文通过基坑稳定的分析与计算，分析基坑稳定与围护桩嵌固深度的关系曲线，并结合现场实际条件，提出经济、合理的补救方案。结果表明，旋喷地层加固方案取得良好效果，在一定程度上弥补围护桩嵌固深度不够的缺陷，使结构变形在规范允许范围之内。此外，分段施工对基坑开挖安全十分重要，可以采用增加临时支撑体系或锚索等方式来增加基坑整体稳定性。

结构改造 下沉 嵌固深度 土体加固 分段施工

随着城市地铁轨道交通的飞速发展，以及地面空间越来越稀缺［1］，地铁出入口的施工环境将越来越复杂［2］。在出入口施工的前期阶段，基坑的开挖对一个建筑项目起着重要的作用，只有有了稳定安全的基础，才能保证建筑项目有序的完成［2］。因此，在保证工期、环境的因素下，如何确保基坑的安全是设计与施工首先要考虑的问题。影响基坑安全的主要因素为基坑的稳定性［3］，基坑的稳定性主要内容包括基坑边坡整体稳定性、支护结构抗滑移稳定性、支护结构抗倾覆稳定性、基坑底土体抗隆起稳定性、基坑底土体抗渗流稳定性及基坑底土体抗突涌稳定性验算，具体工程视具体情况确定所需稳定性项目［4］。而基坑稳定性主要取决于围护结构和支撑体系是否合理［5］。本文针对鼓楼大街站新增西北出入口临河改造过程中，已完成的围护结构嵌固深度不够的问题，对加固前及加固后的基坑进行稳定性验算，分析稳定性计算结果，最终得出结论。

1 工程概况

1.1 概述

新建地铁 8号线鼓楼大街站西北口时，需对既有二号线鼓楼大街站原西南口进行改造，为满足 2号线鼓楼大街站正常运营要求，2号线鼓楼大街站新增西北出入口，如图1所示。

鼓楼大街站新增西北出入口呈“T”字分布，其中东西向出入口通道及站前广场长共计85.5 m，通道宽5.4 m，明挖法施工，基坑开挖深度约13 m，基坑支护采用Φ800@1200钻孔灌注桩+Φ600钢支撑；南北向通道为人防段，长约19.5 m，暗挖法施工，埋深约5.3 m。

出入口明挖段北侧紧邻北二环护城河，南侧为德胜门东大街（北二环城市辅道），东侧距离旧鼓楼桥桥基约15 m。西北出入口周边环境如图2所示。

图1 西北出入口总平面示意图

图2 西北出入口周边环境

出入口东侧斜通道结构施工完成后，开始进入暗挖段施工，由于原污水管线标高与勘测资料提供不符，导致管线与暗挖段高程冲突，需凿除已建成的明挖段底板及侧墙，下沉新建底板及侧墙。出入口暗挖段与管线高程冲突示意图如图3所示，西北出入口明挖段改造范围如图4所示。

1.2 地质水文情况

1.2.1 工程地质特征

本工程场地附近一般为80～120 m第四纪沉积土。北京第四纪地层的岩相自西部山麓向东部平原逐渐变化：在西部的各大河流冲洪积扇顶部及上部以厚层砂土和卵、砾石地层为主；向东于城市中心区大部分范围内，地层过渡为黏性土、粉土与砂土、卵砾石土互层；再向东、北的东郊及北郊地区，则以厚层黏性土、粉土为主，夹少量砂土、砾石。

本工程场地表层主要为人工堆积层，人工堆积层以下为第四纪沉积的黏性土、粉土、砂土及砂、卵石交互沉积层。考虑地下水渗水因素修正后的围岩分级均为Ⅵ级。

1.2.2 水文条件

（1）地表水。本工程场地北侧3.3 m为宽约25 m，深约3 m的护城河，现状水位标高约为42.50 m。

（2）地下水。本工程于2010年10月上旬，在勘探深度范围内主要揭露了2层地下水，第一层为上层滞水；第二层为潜水，水位埋深较大，因多年干旱、工农业取用地下水及附近施工降水等原因引起潜水水位大幅度下降。

图3 出入口暗挖段与管线高程冲突示意图

图4 西北出入口明挖段改造范围示意图

第一层：上层滞水，含水层为房渣土①层和粉土填土①3层，静止水位标高38.20～39.12 m（埋深4.40～8.65 m）。地下水的主要补给来源是大气降水入渗、绿化浇地、护城河渗漏及地下管道渗漏等，主要排泄方式为侧向径流及向下越流补给。

第二层：潜水，主要含水层为卵石⑩9层、卵石⑾9层、卵石⑿9层、卵石⒀9层，静止水位标高18.42～20.30 m（埋深25.10～26.50 m）。该含水层连续，水量丰富，水位年变化幅度2～3 m。

通过对地下水水的取样分析，拟建场地地下水对混凝土结构具微腐蚀性，在长期浸水情况下对钢筋砼结构中的钢筋具微腐蚀性，在干湿交替的情况下对钢筋砼结构中的钢筋具弱腐蚀性，对钢结构具有弱腐蚀性。

2 基坑下调后围护结构稳定性分析

2.1 围护结构嵌固深度情况

原基坑采用明挖法施工，Φ800@1200钻孔灌注桩做围护结构，Φ600，咬合200 mm的高压旋喷桩做止水帷幕。

结构下沉最深处约为2.7 m，导致原设计围护桩及旋喷桩深度不够。根据原明挖基坑积水坑开挖过程时揭露该 2.7 m地层情况均为细粉砂土层，地下水丰富，极易造成流砂等现象。又因基坑背侧邻近北二环护城河较近，护城河水面标高比基坑高 9 m，若结构下沉改造时，不采取相应加固措施，很容易造成基坑侧壁渗漏水、围护结构失稳、基坑坍塌等，甚至可能造成护城河水涌入基坑等重大事故。见图5。

图5 基坑下沉后围护桩锚固深度情况

2.2 加固前基坑稳定性分析计算

该基坑由上至下依次穿越的土层为杂填土（5.39 m）、杂填土（1.7 m）、粉砂（2.0 m）、黏性土（0.7 m）、黏性土（2 m）、黏性土（1.5 m），基坑整体稳定性采用“理正基坑稳定分析验算”软件进行辅助分析。

2.2.1 基坑整体稳定性验算

选用的计算方法为瑞典条分法土条宽度1.0 m。加固前基坑整体稳定验算简图如图6所示。

图6 加固前基坑稳定性分析验算

由计算结果可知，滑裂面圆弧半径R=10.826 m，圆心坐标X=-2.719 m，圆心坐标Y=8.098 m，整体稳定安全系数 Ks = 1.165≤1.35，不满足规范要求。

2.2.2抗倾覆稳定性验算

经计算，最小抗倾覆安全系数Ks = 1.335 ＞= 1.250，满足规范要求。

2.2.3 基底隆起稳定性验算

图7 加固前基坑基底隆起验算（单位：m）

从支护底部开始，逐层验算抗隆起稳定性，基坑抗隆起验算简图如图7所示。计算公式如下：

由公式计算可得，支护底部位置Ks = 2.861 ≥ 1.800；深度16.290处，Ks = 3.356 ≥ 1.800；深度17.290处，Ks = 4.850 ≥ 1.800；深度17.790处，Ks = 5.011 ≥ 1.800，抗隆起稳定性均满足规范要求。

2.2.4 嵌固深度计算

按《建筑基坑支护技术规程》JGJ 120-2012悬臂式支护结构计算嵌固深度ld值，规范公式如下：

得到ld = 107.150 m，ld采用值为：2.140 m。

由于计算的嵌固深度超出土层，嵌固深度取至土层末层处，取为7.130。

图8 注浆加固示意图（单位：mm）

3 处理方案及处理后围护结构稳定性分析

3.1 处理方案

针对上述计算过程中基坑整体稳定性不满足规范要求及嵌固深度不够的情况，分析原因，结合现场实际，计划在基坑开挖前，采用旋喷桩对改造后基坑底板下方4 m范围土体进行加固，同时将旋喷止水帷幕加深至基坑底2 m，加固后土体渗透系数满足≤1×10-6cm/s，28 d无侧限抗压强度不小于1.2 MPa。

3.2 处理后基坑稳定性分析

按照加固后的实际情况，对加固前不满足规范要求的基坑整体稳定性及嵌固深度重新进行稳定分析。

3.2.1 基坑整体稳定性验算

选用的计算方法为瑞典条分法土条宽度1.0 m。加固后基坑整体稳定验算简图如图9所示。由计算结果可知，滑裂面圆弧半径R=14.070 m，圆心坐标X=-1.225 m，圆心坐标Y=11.783 m，整体稳定安全系数 Ks = 1.564≤1.35，满足规范要求。

图9　加固后基坑稳定性分析验算

3.2.2 处理后嵌固深度计算

按《建筑基坑支护技术规程》JGJ 120-2012悬臂式支护结构计算嵌固深度ld值，规范公式如下：

4 结论及建议

施工过程中需注意，混凝土凿出及基坑开挖应分段进行，每段长度不宜大于 8 m。同时，土方开挖应也分层进行。待凿除段与已凿除段接触面土体，应根据分层开挖高度，分块喷混护壁，防止土体坍塌。施工时应密切注意基坑围护结构变形，加强量测，及时反馈量测信息。最终工程顺利完成，表明加固处理方案合理，总结分析并得到以下结论：（1）通过对西北出入口围护桩锚固深度不够的处理，基坑开挖过程中，未发生基底隆起、涌水等现象，结构及围护桩的监测数据均在规范允许范围之内，取得良好效果；（2）基坑稳定性与土层及桩基嵌固深度关系密切，地层基地加固在一定程度上弥补围护桩嵌固深度不够的缺陷；（3）根据时空效应采用分段施工对基坑开挖安全十分重要，同时还可以采用增加临时支撑体系或锚索等方式来增强基坑整体稳定性，实际施工中，应根据现场情况选用。

［1］陈进山，李海龙.新建结构与运营地铁车站接驳关键技术［J］.隧道建设，2011（5）：07-14

［2］胡敏.地铁暗挖隧道新旧结构结合施工关键技术［J］.市政技术，2010（4）：92-94

［3］周华海.某地铁车站结构改造设计和施工［J］.四川建筑，2013（1）：181-182

［4］郭现钊.天津地铁既有线改建新旧结构相接处设计与施工［J］.铁道标准设计，2006（1）：89-91

［5］杨德春，刘建国.对新建成地铁车站结构改造设计与施工的数值模拟分析［J］.现代隧道技术，2012（3）：94-103

On Stability of Deepened and Transformed Foundation Pit at Subway Entrance

LI Yun
（No.5 Engineering Company of China Railway 18th Bureau Group Co.， Ltd Tianjin 300450 China）

Currently， the foundation pit at the subway entrance is mostly constructed by adopting the supporting form of connecting supporting piles and steel timbering. And the designed embedment depth of supporting piles is normally not less than one third of excavation depth of the foundation pit， so as to guarantee the excavation safety of foundation pits. As for the situation insufficient embedment depth of supporting files caused by subsiding of subway entrance， this paper gives an analysis of the relation curve between stability of foundation pit and embedment depth of supporting files through analysis and calculation of stability of foundation pit， and brings forward an economic and reasonable remediation， in connection with the real on-site situation. The result shows that jet strata reinforcement method acquires favorable effects and this method fills up the deficiency of insufficient embedment depth of supporting piles， limiting the structure distortion within the permitted range. Besides， section construction is especially necessary for the safety of excavation. And temporary supporting system or anchor line can be added to improve the overall stability of the foundation pit.

structure transformation subside embedment depthsoil reinforcement Section construction

中国分类号：TV551.4A

1673-1816（2016）02-0058-07

2016-03-18

李芸，女，工程师，本科，研究方向工程实践。