地铁车站深基坑支护体系设计研究

赵东振

（上海市隧道工程轨道交通设计研究院，上海 200000）

地铁车站的深基坑工程往往处于城市建筑以及人流比较集中的区域，地面交通及既有建筑的分布十分密集复杂，且地下管网设施也较多。因此，需设计人员充分掌握施工区域的土质特点及地下水情况，并结合周边环境条件合理选择支护体系，同时要准确选用和计算支护设计各个环节的相关参数，全面提高设计的水平和质量。本文以某地铁车站深基坑工程为例，分析其支护体系的设计要点。

1 某地铁车站深基坑工程概况

某地铁车站深基坑工程长约255 m，标准段宽约20 m，端头井宽约24 m。地铁车站主体为地下三层，采用双柱三跨箱型结构，施工工法采用明挖顺作法，站台中心处顶板覆土约3.20 m，底板埋深约23.4 m。其周边区域内建筑物较少，仅在西侧有在建的桥梁工程，施工影响范围内管线均临迁至主体基坑范围以外，但主体上方有多排220 kV架空电力线斜穿，最小净空高度约25 m。

2 地铁车站深基坑支护体系设计

2.1 地质水文条件分析

该工程施工区域位于比较平坦开阔的冲积湖平原地区，地面标高约2～3 m，根据岩土勘察报告，其土层分布自上而下依次为杂填土、黏土、淤泥质黏土、淤泥质粉质黏土、砂质粉土、粉砂以及粉质黏土层。该区域的浅层淤泥质黏土以及表部填土中存在孔隙潜水，其中表部填土具有良好的渗透性、富水性及透水性，且与地表水之间存在比较密切的关联，其补给来源主要为大气降水以及地表水等[1]。孔隙潜水主要存在于淤泥质黏土以及表部黏土中，其含量较低，同时这两类土质的渗透系数基本在5×10-6～4.07×10-7cm/s，其透水性和富水性均相对较低。此外，通过结合施工现场的地质水文资料以及实地勘探结果分析，该区域内的粉砂层中存在埋深大约为3.8 m的孔隙深部承压水，而粉砂的透水性为中度，其渗漏系数基本在3.1×10-3～4.1×10-3cm/s 之间。

2.2 深基坑支护体系选择与设计

2.2.1 合理选择施工工法

设计地铁车站深基坑工程的支护体系前，设计人员应先确定该工程的施工工法。我国在地铁车站工程的施工中主要有暗挖法、明挖顺作法以及盖挖逆作法等施工工法类型。根据该工程的周边环境及交通条件，本次地铁车站施工采取明挖顺作法，该工法安全性较高，技术较为成熟，同时经济性也较好。

2.2.2 合理选择支护体系

在设计深基坑支护体系时，设计人员应准确掌握不同支护型式的优缺点以及适用条件，并充分了解施工区域的地质水文和周边环境条件，此外，还需对工程造价等经济性因素进行综合性分析。深基坑工程支护体系设计的要点就是支护型式的合理选择，在此基础上计算确定支护结构的相关参数，科学确定支护结构的规格尺寸以及支撑体系等。同时不同支护型式的选择对工程造价也会产生显著的影响，因此，设计人员应高度重视支护选型这一环节。目前在地铁车站的深基坑工程中主要采用的支护型式包括型钢水泥土搅拌墙（SMW工法） 、钻孔咬合桩、钻孔灌注桩及地下连续墙等。

型钢水泥土搅拌墙是在相互咬合的深层搅拌桩内插入H型钢后形成的连续挡土止水结构，在H型钢的表面涂刷减摩剂后可回收再利用。在透水性大的砂性地层中使用效果较好，具有施工速度快、泥浆污染少、造价比较低的优点，同时围护结构的质量容易保证，防水效果好。其缺点主要在于结构刚度较小，需设置围檩支护体系，适用范围较小，型钢拔出难度较大且有一定风险。一般可用于开挖深度小于12 m的地下车站、车站附属结构和通道。

钻孔咬合桩采用全套管钻机钻孔施工，在桩与桩之间形成相互咬合排列的基坑围护结构。钻孔咬合桩主要适用于软土地层，其优势是采用钢套管护壁，避免孔壁坍塌，可紧邻建筑物、地下管线成桩，成槽时对周边环境影响小，适用地层范围广，防渗效果好，无须另外增加辅助截水帷幕等防水措施。其缺点为咬合桩的施工质量较难控制，特别是垂直度控制以及咬合桩超缓凝混凝土的配制等均需有成熟的施工经验，才能较好地实现咬合桩止水效果。

钻孔灌注桩支护，就是采取将钻孔灌注桩呈队列式布设的方式来使其形成挡土支护体系，其优势在于刚度较大，控制变形较好，对各种土层的适用性强，在一般黏性土、填土以及淤泥质土和砂土等土层中均可施工。其缺点为需在桩间设置止水帷幕封堵地下水，而止水效果与止水帷幕的施工工艺和土质条件关系很大，施工风险较大。

地下连续墙支护型式主要是通过在开挖沟槽内沉放钢筋笼并进行混凝土浇筑的方式来形成支护体系。这种支护型式具有较高的防渗性和结构刚度，能够兼顾支护结构的承重、截水及挡土功能，同时其产生的噪音和振动污染也相对较低，能够广泛适应多种复杂地质水文条件的支护要求，还能够满足深度较大的深基坑工程的支护需要，在实践中曾经被用于深度达到36 m的深基坑工程的支护体系[2]。此外，其对周边环境的影响比较小，对各种施工工法的适应性也较好。综合分析各种因素，在该车站深基坑工程中选用地下连续墙与内支撑相结合的支护体系。

2.2.3 深基坑支护体系设计

根据该深基坑工程的土层分布及水文地质特点，围护结构采用1 000 mm厚地下连续墙，墙趾进入粉质黏土层不少于2 m以隔断承压水，考虑到车站上方高压线到地面净空最小仅有25 m，地墙采用铣接头，钢筋笼采用整体制作，分节吊装。深基坑工程中常用的内支撑主要有钢支撑以及钢筋混凝土支撑这两种，设计人员应结合深基坑的开挖深度、实际土质特点、支护结构以及周边环境条件等因素来选择相应的内支撑结构，并对工程造价进行合理的控制。

在该深基坑工程的内支撑设计中，基坑沿竖向设6道支撑，其中第一道为800 mm×1 000 mm混凝土支撑，第四道为1 200 mm×1 000 mm混凝土支撑，其余均为Φ609 （t=16 mm）钢管支撑。对于基坑宽度较大，支撑长度大于20 m时要在支撑中间设置格构柱，以提高其稳定性和安全性。

本工程在地墙成槽前采用三轴搅拌桩进行槽壁加固处理，加固范围为地面下17 m；另外为控制基坑变形，保护周边环境及建筑物、管线，坑底以下3 m采用裙边+抽条旋喷加固，加固土体28 d无侧限抗压强度≥1.2 MPa。同时，设计人员还应通过有限元分析来模拟设计深基坑的降排水，并全面分析影响深基坑结构安全的风险源。完成深基坑支护体系的设计后，设计人员还应计算检验深基坑结构的稳定性等相关参数，准确掌握支护结构的变形量以及位移量，以确保深基坑支护结构的安全稳固。

3 结语

在设计地铁车站深基坑工程的支护体系时，设计人员应充分了解该施工区域的地质水文条件以及周边环境的实际情况，以提高支护选型设计的合理性。如果深基坑工程位于软土地区，可以采用内支撑与桩墙相结合的支护结构，以提高支护体系的稳定性和整体刚度。对于基底土层比较差的深基坑，设计人员应采取相应的加固处理措施，以保证其稳定性以及承载能力能够符合工程的施工需要。此外，由于深基坑一般深度较大，在设计中还需充分考虑沉降及变形问题，并加强对周边区域风险源的分析计算和监测，制定相应的应急预案，从而全面确保深基坑工程的质量安全。