浅析地铁站基坑工程设计

丁思超

摘 要：基坑工程是指在地表以下开挖的一个地下空间及其配套的支护体系是集地质工程、岩土工程、结构工程和岩土测试技术于一身的系统工程。其主要内容：工程勘察、支护结构设计与施工、土方开挖与回填、地下水控制、信息化施工及周边环境保护等。基坑施工最简单、最经济的办法是放大坡开挖，但经常会受到场地条件、周边环境的限制，基坑支护体系是临时结构，安全储备较小，具有较大的风险性。基坑工程施工过程中应进行监测，并应有应急措施。在施工过程中一旦出现险情等状况，需要及时抢救与处理。土钉墙是由天然土体通过土钉墙就地加固并与喷射砼面板相结合，形成一个类似重力挡墙后的土压力；从而保持开挖面的稳定，这个土挡被称之为土钉墙。土钉墙的做法与矿山加固坑道用的喷锚网加固岩体的做法类似，故也称为喷锚网加固边坡。

关键词：基坑 支护 土钉

绪 论

随着时代经济的发展，城市化步伐的加快，为满足日益增长的市民出行、商业、停车等功能的需要，在用地愈发紧张的密集城市中心结合城市建设和改造大型地下空间已成为一种必然，诸如高层建筑多层地下室，地下铁道及地下车站地下道路地下停车库、地下车道、地下商场、地下仓库以及多种地下民用和工业设施等，地下空间开发规模越来越大，如上海市地下空间开发面积达30万平方米，地下综合体项目近十年来多达几十个基坑，开挖面积一般可达六万平方米 ；杭州也亦如此，至2015年末，杭州市区各类地下空间开发利用新增总量超过2200万平方米，结合轨道交通等重大交通设施项目建设，一大批地下空间开发利用项目将投入建设。由此所需要的理论和技术越来越高，远远超过了作为施工辅助措施的范畴，施工单位没有足够的技术力量来解决复杂的基坑稳定、变形和环境保护问题，研究和设计单位介入解决了基坑工程理论计算和设计问题，由此逐步形成了一门独立的学科分支--基坑工程。

一.基坑工程特点分析

首先，基坑工程具有较大的风险性。基坑支护体系一般为临时措施，其荷载、强度、变形、防渗、耐久性等方面的安全储备较小。其次，基坑工程具有明显的区域特征。不同区域具有不同的工程地质和水文地质条件，即使同一城市也可能會有较大差异。再者基坑工程具有明显的环境保护特征。基坑工程的施工会引起周围地下水位变化和应力场的改变，导致周围土体的变形，对相邻环境会产生影响。第四，基坑工程理论尚不完善。基坑工程是岩土、结构及施工相互交叉的科学，且受到多种复杂因素相互影响，其在土压力理论、基坑设计计算理论等方面尚待进一步发展。除此之外，基坑工程具有很强的个体特征。基坑所处区域地质条件的多样性，基坑周边环境的复杂性、基坑形状的多样性、基坑支护形式的多样性，决定了基坑工程具有明显的个性。

二.基坑支护的方案

（1）悬臂式围护结构

悬臂式围护结构依靠足够的入土深度和结构的抗弯能力来维持整体稳定和结构安全。悬臂结构所受土压力分布是开挖深度的一次函数，其剪力是深度的二次函数，弯矩是深度的三次函数，水平位移是深度的五次函数。悬臂式结构对开挖深度很敏感，容易产生较大变形，对相临的建筑物产生不良的影响。悬臂式围护结构适用于土质较好、开挖深度较浅的基坑工程。

（2）水泥土重力式围护结构

水泥土与其包围的天然土形成重力式挡墙支挡周围土体，保持基坑边坡稳定，深层搅拌水泥土桩重力式围护结构，常用于软粘土地区开挖深度约在6.0m以内的基坑工程，水泥土的抗拉强度低，水泥土重力式围护结构适用于较浅的基坑工程。

（3）拉锚式围护结构

拉锚式围护结构由围护结构体系和锚固体系两部分组成，围护结构体系常采用钢筋混凝土排桩墙和地下连续墙两种。锚固体系可分为锚杆式和地面拉锚式两种。地面拉锚式需要有足够的场地设置锚桩，或其他锚固物；锚杆式需要地基土能提供锚杆较大的锚固力。锚杆式适用于砂土地基，或粘土地基。由于软粘土地基不能提供锚杆较大的锚固力，所以很少使用。

（4）土钉墙围护结构

土钉墙围护结构的机理可理解为通过在基坑边坡中设置土钉，形成加筋土重力式挡墙，起到挡土作用。土钉墙围护适用于地下水位以上或者人工降水后的粘性土、粉土、杂填土及非松散砂土、卵石土等；不适用于淤泥质及未经降水处理地下水以下的土层地基中基坑围护。

（5）内撑式围护结构

内撑式围护由围护体系和内撑体系两部分组成，围护结构体系常采用钢筋混凝土桩排桩墙和地下连续墙型式。内撑体系可采用水平支撑和斜支撑。当基坑开挖平面面积很大而开挖深度不太大时，宜采用单层支撑。内撑常采用钢筋混凝土支撑和钢管（或型钢）支撑两种。内撑式围护结构适用范围广，可适用于各种土层和基坑深度。

三.浅析基坑支护的意义

这对保证基坑四周的土体的稳定性、保证基坑四周相邻建筑物和地下管线等设施在基坑支护和地下室施工期间不受损害、保证基坑工程施工作业面在地下水位以上具有重要意义。同时满足地下室施工有足够空间的要求，这是土方开挖和地下室施工的必要条件。并且还可进行基坑变形观测，坑施工期间对结构工程及施工沿线周围重要的地下、地面建筑物、地面道路等实施变形、应力应变等方面的监测，为施工单位提供及时、可靠的信息用以评定地铁工程在施工期间的安全性及施工对周边环境的影响，并对可能发生的危及施工、周边环境安全的隐患或事故进行及时、准确的预报，以便及时采取有效措施消除隐患，避免事故的发生。