软土地区紧邻地铁隧道条件下基坑支护方案优化设计研究

薛

中煤科工集团武汉设计研究院有限公司（430000）

1 工程概况

武汉某地区商业建筑项目，设计有3 层地下车库，基坑开挖深度为13.5～14.5 m，总面积约27 207 m2。 该项目地层表层为深度约 2 m 的杂填土，2～1层为呈流塑状态的淤泥质黏土，含水量较多；4 层为中密含有砾石与粗砂夹层的中细砂；5 层为泥质胶结状粉砂矿物。 地下水方面，表层土与淤泥质黏土为潜水地下水，埋深为1.2～3.5 m；其下为弱承压水，埋深为4.1 m，需采取针对性的降水措施。整体分析，该项目地层为典型的二元化结构，属于较为复杂的软土地基，对基坑支护设计要求较高。该项目东侧、南侧为市政道路，西侧为居住小区。 北侧紧邻市区地铁盾构隧道，项目基坑外沿距离隧道最近处约为15 m。 该隧道为当地新建地铁线路，尚处于盾构施工阶段。

2 基坑支护的特征分析

该项目所处软土地区的土壤密实度较低，呈松散、流塑的形状，在基坑施工中易于出现土体变形、塌落等问题，因而需要采取更加完善的支护方案以确保施工安全。软土地区基坑支护多采取复合式的设计方案，并根据科学计算在控制指标与施工成本间寻找可能的最优解。地铁隧道作为重要的市政工程，其周边土壤的稳定性对公共交通安全有重要影响。当在软土地区遇有紧邻地铁隧道进行土方作业时，在基坑支护中需要充分考虑环境影响因素。 除软土土壤的基本特性外，地下水下降、地层移动等情况均可能对地铁或隧道的附加应力造成不利影响。因而，在软土地区紧邻地铁隧道条件下，基坑支护方案优化需要充分考虑地质条件与周边环境，采取有针对性的策略以确保方案的安全性。

3 基坑支护方案设计优化

该项目设计单位结合实际情况，认为大面积深基坑作业环境对支护结构的强度要求较高，但经过现场勘查发现支护施工空间较为狭小，且弱承压水层较厚，地下水丰富。因项目工期较为紧张，需要在较短时间内完成支护架设与土方作业，最终排除了桩锚结构等设计方案，决定采用地下连续墙+ 钢筋混凝土支撑设计方案。 考虑到软土地区土壤工程力学性能不足，且临近地铁隧道，设计方案应当严格控制变形标准，将混凝土支撑设计为3 层。 同时，针对各关键技术进行设计优化，以确保支护施工质量。

3.1 隔离柱

该项目基坑支护需进行地下连续墙与三轴深搅桩作业。 上述工程施工易于对地铁隧道产生不利影响。 为解决该问题，设计单位经计算后在项目基坑北侧地下连续墙外2 m 处设计Φ500@1000 的钻孔灌注桩。 通过该设计可以最大限度地降低后续施工对隧道的影响。 作为组合支护结构的一部分，其发挥隔离桩作用，起到控制基坑变形传导的作用，有利于稳定结构。 因而设计要求该项目支护方案首先安排此部分施工。

3.2 地下连续墙

为防止出现地下水渗漏，设计地下连续墙，发挥其竖向止水功能。 管涌等问题则依靠现场降水与排水施工解决。 挡土墙设计厚度为1.2 m，为控制隧道附近软土位移，在北侧靠近地铁隧道的区域将挡土墙厚度增加至1.4 m。 采用地下连续墙设计的优势在于提升安全性，对临近道路和建筑的影响较小。 该支护方法在单施工段内为一个大刚度的整体结构，在与软土应力长期接触中可以稳定受力，对土层的反作用力也较为平均。 此设计可以满足地铁隧道较高的表现控制要求，避免破坏隧道施工的力学环境。

3.3 地下连续墙加固

该项目所处软土地区的地质条件对地下连续墙作业造成一定阻碍。 为避免开槽作业中因土层稳定性较差导致槽壁坍塌，在设计中增加了搅拌桩对土层进行加固。 搅拌桩设计为直径Φ800 mm 的三轴深搅桩，布置于槽壁两侧，电梯井区域设计中心间距为1 700 mm，其余区域为1 200 mm。 在靠近地铁隧道的北侧，同样以三轴深搅桩进行加固，加固桩设计为Φ850 mm，主动区采用双排设计，被动区采取格栅式布局。为确保施工质量，应加强对三轴深搅桩的施工控制。设计采用1.5 的水灰比，水泥用量取桩截面积、水泥掺入量、桩长及1.8 的土比重相乘计算，得出控制标准为14.780 t。在施工设计中控制钻机下沉速度为0.5 m/min， 提升速度为1 m/min，需严格按照套接一孔技术施工。 考虑到地下连续墙与三轴深搅桩缺乏一体性，在两者之间设计满足密贴所需直径的高压旋喷桩，利用旋喷桩改变软土地层结构， 从而硬化连续墙与深搅桩间的土壤结构，以提升支护的稳定性。

3.4 混凝土支撑

该项目为大面积深基坑，需采取一定的内支撑设计以降低连续墙顶端位移，确保结构安全。 软土地层环境下，对内支撑结构的受力计算较为复杂。为确保设计控制标准可以较好地控制现场环境，采取了受力明确的桁架支撑体系。 根据基坑深度与土质情况，采取3 层设计，采用逐层挖土、逐层架设的方式。 为降低支撑变形度，设计在北侧布置四组对撑、设置双排边桁架。 该设计的优势还体现在施工进度方面，为施工中分区流水作业提供了必要条件。

4 监测结果

该项目基坑作业已于2019 年3 月完工。 相关监测结果显示：深层土最大位移符合控制标准要求，采取加固措施的地铁隧道一侧最大位移为24.65 mm，显著低于其他区域43.55 mm 的最高值。 施工期间地下水位测量点资料显示，地下水位变化控制在1.8 m 以内， 对地层的影响在可控范围内。 根据地铁盾构施工单位的通报，采取该设计施工未对隧道造成影响，收敛变形始终控制在20 mm 以下。 该设计优化方案在实践中解决了软土地区紧邻地铁隧道条件下施工面临的诸多问题。

5 结语

综上所述，软土地区紧邻地铁隧道条件下基坑支护方案的设计优化，需根据项目实际情况采取科学措施。 尤其需要注意土壤位移、地下水沉降对隧道周边地质环境的影响。 因地制宜地采取复合支护设计，以满足项目的个性化需求。