南昌地铁深大基坑支护设计与施工方案研究

丁辉

（上海市隧道工程轨道交通设计研究院，上海 200235）

1 工程概况

本拟建地铁车站位于南昌中心城区，临近道路为城区主干道，交通量大，周边建筑物密集且较近，该地铁车站标准宽度为23.8m，总长度为163m，处于地下三层，端头井处基坑深29m，而标准段处的基坑深度为26.8m。

2 地质条件

主要穿越土层在本工程中共包括以下几种：中风化泥质粉砂岩、强风化泥质粉砂岩、圆砾、砾砂、细砂、粉质粘土和素填土。力学、物理在各土层的参数，如表1 所示。

3 基坑支护方案

3.1 基坑围护结构方案

地铁基坑支护为1000mm 厚的地下连续墙，其中有33m 长的端井井壁，31m 的标准段墙。地连墙插入中风化泥质粉砂岩，形成落底式止水帷幕。地连墙施工时作为车站的围护结构，使用阶段与内衬墙组成复合结构共同参与受力，并且通过设置压顶梁与侧墙连接作为主体结构的抗浮措施。

3.2 基坑支撑体系

沿基坑深度方向，本地铁基坑标准段及端头井设置一道换撑和五道支撑，采取混凝土800×1000 作为标准段的第一道支撑，设置支撑水平间距为9m。采取壁厚为16mm 的ø800 钢管作为第二道与第四道支撑，有3mm 的支撑水平间距。第三道支撑为1100×1000 的混凝土，有9m 的支撑水平间距。第五道支撑、换撑采取的是壁厚为16mm 的ø600 钢管，3m 的支撑水平间距。采取800×1000 混凝土作为端头井处第一道支撑，支撑水平间距约为5m。采取壁厚为16mm 的ø800 钢管作为第二道、第四道以及第五道的换撑、支撑，2.5m 的支撑水平间距。第三道支撑为1100×1000 的混凝土，5m 的支撑水平间距。

结合现场实际情况得知，因为基坑较深，地质情况复杂，为避免地下连续墙接缝处出现渗漏，在接缝外侧采用3 根ø800@500品字形布置的三重管高压旋喷桩进行加强止水，旋喷桩水灰比为1:1，其中加入的水泥量应大于30%，抗渗系数k≤1.0×10-7cm/s，且侧限抗压强度保证1 月内不超过1.2MPa，如图1 所示。

3.3 基坑支护计算分析

主要使用F-SPW7.0 设计软件予以计算。在具体计算实，应考虑20kPa 的地面超载，地面标高20.170m。墙顶标高及地下水位设计标高分别是19.170m、17.270m。

各道支撑刚度计算如下：

混凝土支撑刚度计算：

第一道混凝土支撑：

2×E×A/L=2×30000×800×1000/24800=1935.48（MN/m）

第三道混凝土支撑：

2×E×A/L=2×30000×1100×1000/23000=2869.57（MN/m）

φ609，t=16 钢支撑刚度：

2×E×A/L=2×206000×29807/25600=479.47（MN/m）

φ800，t=16 钢支撑刚度：

表1 在各土层力学与物理参数状

图1 标准段基坑支护横断面

2×E×A/L=2×206000×39408/25600=634.22（MN/m）

各道钢支撑刚度、相关布置的参数如表2 所示。

表2 各道钢支撑刚度参数

基坑开挖及支撑架设，其中：Z-支撑；K-开挖；G-刚性铰；C-拆撑；N-内撑，如表3 所示。

表3 基坑开挖及支撑架设参数

内力位移包络如图2 所示。

地表沉降如图3 所示。

位移验算：

图2 内力位移包络

图3 地表沉降

水平位移21.16mm＜21.16mm＜0.2%H=54mm，且≤30mm；

地面最大沉降21mm＜0.15%H=40.4mm，且＜25mm。满足规范要求。

基坑稳定性验算结果如表4 所示。

表4 基坑稳定性验算结果

4 基坑施工方案

4.1 基坑施工技术要点、方法

本车站地下具备管线改移条件，可以通过交通长期占用道路，有足够的施工场地，且车站所处地层的自稳能力相对较好，所以采取较为安全、具有一定经济性、采用快速简便的明挖法作为车站的基坑施工技术，详情如下：

（1）保证围护墙强度和降水符合相关设计标准后，再实施基坑开挖。基坑开挖前，可以编制基坑开挖专项方案，待审批合格后，即可开展作业。

（2）需要提前将排水和集水井组成的地表排水系统设置在基坑外侧，这也是基坑开挖前需要完成的施工内容，以此来防止坑外明水注入基坑内。同时要尽可能远离基坑进行基坑外侧排水沟的设置，如受场地条件限制，应保证排水沟距围护结构外侧不得小于1m。

（3）基坑施工应遵循不超挖、分层开挖、限时支撑以及先撑后挖的原则，做到分段、分层、限时开挖，通过合理的方式，努力减少基坑无支撑暴露的空间与时间。①分段开挖，同时也需要分成一小段且分层进行，每一段的支撑和开挖都要设定时间。每段每层挖土，都应在8—12h 完成预应力施加和钢支撑安装；而混凝土支撑和围檩的浇筑则应在2d 内完成；②要结合基坑端部的平面形状在开挖基坑端部时，确认土方开挖顺序与支撑设置顺利。从基坑角点起，角撑范围内的土方要垂直于角撑方向再遵循限时开挖的方式向基坑内分段、分层设置支撑；③纵向开挖基坑时应采取多级放坡方式进行，保证纵坡坡度在1/3 内，分层厚度通过支撑竖向间距确定，且结合支撑水平间距确认平台宽度，且不宜小于6.0m，再分段、限时开挖并设支撑。使用人工修坡方式开展纵坡作业，而那些暴露时间过程且易遭暴雨冲刷的纵坡，我们要根据具体实际状况，应用切实可行的滑坡对策。如果施工周期较长或周边环境保护有较高要求，则应减缓纵向土坡坡度，同时，边坡护坡工作需要使用钢丝网水泥喷浆等方式开展。处于浜填土区域的边坡，应用土体加固法放坡开挖改善后的土体性质，对于支撑而言，一定禁止行人和施工机械、车辆等在上面进行直接行走和操作，机械开挖土方时，一定要不要让挖土机碰到支撑、地下连续墙等等，并使用人工挖掘方式对降水井管周围500mm、围护墙侧300mm 范围内土体；④开挖基坑时，要确保不要把任何附加荷载加在基坑顶两侧周围地面2m 内，需要注意的是2m 范围外加的附加荷载应低于20kPa。

4.2 基坑施工监控量测

4.2.1 施工监测目的、项目

为了满足支护土体与支护结构的稳定性，在深基坑施工过程中，必须更加系统、综合的监测相邻建筑物、基坑周围的土体以及基坑支护结构，这样可以对工程实况进行全方位了解。针对观测数据，对支护措施与开挖速度进行及时调整，以确保工程可以有效、顺利开展。通过施工监测能够为支护结构施工和基坑开挖予以一定的指导，通过这样的方式对支护结构设计进行验证，以保证基坑支护结构稳定以及相邻建筑物的安全性，积极总结工程经验，提供更有力的依据促进设计分析的完善。

因此，在实际监测施工过程时，应随时观测市政管线、基坑周围设施、支护结构的水平位移、围护结构顶部临身位移、地下水位以及基坑周围自然环境。监测内容包括周围建筑物倾斜和沉降、水平位移、立柱竖向、地下水位、竖向位移。

4.2.2 监测频率、监测手段以及测点布置

应有计划地进行施工监测工作，要保证观测报告与记录的完整性，做到观测及时，监测数据可靠。监测手段需要采用仪器进行观测，充分结合目测调查与仪器观测。

5 结语

总体而言，本文以南昌某地铁深基坑为例，采用软件计算分析，南昌地区地铁为了有效控制基坑内力与变形情况，主要采用内支撑体系与地连墙支护结合的方式，能确保基坑的稳定以保证基坑周边建构筑物的安全。同时，通过对基坑施工进行动态监测，监测数据及时反馈给现场，指导现场施工，为安全施工提供了保障，进而为工程的顺利施工奠定基础。