地铁深基坑支护结构设计及支护施工技术要点

李叶青

（太原轨道交通集团有限公司，山西太原 030031）

0 引言

随着我国经济建设的飞速发展，人们对于出行的需求越来越大，对于道路交通运输方式的种类与速度也有了进一步的要求，一方面促进了我国公共基础设施建设水平的飞速提升，推动了城市基础设施建设单位的多元化发展；另一方面也对施工企业提出了更高的要求，而市场经济快发展也加快的了施工企业优胜劣汰的脚步。

在城市化建设过程中，地铁的飞速发展无疑是非常重要的，不仅体现了一个城市交通运输业发展的程度，更是综合实力的特征表现。随着人口城镇化的加剧，地铁在城市公共交通中占据着越来越重要的地位，这就要求施工企业不断提高施工技术水平，提升施工质量，推动我国交通事业不断向更高水平发展[1]。与此同时，我国是人口大国且幅员辽阔，水文地质条件复杂，在一定程度上给地铁的施工带来了不小的挑战，对施工技术等提出了更高的要求。在城市化建设过程中，深基坑施作业成为最为常见的施工环境之一，具有施工难度高、施工流程复杂的特点，在施工过程中一旦出现疏漏就容易埋下重大安全隐患，对地铁的安全运行造成重大威胁，进而引发重大安全事故，造成人员伤亡。这就要求施工企业加强对深基坑施工技术与方法的研究，提高施工技术水平，保证施工质量。

除此之外，随着近年来全球气温变暖的加快，气候变化问题逐渐成为国内外专家、学者竞相追逐研究的热点问题，并得出了统一结论，即人类活动是造成全球增温的主要原因。这就要求施工企业在保证深基坑支护结构合理设计并确保施工质量的前提下，同时也对施工技术的节能性进行考量，更多的选用对环境影响小的施工技术，更好的推动我国建设资源节约型社会[2]。

因此，本文针对目前国内地铁深基坑支护发展现状及存在问题进行了浅要分析，提出了结构设计及施工技术的关键要素，探讨了强化深基坑支护的应对措施，并对未来地铁建设的发展趋势进行了一定展望，以期为未来基础设施建设的发展奠定一定理论基础，如图1 所示。

图1 地铁深基坑支护施工实施流程

1 地铁深基坑支护施工现状

1.1 深基坑主要特点

一般情况下，对于开挖深度超过5m 的工程就可以称之为深基坑工程。对于那些开挖深度小于5m，但施工环境和地质结构等因素导致施工难度较大等工程也可称之为深基坑工程。众所周知，深基坑工程通常工程量大，施工周期长以及施工环节多且复杂，不仅需要施工企业合理的进行施工设计，采用严格的施工技术，编制科学的施工方案，还需要充分结合深基坑的土层结构及地质特点，进行施工前的准备工作[3]。

首先，地铁通常位于城市中心区域，在工程开工前需对其出站口、地铁线路间的交汇进行合理设计，复杂的施工结构以及庞大的工程规模在一定程度上增加了施工难度。这就要求施工企业对现场施工作业人员及设计师进行专业技术培训，确保施工方案的合理性。其次，由于地铁通常属于后建设工程，因此通常在施工区域埋有很多其他管线，比如燃气管道、通信光纤、电力线路等，倘若在施工过程中不加以重视，就有可能造成对城市居民生活的影响。这就要求施工企业在开工前对施工周围环境、线路铺设情况进行全面的了解，避免施工过程中出现不必要的麻烦，同时与相应管理部门进行沟通，提前对施工中可能发生对情况进行预判与协调，避免影响深基坑的支护施工。最后，由于深基坑需要进行更深层次的开挖过程，因此具有更高的安全施工要求，同时需要做好安全防护工作，避免产生地下水聚集的现象。在施工过程中，由于深基坑支护需根据工程实际需要采取合理、有效的施工方式，对于沉降段路面更是要着重注意，这就要求施工企业在支护结构设计基础上做好支护结构施工，提高支护施工技术水平。地铁狭长型深基坑开挖技术如图2 所示。

图2 地铁狭长型深基坑开挖技术

1.2 地铁深基坑支护施工现状

现阶段，随着我国科技化水平的不断提升，施工企业也在通过不断学习国内外的先进施工技术来对传统技术进行优化升级。同时经过大量的实践积累，对深基坑支护结构设计和支护施工技术进行不断完善，在施工过程中，充分考虑多方面因素，确保施工质量，提高施工效率的同时降低施工成本。然而，地铁深基坑施工通常具有施工周期长、投资金额大、施工现场情况复杂等特点，特别是针对我国地质情况复杂的现象，深基坑支护施工目前还存在一系列的问题，其中最常见的几种情况主要包括两方面，人为因素及环境因素。

人为因素主要指的是在地铁深基坑施工过程中，由于施工企业现场施工作业人员操作不规范或施工技术不高引发的地下水积聚、深基坑塌方以及深基不稳等现象。环境因素主要包括深基坑受到恶劣天气影响导致的积水和坍塌，以及过高的交通负载引发的深基坑不稳定的情况。

1.3 地铁深基坑支护施工存在问题

（1）勘查分析不全面。由上文可知，地铁深基坑施工需施工企业对施工环境进行充分的了解，现阶段我国施工企业在施工前的勘查分析主要存在以下3 方面问题：①对地下水分布情况勘探不到位。由于深基坑挖的深度较深，极有可能对地下水造成一定影响[4]。而水资源对全球来说是极其珍贵的资源，这就要求施工企业在施工开始前对地下水分布情况进行有效分析，一方面避免地下水的流动对地铁深基坑支护稳定性带来不利的影响，影响后续施工，另一方面避免地铁施工对地下水资源造成破坏，影响城市的用水安全。②对岩土结构勘查不完全。在开挖深基坑过程中，由于施工路段较长，这就要求施工企业对每一个施工路段设置多个勘查点，根据不同对地质情况与开挖深度进行相应的深基坑支护工作，避免岩土结构对支护工程稳定性带来不利的影响。③动态管理不完善。由于地铁深基坑施工过程通常施工周期较长，同时与气候条件、天气情况等因素密切相关，这就要求施工企业密切关注外界环境变化，对深基坑工程所在地的水位变化情况、岩土分布情况进行动态监督，以便于更好的对深基坑支护施工技术进行选择，助力支护施工结构对稳定性[5-6]。

（2）结构设计不合理。众所周知，地铁深基坑施工具有施工环节多、施工流程复杂的特点，因此需要施工单位提前对施工所在地的地质条件、气候因素、施工环境等方面进行全面的实地勘察。然而，当前，我国施工单位为了缩短施工周期，往往没有安排相关设计人员对施工现场进行细致、周全的考察，甚至对深基坑地下水分布情况、岩土层结构等基本情况没有充分了解就进行施工设计，进而导致施工过程中没有采用合理的支护施工设计，不仅造成施工设计图无法使用的后果，也容易导致施工现场出现不必要的麻烦，影响施工进度与施工质量，进而导致严重的安全后果。

与此同时，还有部分施工企业为了降低施工成本，节约工期，忽略了对深基坑特殊土质结构进行处理，而是按照常规施工流程进行施工，同时缺乏对相关专业技术人员的特殊培训，从而导致由于深基坑土层结构复杂、开挖深度较大、地下水流动等情况导致支护施工无法满足工程要求的情况，不仅会引发深基坑渗水等问题的发生，给后续施工带来不利影响，还容易埋下重大安全隐患，造成重大安全事故的发生。

（3）施工技术不全面。由上文可知，针对深基坑支护施工，需要现场施工作业人员在前期勘查阶段、工程施工阶段均进行特殊处理。在支护施工过程中，需要专业技术人员进行密切关注，比如对桩位分布图对合理性进行全面分析，对支护过程所需对设施需结合开挖深度进行综合考虑等。然而，我国很多施工企业为了压缩工期，没有严格按照规范、标准对深基坑支护施工进行预处理，不仅无法避免深基坑给地铁施工带来的不利影响，还会引发重大安全事故[7]。

比如没有根据工程实际情况，对深基坑支护结构形式的选取进行准确判断，进而无法保证支护结构的稳定性；比如在支护设计过程中，没有合理的选择挡墙结构，从而对地铁深基坑支护结构造成一定影响；比如在深基坑支护施工过程中没有充分的进行排水，会导致支护不稳的结果，增大了后期维护难度的同时导致安全事故的发生；比如在施工过程中，没有对深基坑侧壁等级进行安全度划分，无法合理进行支护结构设置而影响土体稳定性，且随着工程的日益推进，容易导致更为严重的后果。

（4）施工管理不充分。针对地铁深基坑施工，需要相关机构严格监管，避免偷工减料的情况发生，确保施工安全。当前，我国现场施工管理不充分主要体现在以下3 个方面：①对施工企业监管不足，导致部分没有建设资质与施工能力的企业得到工程项目并进行施工，从而容易引发施工材料不合格、施工技术水平无法保证工程质量的问题出现。②对施工现场管理不到位，导致现场施工作业人员没有按照施工设计图进行施工，无法保证深基坑支护结构设计的合理性，进而导致施工过程中出现问题。对于地铁深基坑施工，一旦发生问题，需耗费大量的人力、物力、财力进行修复，引发返工、复工等重复作业，影响施工进度，增大施工成本。③对施工人员管理不全面，随着我国用工成本的增加，施工单位为了节约成本，而忽视了安全责任意识的培训，导致施工现场秩序混乱，违规操作行为时有发生。

2 地铁深基坑支护施工要点

由上文可知，地铁深基坑支护施工还存在亟待解决的问题，需要施工企业给予特别关注，主要可以从以下3 个阶段进行分析。

（1）勘查阶段。为了更好地进行地铁深基坑支护施工，需要施工企业做好勘查分析。一个很重要的勘查部分是对地下分布的各种管道、线路等进行全面的分析与了解，实时与相关管理部门进行协调，对与地铁深基坑施工造成冲突的部分进行改迁。与此同时，要对地质结构及周围环境进行调查，避免复杂的土层情况对支护施工造成影响[8-9]。

（2）设计阶段。显而易见，一个合格的施工设计是工程得以顺利进行的重要基石。随着行业竞争越来越激烈，很多地铁建设设计师为了迅速完成建设单位的要求，而忽略了对施工现场的实地勘察，从而引发严重后果。这就要求施工企业在正式施工前对地铁深基坑施工图设计进行充分的理解，要充分考虑施工现场环境，及时提出疑问，不仅要求具有良好的专业施工能力，还需对深基坑施工工程有着丰富的处理经验。同时在施工开始前，会同项目负责人、设计人员、相关领域专家对施工方案进行评审，确保施工过程的顺利进行[10]。

除此之外，针对深基坑的自身特点，要因地制宜的设计支护施工方案，对地下水分布情况、土层结构进行全面的分析之后，利用多种施工方法进行支护施工。同时要参考当地的天气变化情况，合理的安排施工进度，避免安全事故的发生。

（3）施工阶段。现阶段，我国深基坑施工过程是劳动密集型产业，因此对施工现场进行严格的监管就显得尤为紧要，主要包括两方面：施工技术人员与施工作业人员[11]。

在施工过程中，由于地铁深基坑通常具有很长的施工周期且工程量巨大，而土层结构分布情况却有所不同。这就要求施工企业对施工现场的地质情况进行全面掌控，并分阶段进行现场施工作业，选择合理的支护结构设计与施工技术，并及时对施工方案进行修正，确保施工质量。对于现场施工作业人员，由于深基坑极易受到外部环境因素的影响而出现偶发状况，这就要求施工企业确保现场施工作业人员严格按照规范标准进行施工作业，同时对可能发生的情况进行预测并提出相应的解决方案，避免出现人员伤亡问题[12]。

与此同时，在进行地铁深基坑支护施工过程中，需综合使用多种施工技术进行联合施工，例如锚杆与混凝土钉墙相结合的施工支护技术、连续排桩结构支护技术、地下连续墙支护施工技术等方法。在施工过程中，由于深基坑开挖深度较大，极易发生渗水的现象，这就要求施工企业及时做好排水工作，并做好防水，一旦发生较严重的渗水情况，需采取相应的措施，如采用预设降水井排水等方式，避免影响支护工程的稳定性。除此之外，由于地铁深基坑过程极易受到外部环境的影响，这就要求施工企业做好动态监控，每天对支撑轴力、围护结构位移情况进行监测，确保支护结构的合理性。

3 结论

综上所述，随着我国城市化建设的飞速发展，深基坑支护施工将变得越来越普遍，然而我国目前还存在一些亟待解决的问题。针对深基坑支护施工难度大的特点，需从多个角度进行预防，并采取合理的施工技术处理，从而提高支护施工的稳定性，避免发生沉降、渗水等现象的发生，保证地铁施工质量，提高施工效率，降低施工成本，以期更好地完成工程项目。