软土地区地铁车站深基坑围护结构设计

李孟荣

（中铁第五勘察设计院集团有限公司，北京 102600）

目前，随着我国城市建设不断发展，开发与利用地下空间成了重点关注的领域。地铁作为高效和环保的交通方式，在城市交通规划中得到广泛应用。由于软土地区土质松软、含水量高和容易压缩，给地铁车站的深基坑工程带来了挑战，因此对深基坑工程的变形控制和稳定性要求很高[1]。根据多年观测和研究表明，基坑开挖会导致地面沉降、建筑物变形以及地下管线等设施受损，不仅对人民生命财产造成巨大损失，也对城市交通和社会运行有重大影响。为保证地铁区间隧道正常运营，保障运行安全，在基坑开挖过程中必须采取针对性防护与防控措施，包括合理设计围护结构和适当的支护方式等[2]。另外，可以采用监测技术和预警系统，及时监测和评估基坑变形情况，确保地铁区间隧道变形和受力在可控范围内，保障安全运营。基于以上背景，该文将以软土地区地铁车站为研究对象，对深基坑围护结构进行设计研究。

1 软土地区地铁车站工程概况

该研究以某地铁车站建设项目为实例，对其软土地区深基坑围护结构进行设计。该项目位于某城市六纬路与十一经路交叉口，车站整体呈东南至西北走向，建设区域西北方为饭店，西南方为文化宫，东北方为正在建设中的办公楼，东南方为汽车修理厂。该地铁车站位于地铁直线上，纵坡比2‰。该车站为双层岛式地下站台，站台宽度为12m，高度为1.8m，标准剖面宽度为20.7m。根据相关勘察报告可知，拟建场地的地层为正常地层沉积区，暴露的土层主要由软弱的黏性土、松散稍密至中密的粉性土以及砂土组成，呈现成层分布的特点。根据水文地质钻探结果显示，该场地有浅部土层的潜水和深部砂性土层中的承压水。潜水主要为大气降水，深部砂性土层中的承压水为存在水位高于开挖底部的水体。承压水通常是由地下水层受到上部增渗源（如周围建筑物排水）的影响或地形起伏引起的。该项目的土层性质及水文特征均会对深基坑围护造成影响，软弱的黏性土和砂土强度和稳定性较低，因此容易导致沉降和变形，特别是在施工过程中受到临时荷载的作用，可能导致基坑围护结构变形和失稳，需要采取有效的支护措施保障安全。在饱水状态下，黏性土和松散至稍密的粉性土含水量较高，剪切强度较低，因此设计支护结构时需要充分考虑地下水位变化和排水措施[3]。该地层中还包括一定的承压水，因此需要对其进行科学处理，降低土体的液化风险，尽量避免沉降问题。由于软土层和砂土层的强度较低，当设计深基坑围护方案时，要重点关注基坑侧壁的稳定性。黏性土可能会发生剪切破坏的情况，因此需要采用适当的支护结构进行加固。针对松散稍密的粉性土层，考虑土体的侧压力和液化风险，可能需要采用地下连续墙或土钉等支护方式提高侧壁稳定性。基于此，进行深基坑围护结构设计。

2 地铁车站深基坑围护方案设计

根据地铁车站深基坑施工要求，围护结构设计使用年限为2 年，结合具体工程项目的深基坑开挖深度和周围环境条件等，该研究确定深基坑侧壁安全等级为I 级。从技术、经济、工期和环保等方面考虑，最后决定采用高刚性地下连续墙作为支护结构[4]。为保障地下结构的安全，地下连续墙墙体厚度设置为800mm，墙体设计强度等级为C35，连接方式为锁口管道。为避免基坑在成槽过程中坍塌，对周围建筑物产生影响，采用ø850mm@600mm三轴水泥搅拌桩加固基坑，每边10m[5]。由于基坑开挖深度较大，因此当开挖到一定深度时，为减少沉降水对周围环境的影响，特别是对地铁其他区段的影响，需要采取措施。在此基础上，提出一项特殊的设计方案，在地下墙深度约50m 内，取15m 为构造段[6]。另一侧采用地下墙外侧槽壁进行加强，并制作止水帷幕。

3 围护结构支撑体系设计

深基坑围护结构的支撑体系可支撑挡土力，防止土体坍塌，保障施工安全，并减少对周边环境和结构的影响，在深基坑施工过程中发挥重要作用。支护体系设计见表1。

表1 围护结构支撑体系设计表

根据表1，将围护区分为1～4 个分区。在分区3 和分区4 中采用十字形对拉式支护体系，竖直布置3 道钢筋砼拉杆，在基坑边缘形成十字形的支撑结构，支撑点间的水平距离≤9m。在分区1 和2 中共设置4 道支撑，采用双面拉杆的方式进行支护，竖向设置 1 根钢筋砼支护与 3 根钢支护[7]，按 3mm 的间隔沿基坑长度方向设置，设置时要保证每个连续墙墙体水平处都有2 根钢支护作为支撑。采用自动轴向压力补偿系统，可在轴向压力大于设计值95%的情况下，对轴向压力进行自动补偿[8]。当测得轴向压力值为设计值时，会终止补偿，这样可以很大程度地提高侧向支撑的刚度，并有效控制侧向位移。采用Q235B 型钢筋和C30 级混凝土支撑，对该文设计结构进行深入分析，十字形对拉式支护体系具有较高的刚度和稳定性。通过竖直布置的三道钢筋砼拉杆，可以增强结构刚度，有效支撑土体的水平压力，而在基坑边缘形成的十字形支撑结构也能提供较好的水平支撑。在该设计中，主要采用双面拉杆的方式对分区 1 和分区 2 进行支护，该方式可提供足够抵抗土体的侧向压力的力量。同时，设置钢筋砼支撑、钢支撑的数量以及竖向间隔的要求，也能有效控制和均匀分布支撑力，保证基坑结构的稳定性。另外，采用自动轴向压力补偿系统能根据实际测得的轴向压力进行自动调节，不仅可以保障支撑结构的安全，还可以有效控制侧向位移。

4 深基坑内被动区加固设计

在软土地区的地铁车站深基坑工程中，为有效控制周围环境引起的附加变形，采用基坑内填土的方法进行加固。由于基坑底部为软弱黏性土，因此需要采取被动段加固措施，避免挖掘基坑时围护体水平变形，并保护周围的建筑物。采用直径为600mm 的旋喷桩对基坑邻近隔离墙进行加固，旋喷桩的底部深入基坑底部4m 处，采用三轴水泥搅拌桩的围护十字筋对其他区域的基坑进行加固。接近轨道交通侧围裙的区域，加固宽度为10m。在加固过程中，以3m 为间距，采用每3m 抽一条的方式进行加固。加固的深度设置为第二道支撑到深基坑底部下5m。为提高旋喷桩的强度，用深埋在地下的高压旋喷桩补充25%的水泥。经过测试，在加固后的第28s，发现其无侧限抗压强度≥1.0MPa。通过上述设计，可有效地增强基坑结构的稳定性和抗变形能力，从而在施工过程中，保护了周围的建筑物。

5 承压水控制

结合软土地区地铁车站建设区域内的岩土工程勘察报告，对有承压含水层的工程来说，随着基坑开挖深度增加，底板位置的水压力也会逐渐变大，进而导致基坑底部丧失抗突涌稳定性，出现严重的突涌灾害问题。为避免该问题，可结合深基坑底部突涌验算结果，在开挖过程中对软土层进行减压降水处理，最大水位降深控制在5.0m～5.3m。针对施工场地周围环境复杂的承压水控制，基坑降水对周边环境影响很大，必须按照“按须降水、分阶段降水”的原则进行降水设计。根据实际情况设置6～8个减压降水井，在埋深较大的区域内设置减压降水井的数量应大于等于2，其他区域可在每个区域设置1 个减压降水井。另外，还需要对12 个外承压水观测井进行设置，同时设置一个深度与减压降水井一样的回灌井，在减压降水井的运行过程中，可以在需要时对其进行回灌。根据深基坑降水工程实践和项目的地表沉降预报，得出以下结论：在不隔离地下水的情况下，采用承压水会导致地表沉降过大，产生的变形可能会超过轨道交通的变形控制指标。在围护结构设计中，考虑基坑排水时的井群作用，在软土地层中设置了降水井的滤芯，埋设深度小于10m。按照上述内容对承压水进行控制，很大程度地控制了围护结构，避免了变形，保证地铁车站在软土地区上施工的质量。

6 实例应用分析

综上所述，确定软土地区地铁车站深基坑围护结构设计的基本思路后，采取地下连续墙与钢管支护相结合的内支护方式进行施工。地下连续墙厚度为800mm，支撑共分4 层，第一层支撑采用混凝土支撑结构，用钢筋混凝土桩作为支撑结构的主体，将其连接在一起形成连续的墙体结构，第二层、第三层和第四层支撑均采用直径为609mm、厚度为16mm 的钢管搭建钢管支撑结构对连续墙进行支撑。在基坑底部，该研究采用被动段加强措施进行加固，即采用旋喷桩对围护结构对接近隔离墙的部分进行加固，采用三轴水泥搅拌桩的围护十字筋对其他区域基坑进行加固。地铁围护平面图如图1 所示。

图1 围护结构平面图（单位：mm）

根据该工程项目的规范和设计要求，基坑结构的各项标准见表2。

表2 软土地区地铁车站深基坑变形控制标准

针对该文上述设计思路完成深基坑围护结构设计，并应用到该软土地区地铁车站深基坑中，结合表2 记录的标准，对应各位置设置测点，通过位移测定仪器对上述6 项变形位移进行测定。将测定结果与表2 中的标准范围相比，结果见表3。

表3 应用新的围护结构后各测点变形情况记录表

通过各测点变形情况可以看出，在应用该文设计的围护结构后，该软土地区地铁车站深基坑各位置的变形均在规定要求的范围内。因此，上述实例应用结果证明，该文提出的深基坑围护结构设计方案具备实际应用性，对提高地铁车站在软土地区的建设质量有极大帮助。

7 结语

随着地铁工程数量不断增加，在软体地区或其他不利于施工的区域上的建设越来越多，为避免既有建筑变形，工程受损等问题，需要对深基坑围护结构进行更合理地设计。基于此，该文提出一种全新的设计方案，并以具体的地铁车站建设项目为例，验证该设计方案的实际应用性。当设计深基坑围护结构时，为保证围护设计质量，应结合工程基本条件和既有建筑的相关参数信息，对深基坑围护进行合理选型和设计，使围护结构对深基坑结构变形控制效果更理想，提高地铁车站建设质量和建设安全性。