浅谈地下轨道交通深基坑围护设计的认识

高春明

【摘要】做好地下轨道交通深基坑围护设计是极为有必要的。本文结合实际工程实例，重点论述了深基坑围护设计中存在的技术要点以及明挖基坑支护结构围护设计的方法，具有一定的现实理论指导意义。

【关键词】地下轨道交通；深基坑；围护设计；技术要点；

中图分类号：TV551文献标识码： A

一、前言

在地铁车站建设中，如何选择最合理的深基坑围护设计方案，关系到整个地下轨道交通的安全和施工的正常运转，因此，做好地下轨道交通深基坑的围护设计需要引起相关建设单位的高度重视。

工程概况及深基坑围护设计

1、工程概况某市轨道交通工程车站总建筑面积为10642m2，临时用地总面积21697m2。车站主体总长度192.5m，标准段总宽度21.0m，基坑深度12.4-22.8m，覆土厚度约为2.1-3.7m。车站共设4个出入口，2组风亭，出入口通道一般宽度为6.0m，基坑深度9.95m；风道一般宽度为19.4m，基坑深度10.05m。

车站为岛式站台，主体为地下两层，采用单柱双跨（局部为双柱三跨）的钢筋混凝土箱形框架结构，有效站台宽度11m，长度118m。

2、工程地质及水文地质

根据该站的勘探资料，工程地形平坦，地面高程约在6.01～7.30m，人工堆填土约2.00m。地貌类型属秦淮河漫滩，地层主要为杂填土、素填土、粉质粘土、淤泥质粉质粘土、粉土、粉砂等。场地地下水类型属孔隙潜水，潜水位埋深介于0.87～0.96m之间，平均埋深0.90m，相应高程约6.10m。地下水主要补给来源为大气降水、人工用水及地表水体湖水的补给。场地地下水对砼结构不具腐蚀性，对钢筋砼结构中钢筋不具腐蚀性，对钢结构具弱腐蚀性。勘测结果表明场地深部地下水具有微承压性，承压水位埋深介于0.83～0.93m，平均埋深0.88m，相应高程约6.12m。

3、基坑围护方案分析土钉墙方案：车站基坑分两级放坡，大部分采用1：0.3坡率放坡，中间平台宽2.5m，大端端头井下部采用1：0.3、上部采用1：0.5坡率放坡，土层采用Φ48钢花管注浆，岩层采用Φ25锚杆，在远期预留盾构井处采用玻璃纤维锚杆，面层采用100mm厚C20喷射混凝土，中间平台宽3.5m。

钻孔灌注桩+内支撑方案：上部采用1:0.3放坡，下部采用钻孔桩+内支撑。桩径为1200mm，桩顶设一道1.0×1.2m的冠梁，共设2道钢支撑，直径609mm(t=14mm、t=16mm)。车站西端接盾构区间处采用Φ1500mm玻璃纤维桩，间距1800mm。基坑垫层厚250mm. 钻孔灌注桩+锚索方案：上部采用1：0.3放坡，下部采用钻孔桩+锚索。桩径为1200mm，桩间距2400mm，桩顶设一道1.0×1.2m的冠梁，小端竖向设置3道锚索、大端竖向设置4道锚索。

地下连续墙方案：围护体系采用800×1000的地下连续墙，加上钢支撑和混凝土支撑，采用该种支护形式刚度较大，变形较小；易于设置内支撑，能很好的控制支护结构的变形，减小基坑开挖及地下结构施工期间对周边环境的影响。

由于基坑开挖深度为16.5m。场地地貌单元为滨海地貌单元，根据场地周遍条件综合考虑，采用支护方案为：采用地下连续墙的基坑支护方案，地下连续墙深度为25.4m。

4、基坑围护设计 本工程基坑土质情况较差，周边环境复杂，经多方研究讨论，并请专家论证，最后形成具体方案如下： （1）800×1000mm地下连续墙及钢支撑、混凝土支撑（2）基坑四周采用单排三轴深搅桩作为止水帷幕； （3）基坑东侧4.2m范围和南侧8m范围内满布三轴深搅坑内加固桩； （4）基坑内布设22口降水井，33口减压井，基坑外布置22口观测井兼作回灌井。 5、基坑支撑体系布置

第一层支撑采用混凝土支撑加混凝土围凛，第二层支撑采用钢管支撑加钢围凛。本设计综合考虑各方面因素，经过对支撑位置不同高度设置的计算分析对比，并考虑周边施工空间的因素，圈梁顶标高设置在地面下1.1m，即-1.1m，一层支撑中心标高为-1.500m，二层支撑中心标高为-8.000m位置，三层支撑中心标高为-13.000m 。位置主体结构底板浇筑后方可拆除三层支撑，负二层顶板浇筑并达到一定强度后拆除二层支撑。负一层顶板浇筑并达到一定强度后拆除一层支撑。

基坑围护体系图

三、深基坑围护设计中存在的技术要点1、基坑降水的要求

基坑开挖与围护阶段，基坑降水是基坑设计成败的关键。降水的目的是疏干基坑，促使坑内土体固结，减少因挖土对坑内土扰动的影响，提高被动侧土的强度，减少围护结构的位移。在不影响基坑外地下水位变化的前提下，为基坑创造良好的干施工环境，且基坑降水对坑底地基隆起、管涌、围护结构的稳定性等都起着不可估量的作用。降水深度一般为基坑底面以下0.5-1m左右。降水在基坑开挖前20天开始，且需保持对基坑水位的监测,确保坑内降水效果良好。布置降压井的数量及间隔需对承压水的顶托力对基坑底板稳定性的影响进行稳定性验算，防止高水头承压水从最不利点产生突涌，对基坑造成危害。

2、地基加固要点该基坑因为开挖得很深,所以具有很大的位移,要把坑底土体抗力进行提升的话,在坑底实行地基加固，用网格式高压旋喷桩的方式,在标准段加固深度为坑底以下3.0米。端头井加固深度为坑底以下4.0米。主体结构范围内的第3、5道钢筋混凝土支撑处于④1层流塑状土层中,为加强地基承载力,每道钢筋混凝土支撑底部以下采用裙边+抽条旋喷加固,加固深度3m。

3、围护桩插入比的要求

围护结构整体稳定性验算时,所选用的强度指标的类别对计算结果影响很大,尤其是对围护结构的入土深度。土的C、φ值采用勘察报告提供的三轴剪切指标；根据当地的土层性质，插入比即围护桩插入基坑底以下的深度和基坑底以上的高度的比值取0.7-1之间。基坑监测数据表明本项基坑工程各项控制指标基本都在设计预警范围之内。

四、基坑支护方案计算理论和方法

目前在深基坑开挖支护结构设计中应用较多的计算分析方法为等值梁法和弹性地基梁法。其中等值梁法基于极限平衡状态理论, 能计算出支护结构的内力, 以确定构件的刚度和强度, 但不能反应支挡结构的变形协调情况。而弹性地基梁法则能够考虑支挡结构的平衡条件和结构与土的变形协调, 计算支护结构的水平位移, 可以初步估计开挖对临近结构物的影响程度。弹性地基梁法解决了变形问题, 但强度问题基本上没有涉及, 由于地下连续墙的插人深度主要取决于土的强度与墙的稳定性, 而不是变形的大小, 因此不能用此法来确定。鉴于弹性地基梁法尚有以上的局限性, 较为理想的计算方法是弹性地基梁与等值梁分别计算, 相互参照、补充。

（1）根据周边环境的要求及该基坑的规模确定该基坑安全等级为一级，重要性系数取1.1；

（2）基坑围护结构内力及稳定性计算采用理正深基坑软件进行。

（3）土压力计算

支护结构所承受的土压力，要精确的加以确定是有一定困难的。目前，对土压力的计算，主要采用朗肯土压力理论进行计算。

主动土压力系数：

被动土压力系数：

砂性土、碎石土采用水土分算，粉土、粘性土采用水土合算。

（4） 水压力eW:

eW = γwh

式中γw- 水的密度, kN/ m3。

（5） 地面施工荷载q:

q = 20 kPa。

五、结束语 对于地铁的围护结构设计，要考虑实际的情况，要考虑到影响地铁围护结构的因素，采用经济适用的围护结构。针对多数地铁车站周边建筑物较少，场地相对开阔的条件，在车站基坑设计方案中优先选择明挖法进行施工。

参考文献： [1] 姜卫东, 尚丽颖. 深基坑围护的设计与施工[J]. 哈尔滨铁道科技, 2011,(02)

[2] 周小华. 苏州轨道交通1号线深基坑围护结构设计的思考．水利工程学报，2010年8月，第8卷第4期。

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