郑州综合交通枢纽地下空间基坑支护工程方案设计

徐庆和，黄中磊，曲瑞龙，崔国俊，琚波

（1.河南省郑州新区建设投资有限公司 河南 郑州 450000）

（2.中国市政工程华北设计研究总院有限公司 天津 300743）

（3.中建八局第二建设有限公司 山东 济南 250022）

1 工程背景

郑州综合交通枢纽东部核心区地下空间综合利用工程项目位于郑东新区东南部，为七里河南路、圃田西路、商鼎路、博学路围合区域。地块长约950m，宽约1 000m。工程西接东站东广场，东连规划360m 塔楼、莲湖景区；地铁一号线贯穿通过，并设博学路站。地面道路、地下环路环绕主体，形成立体交通网络。

本项目包括地上部分和地下部分，地上部分为人行步道桥、景观公园、附属设施和公共服务设备用房；地下部分为地下一层附属设施及商业用房，地下二、三层地下车库。本项目地下三层空间及地上建筑物采用现浇钢筋混凝土框架结构，地下一层层高5.9m，地下二层层高5.3m，地下三层层高为4.2m，基坑开挖深度约14.40～17.40m。

图1 郑州综合交通枢纽地下空间项目

2 工程建设条件

2.1 场地工程地质条件

项目工程建设区域内地层结构主要由人工堆填土（Q4ml）、压实填土（Q4ml）、全新统（Q4）冲洪积层以及上更新统（Q3）冲洪积层组成，全新统地层结构主要为粉土、粉砂以及粉质黏土；上更新统地层结构主要为粉土、粉质黏土、粉砂、细砂、中砂组成。

2.2 场地堆土

拟建圃田西路、七里河南路，博学路以及商鼎路环绕区目前为郑东新区综合交通枢纽地下道路工程施工区域，已经全封闭，商鼎路、七里河南路东段以及博学路已经全道路封闭。主隧道箱体已成，原隧道采用放坡开挖，目前已回填。在1 号线一期工程新郑州站-博学路站区间已建隧道两侧有大量推土，主要堆土集中在C 基坑靠近隧道一侧。

2.3 场地周围主要构筑物

郑东新区综合交通枢纽区地下道路工程位于郑东新区综合交通枢纽区核心区东广场，定位为其他区域与核心区地下停车设施的快捷联系通道，兼服务于郑州东站枢纽。服务对象以周边商务、办公、购物出行车辆为主，兼供通往商业的轻型货车。本项目的建设将减少核心区地面车辆，营造洁净的地面环境，形成绿地、景观有机结合、统筹协调、功能完善、空间灵活的一体化空间。

地下道路工程是本项目交通专业的主要骨骼和神经，其主要作用是沟通周围地面道路与地下空间项目交通专业的联系。地下环路的主隧道结构紧邻本项目施工。

2.4 本项目与地铁一号线相对关系

该项目工程范围内有郑州地铁一号线横贯东西，新博区间为西起郑州东站，东至博学路车站，左线全长838.994m，右线全长838.960m，采用明挖+盾构的施工方法。博体区间线路从博学路站出发至体育中心站，左线全长2 190.831m，右线全长2 212.110m，全区间采用盾构法施工。车站采用明挖法施工。

图2 地下道路工程与本项目关系

图3 郑州地铁一号线与本项目关系

2.5 地下水位相关情况

根据基坑监测单位提供的地下水位数据，地下水位AC 坑约为70.17m，BD 坑左侧水位高约为70.72，右侧约为71.54m，AC 基坑区域地下水位大部分离隧道底约3.86m，博学路站附近离结构底约0.82m，博体区间隧道纵坡较大，从水位观测数据来看，同期地下水位变化量不大，地下水位上浮0.5～1m 左右。

3 基坑工程设计方案

3.1 钻孔灌注桩+两道水平支撑基坑支护方案

综合分析周围设计施工条件，为方便基坑开挖，结合基坑的形状，采取的基坑方案1 为钻孔灌注桩+两道水平支撑控制基坑开挖期间的变形，采用三轴搅拌桩帷幕止水，防止坑外水位下降，引起地面沉降。为方便基坑开挖，结合基坑的形状，对8 个基坑总体采用角撑+对撑的形式。

3.1.1 水平支撑体系

本方案中，支撑采用对撑结合角撑。采用该种支撑形式，可以在局部达到换撑条件的情况下，进行局部支撑的拆除，加快施工工期。

3.1.2 竖向支承系统

方案采用临时钢立柱及柱下钻孔灌注桩作为基坑开挖阶段水平支撑体系的竖向支承构件。临时钢立柱采用由等边角钢和缀板焊接而成的4L160×16 型钢格构柱，其截面尺寸为460×460mm，钢材型号为Q345B，立柱插入作为立柱桩的钻孔灌注桩中。拟增打桩径Φ700 的钻孔灌注桩作为立柱桩，增打的钻孔灌注桩桩长拟定为20m，桩身混凝土设计强度等级为C30。立柱和立柱桩定位偏差不大于20mm，钢立柱垂直度不大于1/200，立柱在穿越底板的范围内需设置止水片。

图4 基坑支护方案1

3.2 地连墙+水平撑的支护方案

综合分析项目的特点，本工程场地土以粉土、粉质黏土等组成。该工程项目为全部地下结构，对于支护系统为考虑采用地连墙结构，该结构用于支护和后期结构外墙，及两墙合一的结构形式，节省工程造价，通过相关计算软件进行计算并综合比选，建议远离地铁一侧采用放坡+水平撑的支护形式。靠近地铁一侧由于只有一层地下结构，推荐采用钻孔灌注桩支护结构[2]。

该支护项目中，A～D 基坑均采用浅层放坡卸土+地连墙结合一道水平支撑的顺作法支护形式。B3、D3 基坑较浅，采用放坡结合地连墙悬臂支护。A～D 基坑靠地铁隧道一侧一层地下室外扩，A～D 基坑靠隧道一侧浅层采用悬臂钻孔灌注桩支护。

3.2.1 水平支撑体系

本方案中，支撑采用对撑结合角撑。采用该种支撑形式，可以在局部达到换撑条件的情况下，进行局部支撑的拆除，加快施工工期，钢筋混凝土水平支撑具体情况详见附图。

图5 远离地铁侧基坑支护方案

图6 靠近地铁侧基坑支护方案

图7 地连墙+水平撑支护（局部）

3.2.2 竖向支承系统

方案采用临时钢立柱及柱下钻孔灌注桩作为基坑开挖阶段水平支撑体系的竖向支承构件。临时钢立柱采用由等边角钢和缀板焊接而成的4L125×12 型钢格构柱，其截面尺寸为400×400mm，钢材型号为Q345B，立柱插入作为立柱桩的钻孔灌注桩中。拟增打桩径Φ700 的钻孔灌注桩作为立柱桩，增打的钻孔灌注桩桩长拟定为15m，桩身混凝土设计强度等级为C30。立柱和立柱桩定位偏差不大于20mm，钢立柱垂直度不大于1/200，立柱在穿越底板的范围内需设置止水片。

3.2.3 支护结构

A～D 基坑支护结构普遍采用800mm 厚地下连续墙两墙合一，墙底进入不透水层，连续墙采用刚性接头。

地连墙与楼板连接采用地连墙预留钢筋，通过与边梁连接与楼板进行结合的方式。

图8 地连墙与底板连接

3.3 支护方案分析比选

地下连续墙支护系统主要是通过成槽机挖槽。形成一条狭长的深槽，然后吊装钢筋笼并灌注混凝土。该支护体系整体性好，刚度大，抗渗性能好。施工影响小，被广泛应用于深基坑工程项目，其缺点是建设成本较高，但该工程方案采用地连墙+水平撑的支护形式，水平支撑采用一层撑，地连墙作为支护和结构墙两墙合一用，综合考虑降低了工程造价[3]，并且施工交叉较少，由于少一层水平支撑，施工速度较快。

4 结语

对于现有深基坑项目而言，常规的支护方式有多种，依托郑州综合交通枢纽东部核心区地下空间综合利用工程深基坑项目，从造价、施工难度和可行性等实际操作层面出发以综合比选深基坑支护结构。通过分析工程地质条件，周围地下道路情况，以及该工程项目与地铁一号线的相对关系。可采用三轴搅拌桩+支护桩+两层水平撑和浅层放坡卸土+地连墙+一层水平撑支护方案，综合各方面因素，优先选用浅层放坡卸土+地连墙+一层水平撑支护方案，该方案安全合理，经济性高，经过相关计算分析及论证，证明该支护方案在深基坑工程的开挖过程中，支护体系安全可靠，地下道路变形在安全控制范围，轨道交通一号线相关变形参数在允许范围内。证明该支护方案安全有效。

建议的后续施工单位采取的必要措施：

制定详细的基坑开挖方案，建议采用分层分块开挖。

表1 基坑支护设计方案比选

加强隧道监测，根据监测情况调整基坑开挖顺序，靠近地铁一侧土体最后开挖。

地下室结构根据开挖情况分段施工，完成一段基坑，施工一段结构，不留凉槽时间。