地鐵車站深基坑支護設計優化策略探討
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摘要：以馬鑾中心站為例，根據現場的地質水文條件，對其深基坑支護體系設計進行了分析，提出了優化策略，以期給深基坑工程的順利開展施工提供保障。
1工程概況
馬鑾中心站位于蕓彎路與灌新路交叉口東側，為雙島四線平行換乘車站，采取地下3層的建設標準。該站總長220．0m，標準段長46．6m，軌面埋深約17．8m，站臺寬13m，配置4個出入口、2組風亭。明挖法為本車站的主要施工工法，基坑支護為重要工作，采取放坡＋800mm厚地下連續墻＋內支撐相結合的方式。
2地質水文條件
本站所在處為馬鑾灣灘涂區，由于發展所需，當地村民改造后形成了大規模魚塘，塘堤呈縱橫交錯的布設形式。現場地勢平坦，地面標高－3．1～2．2m，地層缺乏穩定性，分布人工填土、軟土等；賦存松散巖類孔隙水、風化殘疾孔隙裂隙水等，彼此間并未形成隔水層，存在較明顯的水力聯系，大氣降水為重要補給形式。此外，地表水與地下水未得到分隔，兩者也具有水力聯系。表1為基坑支護設計土體參數。
3深基圍護設計分析
3．1支護型式
馬鑾中心站主體基坑長221．0m，標準段寬46．6m。主體圍護結構采用800厚地下連續墻＋3道內支撐體系，第一道支撐為鋼筋混凝土支撐，間距8～9m；第二道除盾構井段采用鋼筋混凝土支撐，間距4～6m，其余均為609鋼支撐，壁厚t＝16mm，間距2．5～3．0m。第三道盾構井段800鋼支撐，壁厚t＝16mm，間距2．5～3m，其余均為609鋼支撐，壁厚t＝16mm，間距2．5～3．0m。基坑中間設兩排臨時立柱，臨時立柱樁基礎采用φ1500mm的鉆孔灌注樁兼做抗拔樁，臨時立柱采用4L160×16鋼格構柱。圖1為基坑圍護結構平面布置圖。
3．2支護參數
根據本工程特點，圍護結構采用800mm厚地下連續墻作為圍護結構。地下連續墻在施工階段按施工過程進行受力計算分析，開挖期間地下連續墻作為支擋結構，承受全部的水土壓力及路面超載引起的側壓力。圍護結構采用彈性支點法計算，被動區土壓力用彈簧進行模擬，其水平抗力系數根據土層采用m法，粘性土按照水土合算，砂性土按照水土分算。圍護結構嵌固深度應滿足坑底抗隆起穩定性要求；基坑內側土壓力標準值應不超過圍護結構嵌固段上的被動土壓力標準值；錨拉式、懸臂式支擋結構應滿足整體滑動穩定性要求；懸臂式、單層錨桿和單層支擋結構應滿足嵌固穩定性要求［1］。
3．3荷載計算
馬鑾中心站圍護荷載計算時，鋼筋混凝土結構重度γ為25kN／m3，施工階段采用朗金主動土壓力作為側壓水土壓力，靜水壓力中的水容重為10kN／m3，并以土彈簧模擬方式計算側向土體抗力；地面超載按20kN／m2考慮，對盾構井等處施工期間的較大地面超載、盾構機始發、吊出對工作井的附加力（在盾構拼裝、吊入和吊出工作處的荷載應根據實際施工情況確定并≥70kPa；工作井的地面超載≥30kPa）。施工機具荷載及人群荷載一般不超過10kPa，基航開挖過程中混凝土支撐上的施工荷載一般可按2kN／m考慮，鋼支撐上不得施加荷載。又因本工程圍護結構安全等級為一級，在驗算構件強度時要根據相關規定取值。
3．4抗浮計算
馬鑾中心站施工擬建場地沿線地勢平緩，場地地下水位埋深變化不大，測得地下水穩定水位埋深為0．3～1．5m，水位標高為－0．06～0．79m。依據地勘報告，本站抗浮設防水位按規劃地面標高考慮，經計算，車站主體結構計入地下連續墻自重及地連墻基底下摩阻力后，抗浮安全系數不滿足要求，需增加抗拔樁抗浮，并通過増加3排抗拔樁＋2排臨時立柱樁（兼抗拔樁）抗浮，抗浮安全系數＞1．15，方可滿足要求。本工程中，抗浮驗算包括大、小里程端頭井和標準段的計算，以小里程端頭井抗浮驗算為例做闡述。由于車站為地下3層，結構高度22．45m，端頭井寬度50．5m，基底下設置抗拔樁，抗拔樁和圍護結構共同抗浮，該斷面覆土為2．9m。采用sap建模計算得到端頭井中立柱樁及圍護結構抗浮力。通過計算得知，該段抗浮系數為1．15，不考慮連續墻摩阻力時抗浮系數為1．05。
3．5施工關鍵及注意事項
本工程中，地下連續墻為基坑支護的施工關鍵點。其具體工藝為：導墻施工→連續墻成槽和泥漿護壁→下連墻鋼筋籠制作及吊裝→澆灌混凝土→下一幅段循環。導墻形式和分段澆筑長度宜根據現場地質情況確定并于地下連墻的接頭錯開，保證導墻與土面密貼，防止坍塌。在成槽和泥漿護壁方面，垂直精度≥0．2％，接頭處箱梁兩槽的中心線在任一深度偏差≤60mm。在鋼精籠入槽至設計標高時，用槽鋼穿入鋼精籠豎向桁架上端的吊環內將其擱置在導墻上。混凝土澆筑前利用導管進行15min以上的泥漿循環，鋼筋入槽6h內開始澆灌混凝土，且澆灌上升速度≥3m／h，導管埋入混凝土中長度控制在2～4m。砼的澆筑高度應保證鑿除浮漿后墻頂標高符合設計要求。在圍護結構施工前，應查明車站范圍內的地下管線位置、埋深、管線材質及基礎形式，并匯同業主、監理、設計及有關管線權屬部門共同協商和研究地下管線的遷改、加固和懸吊方案，保證管線的安全和正常使用，在施工中加強對地下管線的監測，根據監測數據采取注漿加固或地下水回灌等措施，以免管線破壞，造成不必要的損失。管線改遷、保護及監控方案必須報管線主管部門批準后方可實施［2，3］
4深基坑支護設計優化策略
4．1合理選擇施工工法
深基坑支護體系的設計工作需兼顧多方面的因素，基本前提在于選擇合適的施工工法。縱觀現階段的地鐵車站深基坑工程發展狀況，如暗挖法、明挖順作法、蓋挖逆作等都得到廣泛應用。以本工程現場及周邊的環境為參考，經分析后決定采用明挖順作法，其優勢在于安全性好、技術可行性高、施工質量易控制，且可以減少施工成本投入。
4．2合理選擇支護體系
深基坑支護體系的選擇直接關乎施工現場的安全狀況，可選的支護型式較多，具體要從技術可行性、安全性等方面作對比分析，選擇與施工需求相符的支護型式［4，5］。伴隨支護型式的不同，其對應的工程造價也存在差別，為提高工程項目的經濟效益，相關設計人員需兼顧支護型式在應用中的成本問題。現階段，鉆孔灌注樁、地下連續墻等都是較為可行的方法。地下連續墻作為一種成熟的施工工藝，非常適用于深基坑施工中。相比鉆孔灌注樁施工，它既可以作為基坑的維護，也可以當做基坑的內襯墻使用，且適用基坑深度較深的地方，如地鐵車站或較深的建筑項目。此外，地下連續墻止水效果較一般基坑支護形式好，再配合鋼支撐或混凝土支撐可提升擋土的效果，保持基坑的穩定性，雖然施工成本略高，但具備效果好和安全系數高等優點，在眾多地鐵車站深基坑支護工程中應用較為廣泛。
5結語
地下連續墻施工時振動小、噪音低，非常適于城市施工，且墻體剛度大，在基坑開挖后可承受很大的土體壓力，極少發生地基沉降或塌方事故，值得應用和推廣。
參考文獻：
［1］高勁松，劉敏捷．地鐵車站大型深基坑圍護體系選型合理性研究［J］．江西建材，2019（6）：158～159．
［2］趙東振．地鐵車站深基坑支護體系設計研究［J］．智能城市，2019（15）：59～60．
［3］楊葵鳳．地鐵深基坑支護形式優化選型分析［D］．鄭州：鄭州大學，2015．
［4］朱偉強．某地鐵車站基坑支護設計與分析［J］．建材與裝飾，2017（13）：239～240．
［5］楊軍彩，趙乃志．地鐵車站超深基坑支護設計優化與施工［J］．四川建材，2020（4）：55～56，63．
作者：朱晶晶 單位：廣州地鐵設計研究院股份有限公司
