某地鐵不規(guī)則基坑支護方案優(yōu)化選擇

姜艷紅

(中鐵工程設(shè)計咨詢集團有限公司城市軌道交通設(shè)計研究院，北京 100055)

0 引言

隨著城市的發(fā)展，地下軌道交通受到越來越多的城市青睞。地下軌道交通基坑的形狀也多種多樣，基坑工程的安全性極其重要。地鐵基坑工程具有工程量大、技術(shù)難度高、不可預(yù)見因素多等特點，其支護結(jié)構(gòu)的安全可靠性不僅影響基坑工程，而且往往會影響周邊的環(huán)境。同時，它雖然是臨時結(jié)構(gòu)，但是其費用很高，對工程總造價的影響不容忽視。因此，如何選擇既安全可靠又經(jīng)濟合理的基坑支護結(jié)構(gòu)，具有現(xiàn)實意義。尤其是對不規(guī)則形體且基坑周邊建筑物繁多的深基坑，支護結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)化選擇顯得尤為重要。

1 工程概況

1.1 建筑概況

深圳地鐵3號線紅嶺站B通道、換乘通道和2號風道合建，位于紅嶺中路西側(cè)，紅荔路南側(cè)，紅嶺中路及紅荔路地面車流較大，交通繁忙。基坑附近有建筑物大家樂、文藝樓、科技樓等，基坑深度約 15.31 m ～16.56 m，基坑寬度 49.8 m ～94.5 m，基坑平面形狀不規(guī)則，基坑平面形狀見圖1。

圖1 基坑平面形狀示意圖

1.2 水文地質(zhì)情況

本基坑從上到下依次為:①-1素填土，厚約4.1 m;⑥-2粉質(zhì)粘土，厚約 5.7 m;?-1全風化花崗巖，厚約 5.2 m;?-1-2全風化花崗巖，厚約 1.6 m;?-2強風化花崗巖，厚約 1.4 m;?-3中等風化花崗巖，厚約6.9 m;?-4微風化花崗巖(見表1)。基坑位于粉質(zhì)粘土及全風化花崗巖層。

場地無地表水系流過，地下水主要賦存在松散覆土及基巖的裂隙中，主要存在松散土層孔隙水及基巖裂隙水，地下水位埋深1.9 m～6.8 m。場地內(nèi)地下水水量較豐富。

2 基坑圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 圍護形式的選擇

本基坑周邊建筑物密集，施工場地狹小，又處于交通要道，不具備斷道施工條件，采用大范圍放坡開挖的施工顯然不適合;地下連續(xù)墻防水效果好，但相對于鉆孔灌注樁場地占用較大，工程造價相對較高，此處不宜采用，經(jīng)綜合考慮，結(jié)合地區(qū)工程實踐，選用鉆孔灌注樁+旋噴樁圍護形式。

表1 基坑支護巖土設(shè)計參數(shù)

2.2 基坑支護方案

2.2.1 基坑支護方案選擇

本基坑特點:

1)形狀不規(guī)則基坑寬度較大，橫向最寬49.8 m，縱向則達到94.5 m;

2)周邊建筑物及管線較多，要求控制基坑周邊土體的沉降及水平位移;基坑規(guī)模大，基坑內(nèi)支撐可采用錨索、混凝土支撐或鋼支撐。基坑周邊建筑物較多，又存在較多市政管線，大面積采用錨索不可避免與管線沖突，造成部分管線改移導致費用增加，因此排除全部大面積采用錨索的支撐方案，考慮采用內(nèi)支撐的方案。由于基坑形狀不規(guī)則，如何合理布置圍護樁及內(nèi)支撐的位置，使得整個受力體系達到最優(yōu)，是此基坑設(shè)計的關(guān)鍵。

基坑支護方案包括:

1)整體支護方案(采用鋼支撐)。考慮整體開挖，采用鋼支撐內(nèi)支撐支護方式，基坑圍護結(jié)構(gòu)平面布置圖見圖2，支撐水平間距約3 m。考慮整體開挖方案，采用鋼支撐方式，支撐跨度大，最大的跨度將近50 m，跨度超過13 m的支撐將近90%，為了滿足支撐的強度和穩(wěn)定性，超過13 m的支撐架設(shè)臨時立柱。

2)整體支護方案(采用混凝土支撐)。考慮整體開挖方案，采用混凝土支撐支撐方式，基坑圍護結(jié)構(gòu)平面布置圖見圖3，支撐水平間距約6 m。考慮整體開挖方案，采用混凝土支撐方式，支撐跨度大，最大的跨度將近50 m，跨度超過15 m的支撐占81%，為了滿足支撐的強度和穩(wěn)定性，超過15 m的支撐架設(shè)臨時立柱。圍護結(jié)構(gòu)相同，采用鋼支撐內(nèi)支撐，支撐間距較混凝土支撐密一倍多，二者最長的支撐長度大致一致。

圖2 基坑圍護平面布置整體施工（采用鋼支撐）示意圖

圖3 基坑圍護平面布置整體施工（采用混凝土支撐）示意圖

3)分期支護方案。由于整體施工，支撐跨度大，而且需要設(shè)置大量的臨時立柱，增加了施工難度、風險及影響了施工進度，因此提出了化整為零的分期施工的方案。分期施工的一期基坑圍護結(jié)構(gòu)平面布置圖見圖4，水平間距約3 m。分期施工的一期基坑規(guī)則常規(guī)，采用了鉆孔灌注樁+旋噴樁+鋼支撐的內(nèi)支撐方式。一期基坑同時滿足3號線的按期開通需求。一期基坑跨度超過13 m的鋼支撐，架設(shè)臨時立柱，占總鋼支撐數(shù)量的19%。

圖4 基坑圍護平面布置分期一（采用鋼支撐）示意圖

2.2.2 施工方案設(shè)計計算比較

上述施工方案根據(jù)當?shù)毓こ虒嵺`均可行，現(xiàn)將整體施工和分期施工方案進行計算和比較，并列出兩種支護方案支護結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和位移計算結(jié)果，見圖5。

從上述計算結(jié)果可以看出，三種方案圍護樁位移相差不多，分期施工采用鋼支撐的位移最小，整體施工采用混凝土支撐的位移次之，整體施工采用鋼支撐的位移相對最大。圍護樁內(nèi)力整體施工采用混凝土支撐最小，分期施工采用鋼支撐次之，整體施工采用鋼支撐的最大。對于圍護樁內(nèi)力采用混凝土支撐雖然相對鋼支撐最有利，但優(yōu)勢不是很明顯(比分期施工采用鋼支撐小14.3%，比整體施工采用鋼支撐小18.3%)，但現(xiàn)場施工來講，鋼支撐相比混凝土支撐，進度快，造價低，施工安全性高，而且混凝土支撐后期鑿除費用高，因此不推薦采用混凝土支撐。對于鋼支撐來說，分期施工比整體施工的圍護樁內(nèi)力和位移都小，而且采用分期施工，臨時立柱比整體施工要少的多，臨時立柱雖然可以減少支撐跨度，但臨時立柱現(xiàn)場架設(shè)相對困難，對于防水不利，增加施工難度，一般都避免使用。從安全性和經(jīng)濟性的角度來講，推薦采用分期施工鋼支撐方案，而且現(xiàn)場也是采用這一方案施工，同時采用分期施工，可以利用施工場地范圍內(nèi)的空間，降低了施工成本。

圖5 基坑圍護內(nèi)力位移計算

3 結(jié)語

1)在圍護結(jié)構(gòu)相同的前提下，混凝土支撐相比鋼支撐，圍護結(jié)構(gòu)的內(nèi)力最有利，當優(yōu)勢不是很明顯的情況下，宜優(yōu)先采用鋼支撐。2)不規(guī)則基坑的支護方案常規(guī)采用圍護結(jié)構(gòu)+錨索的支護方式，但在錨索受限的環(huán)境下，采用化整為零、化復雜為簡單的思路，采用分期實施的方案，可以加快施工速度，降低施工風險。分期施工同時有效地解決了施工場地不足的問題，降低了施工成本。

［1］吳水根，劉 勻.不規(guī)則基坑支護方案的優(yōu)化選擇［J］.建筑施工，2003(8):11-12.

［2］孫 菁.復雜基坑圍護結(jié)構(gòu)的設(shè)計［J］.建筑與施工，2006(15):116-117.

［3］李有宇.某大型廠區(qū)內(nèi)復雜深基坑支護設(shè)計［J］.山西建筑，2010，36(3):106-107.