武漢某地鐵車站深基坑支護設計及地下水處理措施

何李 殷凱

摘 要：通過武漢市某地鐵車站基坑支護及降水設計實例，詳細介紹了該工程基坑支護及降水設計要點，為今后類似工程地質條件下深基坑設計提供了重要的參考和借鑒。

關鍵詞：地鐵車站深基坑；基坑支護；地下水處理

武漢市是我國中部崛起概念下的支點城市，近幾年城市建設和經濟得到了較快發展。但城市公共交通仍以常規地面交通為主，公交服務水平較低，與武漢市的城市地位和功能不相適應。因此，大力發展地鐵交通是城市發展的必要選擇。武漢市是眾多江湖交錯的城市，地質條件復雜，加之地鐵工程身處鬧市，周邊環境較為復雜；所以，地鐵工程深基坑的設計和施工尤為重要。

1 工程概況

該工程位于武漢市漢陽區江城大道與規劃道路交叉路口，車站東西向設置于規劃道路下，并與軌道交通10號線車站換乘，本工程位于遠期10號線盾構區間上方。江城大道與規劃道路十字路口西側及南側為南太子湖；東南側現狀為空地；東側為一大型廠區；北側現狀為荒地、魚塘，規劃為商業居住用地，江城大道跨太子湖建有太子湖大橋。江城大道紅線寬70m，雙向六車道，規劃道路紅線寬50m，目前尚未實施。

該工程為地下2層島式車站，大里程端帶單渡線，車站外包總長304.9m，車站采用明挖法施工。車站主體基坑標準段寬22.1m，端頭盾構井處寬27.2m，基坑深度約17.2～19.1m，總開挖面積約6000m2。

2 場地地質條件

2.1 工程地質概況

本車站場區位于長江Ⅲ級階地，地形較為平緩，地面高程介于19.7～22.5m。基坑開挖深度范圍內，表層為1-1層雜填土、1-2素填土層，厚度約1.0～4.5m；中上部均以Q2堅硬狀的老黏性土為主，局部（主要大里程端附近）發育薄層Q4流塑狀淤泥及細砂；基坑底板置于Q2堅硬狀的老黏土中。距離基坑底板11m以下為10-2層角礫，厚度7～10m；下伏白堊-第三系15大層泥質粉砂巖，巖面標高-17～-23m，強風化層厚度1～3m。其主要物理力學指標見表1。

表1 地質物理力學表

2.2 水文地質條件

根據含水介質和地下水的賦存狀況，可將場區內地下水劃分為上層滯水、孔隙承壓水、基巖裂隙水三種類型。上層滯水無統一的自由水面，水量有限。勘察期間，穩定水位埋深多在2～3m。孔隙承壓水主要賦存于10-2層角礫中，具承壓性，接受周圍土層孔隙水側向補給，并進行側向排泄，承壓水位標高為17.5～20.0m。基巖裂隙水主要賦存于強～中等風化基巖裂隙中，總體水量貧乏。

3 基坑支護方案選擇

支護結構設計應根據基坑環境條件及其保護要求、巖土工程條件、基坑開挖深度以及基坑平面形狀和面積大小、場地施工條件以及選用的施工工藝和設備情況，通過多方案比選，制定安全可靠、技術可行、施工方便、經濟合理的支護結構方案，確保工程的順利進行。

3.1 圍護結構選擇

根據《湖北省地方標準基坑工程技術規范》DB42/159-2012要求，本基坑保護等級定為一級。因此必須實施有效的基坑支護措施，以確保車站基坑和施工期間周邊環境的安全。

武漢地區常見的車站圍護結構形式有SMW樁、鉆孔樁、地下連續墻等。本站地處三級階地，并綜合考慮工程成本及施工難易情況，本站主體圍護結構采用？準1000@1400鉆孔灌注樁，車站標準段圍護樁插入深度按不小于5.5m控制，盾構井段圍護樁插入深度按不小于6.5m控制。在局部細砂和淤泥分布區鉆孔樁外設置？準850@600三軸攪拌樁進行止水。

3.2 支撐體系選擇

車站標準段第一道支撐采用鋼筋混凝土支撐（B×H=800×800），第二道除局部細砂和淤泥分布區采用？準800（t=16mm）鋼管撐外，其余第二道及第三道采用？準609（t=16mm）鋼管撐；盾構井第一道支撐采用鋼筋混凝土支撐（B×H=800×800），第二～四道采用？準609（t=16mm）鋼管撐+1道鋼管換撐；圍護樁上冠梁兼作壓頂梁，設計尺寸為1600mm×800mm。

由于基坑較寬，在基坑中部沿縱向設置臨時鋼立柱及柱下鉆孔灌注樁作為水平支撐系統的豎向支撐構件。臨時鋼立柱采用由等邊角鋼和綴板焊接而成的4L160×14型鋼格構柱，截面尺寸為500mm×500 mm，鋼立柱插人作為立柱樁的鉆孔灌注樁3m。立柱樁采用？準1000灌注樁，鋼立柱在穿越底板的范圍內需設置止水片。

4 基坑支護方案驗算

4.1 計算原則

圍護構件根據承載能力極限狀態及正常使用極限狀態的要求，分別進行承載能力的計算和穩定、變形驗算，不進行裂縫驗算。土壓力標準值采用朗肯理論公式分層計算。地下水位以上采用總應力法計算主、被動土壓力；地下水位以下土層的土、水壓力，對黏性土和粉土采用總應力法，對粉、細砂采用有效應力法。地面超載均按20KPa進行計算。

4.2 計算分析

本車站采用湖北省通用的天漢軟件進行計算，根據車站結構形式、基坑深度和地質條件的不同，將車站分為六個計算斷面，現僅介紹車站中間段標準斷面計算結果。

圖1 天漢基坑計算結果

由以上計算可知，樁排結構設計參數：間距=1.3m、D=1m、設計樁長=21.6m、嵌入深度=5.5m、滿足樁長構造要求、樁身彎矩設計值：（正工況）=1097KN·m、（逆工況）=1355KN·m；撐錨力設計參數： 支撐1軸向壓力設計值：（正工況）=159KN/延米，支撐2軸向壓力設計值：（正工況）=811KN/延米、（逆工況）=1075KN/延米，支撐3軸向壓力設計值：（正工況）=902KN/延米；逆工況換撐設計參數：第1道換撐（深度=9.8m）軸向壓力設計值=1050KN/延米、第2道換撐（深度=4.1m）軸向壓力設計值=120KN/延米。

正工況最大位移aSmax=11mm（d=14.0m、step=6），被動區最小抗力安全系數aKtk_min=1.062（step=6、>=1.05，滿足）；逆工況最大位移bSmax=14mm（d=12.2m、step=7）。故方案滿足相關規范要求。

5 地下水處理

根據地勘報告可知，場區地下水主要為賦存于10-2層角礫內的孔隙式承壓水，承壓水頭較高，觀測標高為17.5～20.0m，基坑開挖過程中，場區地下水存在承壓水突涌破壞的威脅。故設計中取最不利斷面——隔水層最薄的斷面，采用式1進行驗算。

（1）

Kh-突涌穩定安全系數；Kh不應小于1.1；D-承壓水含水層頂面至坑底的土層厚度（m）；γ-承壓水含水層頂面至坑底土層的天然重度（kN/m3）；hw-承壓水含水層頂面的壓力水頭高度（m）；γw-水的重度（kN/m3）；

未降水前：

D取11m，γ取20.7kN/m3，hw取27m，γw取10kN/m3。經計算，安全系數為0.843<1.1，基坑底部土抗承壓水頭不穩定！

承壓水頭標高計算：

，故hw≤20.7。即承壓水含水層頂面的壓力水頭高度需小于20.7m。結合所選取最不利斷面，承壓水水頭標高需降至12m。

6 結束語

結合某深基坑工程，詳細了解和分析現場的環境及地質情況，根據以往的工程實踐經驗，從經濟合理結構安全的角度，提出適合本工程特點的支護結構方案，并對該基坑支護結構設計及降水方案進行詳細的分析研究。深基坑越來越廣泛的運用于城市建設中，而城市建設周邊環境較復雜，本設計可為類似工程地質條件的深基坑設計提供適當的參考。

參考文獻

[1]JGJ120-2012.建筑基坑支護技術規程[S].

[2]DB42/159-2012.基坑工程技術規程[S].

[3]JBJ/T111-98.建筑與市政降水工程技術規范[S].

[4]JGJ94-2008.建筑樁基技術規范[S].

[5]劉國彬，王衛東.基坑工程手冊[M].

作者簡介：何李（1985-），男，助理工程師，從事地鐵設計工作。