地鐵深基坑工程支護結構優化措施

張寶文

(中鐵十六局集團北京軌道交通工程建設有限公司，北京 101100)

0 前 言

基坑工程發生于建筑物下方區域，可起到提升建筑主體安全性、緩解周邊環境不良影響等多重效果，集基坑支護、開挖等多項技術于一體，若開挖深度達5 m，即可視為深基坑工程。在長期發展下，深基坑工程技術已經被廣泛應用于建筑項目中，是推動地鐵車站工程的重要技術支持[1]。

1 工程概況

河南省洛陽市紗廠東路站設置為典型地下三層島式結構，站臺總寬度13 m，為雙柱三跨鋼筋基礎構成的混凝土箱型框架形式。車站里程范圍DK10+915.650～DK11+074.250，項目總長度158.6 m，設置為2%縱坡，標準段底板埋深達24.06 m。中心里程覆土厚度3.2 m，整體共設置有5個出入口，并增設三組風亭以滿足車站空氣流動要求。

2 深基坑工程支護結構發展狀況

2.1 現階段典型支護結構類型

現階段的深基坑支護結構呈多樣化特性，應用較為廣泛的有混凝土圍護墻等多種形式。具體而言，混凝土圍護墻為典型的重力式圍護結構，基于自身重力可抵御來自于深基坑產生的側向力，以達到平衡狀態，省去了大量支撐結構，所需費用得到有效控制，滿足機械挖土條件[2]。土釘支護主要發生于邊坡原位處，在此基礎上通過增設加筋支護的方式提升整體穩定性，使用以混凝土為原材料的攪拌樁帷幕，大幅增強深基坑隔水性，基于二次灌漿的方式也提升了土體固結程度，保障項目各處的穩定性。

樁排支護采用的是鉆孔灌注樁，解決了機械施工樁難以咬合的問題，排樁結構對抵抗側壓力效果優良，由于使用到了混凝土墻，因而具備顯著的擋水效果。圍護樁遵循分槽段構筑原則，所以剛度較好，在發揮擋墻圍護結構的同時還可成為主體結構側墻。板式支護應用較為廣泛的有圍護墻、防水帷幕等，得益于主支護體系，具備鋼結構施工便捷、工程成本低、鋼筋混凝土結構穩定性好等多重優勢。

2.2 支護結構步驟

確定合理深基坑支護結構具有顯著意義，需嚴格遵循選型、計算、驗算的流程展開。支護結構選型是影響整體支護效果的關鍵，需全面考慮到基坑深度、周邊建筑物狀況、地質環境等多方面因素，在此基礎上考慮建筑平面配置、預算等要求，明確支護樁測土壓力、支護樁嵌入深度、結構內力等，這些指標都要得到工程人員的準確計算，綜合上述多重因素最終給出方案。針對所得方案做全面驗算，現階段應用效果較好的是模糊綜合評判法，在實際工作中需創建評價層次分析結構模型，并分析權重與特征根、因素集權重等，以上述為基礎實行模糊變換，得到與方案有關的評價結果，針對某些不足之處做出改進，以提升支護結構方案的完善性。

2.3 支護結構施工中常見問題

為保障工程施工安全性，實際工作中支護選型較為保守，在獲得穩定性的同時隨之加大投資，引發車站工程造價高的問題，具有很強的局限性。此外，若一味追求經濟效益，又會制約基坑乃至車站整體質量，出現基坑失穩、過度變形等質量問題，存在大量安全隱患，稍有不當就將面臨更大的經濟損失。由于工程所處環境特殊，要確定土壓力與支撐方案并非易事，僅憑借時空效應等理論層面的分析不具高度適用性，實際工程情況錯綜復雜，無法準確認知到基坑支護的關鍵要點，為整個支護結構施工帶來更多阻礙。

3 支護結構優化方案

3.1 準確選用圍護墻模式

合理的支護結構類型建立在土質、水位等多方面因素之上，同時還要滿足安全性與經濟性雙重原則。通常而言，若支護深度在6 m以內且所處區域為軟土地基，較為可行的有混凝土圍護墻；若基坑測壓在12 kPa以內，同時地下溫度在20℃內，必須輔以降水措施。基于土釘墻可構成超前支護結構，有效解決坑底管涌等不良問題，因此，施工地區若以砂性土、粉土為主，較為可行的方式為土釘墻結構，這也是長期被廣泛應用于東南沿海一帶的關鍵技術。

樁排支護的適用性好，可在一至三級基坑中使用，大量工程實例表明，若基坑深度介于8～14 m區間內，基于此方式的應用效果最佳。圍護樁具備較高的剛度，可帶來優良的止水效果，在深基坑施工中具有較高可行性。若深基坑達到7 m或是更高，可為之引入板式支護體系，全方位考慮基坑深度、周邊環境要求等多方面因素，進一步明確結構形式，即采用鋼結構還是鋼筋混凝土結構。

3.2 優化計算方式

3.2.1 圍護樁+內支撐工藝方法

設置的圍護樁厚度800 mm，長32.22 m，嵌固深度14.5 m。在此基礎上，設置第一道混凝土支撐，形成規格為800 mm×1 000 mm的截面，在基礎上增設二、三、四鋼支撐的同時并輔以倒撐結構，具體規格為壁厚16 mm、直徑800 mm。立足于本工程實際狀況，引入FRWS7.2展開對支護方案的分析，編制內力位置包絡圖與沉降圖，地表沉降圖如圖1所示。

圖1 地表沉降圖

從圖1得知，支護結構整體狀況良好，可滿足工程各項規范要求。地面最大沉降值13.60 mm，主要集中在與坑邊相距12.2 m的區域。

3.2.2 鉆孔灌注樁+內支撐工藝方法

深基坑計算方法直接影響到支護結構的應用效果，當前基于深基坑支護衍生出的計算方法諸多，較為典型的有三種：①經典理論法，如靜力平衡法等，是基于力的平衡理論而延展出的方法；②解析法，如彈性法等，最為突出的特點在于對壓力做出假定；③有限元分析法，如三維實體有限元法等，針對基坑支護結構創建三維實體模型并展開直觀分析[3]。縱觀行業發展狀況，在信息技術大范圍普及之下，為深基坑支護計算工作提供了更為可行的方法，充分借助計算機的高效運行能力，創建有限單元體并獲得與之相關的位移-荷載函數關系，經系統分析后進一步獲得應力、應變實際情況，從而可以對深基坑支護結構的認知更加深入。

3.3 實時監測

出于全面提升深基坑穩定性的目的，針對支護結構實行全方位監測勢在必行。監測內容需覆蓋至五個方面，即周邊沉降、外側土體位移、樁頂沉降、圍護樁位移以及支撐軸力。

3.4 兩種支護方案對比分析

針對上述提及的兩種支護方案展開對比，就側移與地表沉降最大值而言，圍護樁的方式可行性更高，兩項結果均優于鉆孔灌注樁支護形式，其減幅達到16.45%、13.92%；從彎矩指標來看，前者也明顯低于后者，減幅達26.88%。總體上，基于圍護樁與內支撐支護相綜合的方式可行性較高，在高水位軟土地基中可保障基坑周邊土體的穩定性，有效控制變形幅度。且圍護樁剛度較大，無論是擋土還是止水效果都更加優良，相較鉆孔灌注樁而言具有明顯優勢。

4 結束語

地鐵車站施工地質環境特殊，深基坑支護穩定性至關重要，若要全面保障工程質量，需立足于實際情況選定合適的施工方法。經多項指標的對比分析后，得知圍護樁與內支撐方案更具可行性，抗變形效果優良，且有效控制了地表周邊沉降問題，充分發揮出圍護樁與內支撐的雙重優勢，為深基坑施工作業創造了穩定環境。總體上，該方案可行性較高，對于深基坑支護工程而言具有一定的參考價值。