鄭州綜合交通樞紐地下空間基坑支護工程方案設計

徐慶和，黃中磊，曲瑞龍，崔國俊，琚波

（1.河南省鄭州新區建設投資有限公司 河南 鄭州 450000）

（2.中國市政工程華北設計研究總院有限公司 天津 300743）

（3.中建八局第二建設有限公司 山東 濟南 250022）

1 工程背景

鄭州綜合交通樞紐東部核心區地下空間綜合利用工程項目位于鄭東新區東南部，為七里河南路、圃田西路、商鼎路、博學路圍合區域。地塊長約950m，寬約1 000m。工程西接東站東廣場，東連規劃360m 塔樓、蓮湖景區；地鐵一號線貫穿通過，并設博學路站。地面道路、地下環路環繞主體，形成立體交通網絡。

本項目包括地上部分和地下部分，地上部分為人行步道橋、景觀公園、附屬設施和公共服務設備用房；地下部分為地下一層附屬設施及商業用房，地下二、三層地下車庫。本項目地下三層空間及地上建筑物采用現澆鋼筋混凝土框架結構，地下一層層高5.9m，地下二層層高5.3m，地下三層層高為4.2m，基坑開挖深度約14.40～17.40m。

圖1 鄭州綜合交通樞紐地下空間項目

2 工程建設條件

2.1 場地工程地質條件

項目工程建設區域內地層結構主要由人工堆填土（Q4ml）、壓實填土（Q4ml）、全新統（Q4）沖洪積層以及上更新統（Q3）沖洪積層組成，全新統地層結構主要為粉土、粉砂以及粉質黏土；上更新統地層結構主要為粉土、粉質黏土、粉砂、細砂、中砂組成。

2.2 場地堆土

擬建圃田西路、七里河南路，博學路以及商鼎路環繞區目前為鄭東新區綜合交通樞紐地下道路工程施工區域，已經全封閉，商鼎路、七里河南路東段以及博學路已經全道路封閉。主隧道箱體已成，原隧道采用放坡開挖，目前已回填。在1 號線一期工程新鄭州站-博學路站區間已建隧道兩側有大量推土，主要堆土集中在C 基坑靠近隧道一側。

2.3 場地周圍主要構筑物

鄭東新區綜合交通樞紐區地下道路工程位于鄭東新區綜合交通樞紐區核心區東廣場，定位為其他區域與核心區地下停車設施的快捷聯系通道，兼服務于鄭州東站樞紐。服務對象以周邊商務、辦公、購物出行車輛為主，兼供通往商業的輕型貨車。本項目的建設將減少核心區地面車輛，營造潔凈的地面環境，形成綠地、景觀有機結合、統籌協調、功能完善、空間靈活的一體化空間。

地下道路工程是本項目交通專業的主要骨骼和神經，其主要作用是溝通周圍地面道路與地下空間項目交通專業的聯系。地下環路的主隧道結構緊鄰本項目施工。

2.4 本項目與地鐵一號線相對關系

該項目工程范圍內有鄭州地鐵一號線橫貫東西，新博區間為西起鄭州東站，東至博學路車站，左線全長838.994m，右線全長838.960m，采用明挖+盾構的施工方法。博體區間線路從博學路站出發至體育中心站，左線全長2 190.831m，右線全長2 212.110m，全區間采用盾構法施工。車站采用明挖法施工。

圖2 地下道路工程與本項目關系

圖3 鄭州地鐵一號線與本項目關系

2.5 地下水位相關情況

根據基坑監測單位提供的地下水位數據，地下水位AC 坑約為70.17m，BD 坑左側水位高約為70.72，右側約為71.54m，AC 基坑區域地下水位大部分離隧道底約3.86m，博學路站附近離結構底約0.82m，博體區間隧道縱坡較大，從水位觀測數據來看，同期地下水位變化量不大，地下水位上浮0.5～1m 左右。

3 基坑工程設計方案

3.1 鉆孔灌注樁+兩道水平支撐基坑支護方案

綜合分析周圍設計施工條件，為方便基坑開挖，結合基坑的形狀，采取的基坑方案1 為鉆孔灌注樁+兩道水平支撐控制基坑開挖期間的變形，采用三軸攪拌樁帷幕止水，防止坑外水位下降，引起地面沉降。為方便基坑開挖，結合基坑的形狀，對8 個基坑總體采用角撐+對撐的形式。

3.1.1 水平支撐體系

本方案中，支撐采用對撐結合角撐。采用該種支撐形式，可以在局部達到換撐條件的情況下，進行局部支撐的拆除，加快施工工期。

3.1.2 豎向支承系統

方案采用臨時鋼立柱及柱下鉆孔灌注樁作為基坑開挖階段水平支撐體系的豎向支承構件。臨時鋼立柱采用由等邊角鋼和綴板焊接而成的4L160×16 型鋼格構柱，其截面尺寸為460×460mm，鋼材型號為Q345B，立柱插入作為立柱樁的鉆孔灌注樁中。擬增打樁徑Φ700 的鉆孔灌注樁作為立柱樁，增打的鉆孔灌注樁樁長擬定為20m，樁身混凝土設計強度等級為C30。立柱和立柱樁定位偏差不大于20mm，鋼立柱垂直度不大于1/200，立柱在穿越底板的范圍內需設置止水片。

圖4 基坑支護方案1

3.2 地連墻+水平撐的支護方案

綜合分析項目的特點，本工程場地土以粉土、粉質黏土等組成。該工程項目為全部地下結構，對于支護系統為考慮采用地連墻結構，該結構用于支護和后期結構外墻，及兩墻合一的結構形式，節省工程造價，通過相關計算軟件進行計算并綜合比選，建議遠離地鐵一側采用放坡+水平撐的支護形式。靠近地鐵一側由于只有一層地下結構，推薦采用鉆孔灌注樁支護結構[2]。

該支護項目中，A～D 基坑均采用淺層放坡卸土+地連墻結合一道水平支撐的順作法支護形式。B3、D3 基坑較淺，采用放坡結合地連墻懸臂支護。A～D 基坑靠地鐵隧道一側一層地下室外擴，A～D 基坑靠隧道一側淺層采用懸臂鉆孔灌注樁支護。

3.2.1 水平支撐體系

本方案中，支撐采用對撐結合角撐。采用該種支撐形式，可以在局部達到換撐條件的情況下，進行局部支撐的拆除，加快施工工期，鋼筋混凝土水平支撐具體情況詳見附圖。

圖5 遠離地鐵側基坑支護方案

圖6 靠近地鐵側基坑支護方案

圖7 地連墻+水平撐支護（局部）

3.2.2 豎向支承系統

方案采用臨時鋼立柱及柱下鉆孔灌注樁作為基坑開挖階段水平支撐體系的豎向支承構件。臨時鋼立柱采用由等邊角鋼和綴板焊接而成的4L125×12 型鋼格構柱，其截面尺寸為400×400mm，鋼材型號為Q345B，立柱插入作為立柱樁的鉆孔灌注樁中。擬增打樁徑Φ700 的鉆孔灌注樁作為立柱樁，增打的鉆孔灌注樁樁長擬定為15m，樁身混凝土設計強度等級為C30。立柱和立柱樁定位偏差不大于20mm，鋼立柱垂直度不大于1/200，立柱在穿越底板的范圍內需設置止水片。

3.2.3 支護結構

A～D 基坑支護結構普遍采用800mm 厚地下連續墻兩墻合一，墻底進入不透水層，連續墻采用剛性接頭。

地連墻與樓板連接采用地連墻預留鋼筋，通過與邊梁連接與樓板進行結合的方式。

圖8 地連墻與底板連接

3.3 支護方案分析比選

地下連續墻支護系統主要是通過成槽機挖槽。形成一條狹長的深槽，然后吊裝鋼筋籠并灌注混凝土。該支護體系整體性好，剛度大，抗滲性能好。施工影響小，被廣泛應用于深基坑工程項目，其缺點是建設成本較高，但該工程方案采用地連墻+水平撐的支護形式，水平支撐采用一層撐，地連墻作為支護和結構墻兩墻合一用，綜合考慮降低了工程造價[3]，并且施工交叉較少，由于少一層水平支撐，施工速度較快。

4 結語

對于現有深基坑項目而言，常規的支護方式有多種，依托鄭州綜合交通樞紐東部核心區地下空間綜合利用工程深基坑項目，從造價、施工難度和可行性等實際操作層面出發以綜合比選深基坑支護結構。通過分析工程地質條件，周圍地下道路情況，以及該工程項目與地鐵一號線的相對關系。可采用三軸攪拌樁+支護樁+兩層水平撐和淺層放坡卸土+地連墻+一層水平撐支護方案，綜合各方面因素，優先選用淺層放坡卸土+地連墻+一層水平撐支護方案，該方案安全合理，經濟性高，經過相關計算分析及論證，證明該支護方案在深基坑工程的開挖過程中，支護體系安全可靠，地下道路變形在安全控制范圍，軌道交通一號線相關變形參數在允許范圍內。證明該支護方案安全有效。

建議的后續施工單位采取的必要措施：

制定詳細的基坑開挖方案，建議采用分層分塊開挖。

表1 基坑支護設計方案比選

加強隧道監測，根據監測情況調整基坑開挖順序，靠近地鐵一側土體最后開挖。

地下室結構根據開挖情況分段施工，完成一段基坑，施工一段結構，不留涼槽時間。