軟土地區地鐵深基坑超挖案例分析

駱涼平

（廣州地鐵設計研究院有限公司）

0 項目概況

華東地區某在建地鐵基坑平面為長條形，采用明挖順做法施工，圍護結構采用800mm 地下連續墻。基坑長213.2m，標準段寬22.7m、深度約17.1m，地墻插入深度約為17m，插入比約為1：1.0；端頭井部位寬26.8、深度為18.3m，地墻插入深度為18m，插入比約為1：1.0。基坑豎向設置1 道混凝土支撐+4 道鋼支撐。基坑周邊有三層磚混建筑（淺基礎）以及地上12 層、地下一層鋼筋混凝土建筑（樁基礎，有效樁長28m），該建筑物距離基坑最近處約10m，位于1 倍基坑深度以內，基坑的變形保護等級確定為一級。

地下連續墻、坑底加固、立柱樁等已經按照原設計全部施工完成后，根據物探單位報告，區間上方新發現障礙物，導致區間隧道埋深加大，由于距離較近，此時線路已無法調整坡度，引起車站基坑深度加深1.5m。

圖1 圍護結構平面圖

1 地質條件

基坑開挖范圍內主要為①1雜填土、②2粉質粘土、④1淤泥質粘土、⑤2粉質粘土、⑤3粉質粘土夾粉土、⑥1淤泥質粉質粘土、⑦1粉質粘土。

基底趾位于⑥1淤泥質粉質粘土、⑦1粘土；墻趾位于⑨2粉質粘土、⑩1粘土。

表1 土層地質參數

2 方案分析及處理措施

加深后標準段基坑開挖深度為18.6m，插入比約為0.83；端頭井段基坑開挖深度為19.8m，插入比約為0.83。原設計方案已無法滿足現狀基坑開挖深度的要求，面臨的問題主要有以下幾方面：

⑴由于鋼支撐架設的預埋鋼板已經按照原設計施工完成，因此支撐位置已經無法調整。

⑵基坑開挖及回筑階段，圍護結構下端計算跨度增大，原圍護結構設計配筋無法滿足受力需求。

⑶坑底最下道鋼支撐軸力增大，鋼支撐軸心受壓穩定性不滿足要求。

⑷圍護結構插入比減小，需驗算各項穩定系數及變形是否滿足規范要求。

⑸坑底加固對基坑開挖的有利作用減弱，鋼格構柱在立柱樁內插入深度減小，對支撐體系的穩定性不利。

針對以上問題，為保障基坑開挖安全及控制周邊建構筑物沉降、傾斜，采取在原設計支撐下增設一道鋼支撐，并在回筑階段增設一道鋼換撐的措施，具體如下：

①基坑開挖深度整體增加1.5m，標準段及端頭井段鋼支撐預埋鋼板全部保留，原設計第一道砼支撐、第二～五道鋼支撐位置不變。

②標準段在最下道支撐下1.6m 處增加一道鋼支撐（Φ609，t=16），并且回筑階段增加一道鋼換撐（Φ609，t=16）。

③端頭井段在最下道支撐下1.8m 處增加一道鋼支撐（Φ800，t=16），并且回筑階段增加一道鋼換撐（Φ609，t=16）。

見圖2、圖3。

圖2 原方案圍護結構橫剖面圖

圖3 調整后圍護結構橫剖面圖

3 計算模型

⑴參數選取根據詳勘報告，參數采用直剪固快值。計算軟件采用同濟啟明星基坑計算軟件FRWS8.2。

⑵計算原理。

①基坑采用明挖順作法施工，結構分析分施工階段和使用階段進行。按“先變形、后支撐”的原則，采用“增量法”原理分階段進行結構計算。

②圍護樁按彈性地基梁計算，在開挖面以下的土體采用一系列彈簧模擬，彈簧剛度K=A·K1，A 為彈簧所分擔的面積，K1為地基土的基床系數。鋼支撐作為具有彈性壓縮的桿單元。

③施工階段采用朗肯理論主動土壓力水土合算，使用階段采用靜止土壓力水土分算。開挖過程每一個階段的荷載為土體開挖后土壓力的增量。

④土體開挖卸載引起的土彈簧的取消以及支撐的拆除均在相對應位置以一個反向集中荷載予以模擬。

⑶本圍護結構斷面各項要求安全系數值依據《建筑基坑支護技術規程》（JGJ120-2012）選取。

4 計算結果

見圖4、圖5。

圖4 標準斷面內力計算結果

圖5 端頭井斷面內力計算結果

5 結論

目前該項目已經覆土完成，開挖及回筑階段，圍護結構內力、支撐軸力等均得到了有效控制，施工過程中的監測數據也顯示周邊地面沉降及圍護結構側移均滿足設計要求。

本工程中，在圍護結構已設計施工完成的情況下，由于外部條件導致開挖深度增大，圍護結構嵌入深度減少。考慮到圍護結構嵌入段位于地質條件較好的黏土層，坑底以下土體可以提供較好的抗力，我們通過增設支撐的形式，減少圍護結構內力，降低鋼支撐的軸力，有效地控制沉降和側移，保護了基坑周邊的建（構）筑物。

表2 計算結果統計