地鐵車站明挖施工深基坑支護技術研究

魏顯陽

摘要：為實現對地鐵車站明挖施工深基坑各結構位移的控制，提高基坑整體穩定性，開展對其支護技術的研究。結合靜力平衡法，確定深基坑支護各組成部分參數；采取明挖順筑方法對深基坑開挖；合理設計降水井結構，完成基坑排水；依據預加軸力控制參數，完成深基坑支護。通過實例證明，新的支護技術應用可以實現對深基坑各結構位移、沉降的有效控制，提高深基坑整體穩定性，保障地鐵車站明挖施工安全。

關鍵詞：地鐵；施工；車站；支護；深基坑；明挖

0? ?引言

地鐵工程中必然涉及基坑建設，大部分地鐵車站被設計在地下，復雜的地質條件和周圍環境增加了地鐵建設的難度[1]。深基坑的建設必須進行大量土方挖掘，這會引起土層應力再分布和地下水位變化，導致地面沉降不均。若未采取有效的支護措施，則會引起圍護結構變形，對周邊建筑的安全造成威脅[2]。

此外，圍護結構變形過大還會影響市政管道，給居民帶來不便。深基坑圍護結構的穩定性，不但影響著建筑本身的施工與運營，而且也影響著周圍的環境。基于此，本文以某項目為依托，開展地鐵車站明挖施工深基坑支護技術研究。

1? ?工程概況

某地鐵車站主體結構全長205.3m，基坑中部標準段寬度19.8m，基坑深度為15.2～17.8m。其中東邊盾構端井位置的基坑深度最大，達到20.21m。由于該站是換乘站，3號線和5號線的換乘節點為地下3層結構，基坑深度達到25.12m。

其總體結構形式為英文“T”型，按照城市軌道交通規劃，3號線2樓和5號線3樓將同步施工。按照城市軌道交通規劃，3號線竣工后，將連接西南方村鎮和東南方的職教城，5號線為南北走向，其中5號線的主體工程均設在3號線的北面。

在主體結構施工完畢后，需進行基坑開挖位置的土方回填，以恢復路面。回填厚度在2.15～3.25m之間，具體厚度取決于原地表標高的不同。東側地面原本較高，因此回填厚度會有所差異。

2? ?明挖施工深基坑支護技術設計

2.1? ?深基坑支護主要參數確定

在進行對深基坑的支護前，需要確定各組成部分的參數。結合靜力平衡法，確定支護結構建立后土壓力的具體分布[3]。對于第層土而言，其底面對支護結構產生的主動土壓可表示為：

e=（qn+a。in=1γihi）tan2（45×φn/2）? ? ? ?（1）

式中：e表示主動土壓；qn表示垂直荷載；γi表示第層土體對應的天然重度；hi表示第i層土層的厚度；φn表示內摩擦角。根據上述公式，結合計算結果建立并求解靜力平衡方程，得到支護結構入土深度。

為了能夠滿足基坑支護的安全性要求，實際嵌入坑底面的入土深度，還應當按照下述公式進行調整：

t=u+1.2t0? ? ? ? ? ? ? ? ? （2）

式中：t表示實際嵌入坑底面的入土深度；u表示距離坑底的距離；t0表示支護結構嵌入到某一點以下的深度值。

若事先已知彎矩值，假定支護結構在某一點上斷裂，即可按簡支梁的形式進行計算?？蓪⒄汉瓦@一斷面的彎矩的計算結果看作是相同的，把這一斷面的斷梁段稱為這一斷面的當量梁，通過等值梁法計算求解出支護結構的入土深度、內支撐反力及跨中最大彎矩。

2.2? ?深基坑開挖

2.2.1? ?土方開挖范圍及深度確定

該地鐵車站為一座地下兩層的鋼筋混凝土建筑，采用明挖順筑方法進行支護施工。支護結構包括鉆孔灌注樁、鋼筋混凝土柱和鋼柱。鋼架隨著基坑推進而搭設[4]，土方按照基坑方向從上往下進行挖掘。土方開挖范圍及深度如表1所示。

2.2.2? ?開挖要點

施工過程中，每一層土方開挖后都需進行放坡，并通過倒運來處理土方。必須及時進行混凝土澆筑，以避免欠撐情況發生。

地表土方由1mm3反鏟式挖掘機挖出，挖到第一個混凝土支護的底標高后，拆除鉆孔灌注樁樁頭，并進行冠梁和鋼筋混凝土支護的施工。第二層土方開挖，需等到鋼筋混凝土支護達到規定強度后，方可使用長臂式挖土機、中型挖土機和自卸車協同作業。

在基坑內采用小型挖掘機及人工助力，對鋼架下部進行土方開挖，并倒運坑洞中的渣土，直至第二個鋼架完成[5]。最后，采用PC220型挖掘機將剩余土方清理。

2.3? ?深基坑排水

基坑底高于地下水位，標準段底板高于水位線2.7m，端頭井距高于水位線最小間隔為0.66m。在基坑中設有一定數目的集水井，用抽水裝置將已有的滲漏水抽走。降水井結構構造如圖1所示。降水井采用通長水泥礫石和A400mm水泥石砌筑，井壁為鋼管，用2層150g/m2的非織造布覆蓋于井口下3m處。

2.4? ?深基坑支護

在基坑支護過程中，除去鉆孔樁樁頂超注水泥時，將多余的水泥丟棄在基坑中，隨土體一同運走。鋼制支座由活動端、固定端和中段3個主要部件構成，在活動端施加預應力[6]。

鋼支撐吊裝到位后，先不松開吊鉤，將一個端頭拉出以頂住鋼圍檁。然后在頂壓位置安放2臺100t液壓千斤頂，并用托架固定，以保持千斤頂加力的一致性。

為確保頂板軸向壓力與支護中心線一致，在施工中需要保持頂板壓力的均衡性。預加軸力控制參數如表2所示。向鋼支撐結構施加應力時，油壓千斤頂應當采取相應的臨時固定措施，以避免在受力過大情況下產生較大位移。

3? ?施工效果分析

將上述深基坑支護技術，應用到該地鐵車站明挖施工當中，驗證支護技術的應用可行性。完成對該地鐵車站明挖施工深基坑支護后，需對支護效果進行分析。

3.1? ?深基坑監測頻率設置

為了方便分析，按照表3中的標準對深基坑進行監測。在實際監測的過程中，若出現監測數據異?；蜃兓俣仍黾拥那闆r，則應當適當提高監測的頻率。

3.2? ?監測項數值變化對比

按照表3中的頻率完成監測后，將應用新支護技術后的監測數據變化速率控制值與控制標準進行對比，得到如表4所示的結果。

根據規定要求，若監測數據變化速率控制值小于或等于控制標準，則說明該支護技術可行，可以提高深基坑結構穩定性。若監測數據變化速率控制值大于控制標準，則說明該支護技術不可行。

從表4中記錄的內容可以看出，應用新的支護技術后，各項實際監測數據變化速率控制值均能夠小于控制標準。通過上述得到的結果可以證明，本文設計的支護技術具備實際應用可行性，應用該技術能夠促進深基坑整體穩定性提升，提高地鐵車站明挖施工的安全性。

4? ?結束語

本文通過對地鐵車站明挖施工中深基坑結構的研究，提出了一種全新的支護技術。在實際工程項目中進行支護施工，并結合實際土體參數、施工條件等，驗證了新支護技術的可行性。

項目工程的地質條件較好且地下水對基坑穩定性的影響較小，因此在具體分析中未考慮到地下水的影響。在將該技術應用于其他類似工程時，可能會受到工況條件較差的影響，導致技術應用效果存在一定偏差。因此，在后續的研究中，將注重關注地下水的變化，以避免工程事故的發生。

參考文獻

[1] 黃生根，張義，霍昊，等. 軟土地區深基坑支護工程格構柱變形規律研究[J].巖土力學，2023（S1）：1-6.

[2] 孫志海.市政土木工程基礎施工中的深基坑支護施工技術分析[J].大眾標準化，2023（10）：28-30.

[3] 嚴軍，鄭海峰，王嬌嬌，等.建筑施工中深基坑支護技術：評《深基坑支護設計與施工新技術》[J].工業建筑，2021，51（6）：220.

[4] 袁艷斌，張新化.長螺旋鉆孔壓灌樁技術在砂層地質深基坑支護工程中的應用：以鄭州某地下停車場項目深基坑支護工程為例[J].工程技術研究，2022，7（21）：4-6.

[5] 麻江濤. 巖土工程中的深基坑支護施工探析：以某大廈深基坑支護工程為例[J].房地產世界，2022（17）：152-154.

[6] 劉運剛，劉金華，黃明艷，等.關于樁錨體系在深基坑支護設計中的幾點探討：以長沙某深基坑支護工程為例[J].化工礦產地質，2022，44（2）：178-182.