地铁车站超深基坑支护体系优化与地下连续墙施工难点控制

汤永全

摘要：结合某地铁车站超深基坑与地下连续墙工程实践，利用有限元优化深基坑的地下连续墙加内支撑的支护体系，计算分析表明，方案优化后基坑支护结构的变形、内力以及对周边建构筑物的影响均在规范允许范围内。针对超深基坑具有富水粉细砂层、承压水位高等工程水文地质特点，提出了深基坑降排水措施与超深地下连续墙施工难点控制技术。研究成果可为类似基坑围护结构设计提供借鉴与参考。

关键词： 地铁车站；超深基坑；支护体系优化；地下连续墙

Abstract: combined with a metro station is the deep foundation pit and underground continuous wall engineering practice, the finite element optimization deep foundation pit of underground continuous wall of the support system with interior support, calculation shows that the scheme optimization of foundation pit supporting structure and internal force and deformation of structures are built around the influence of the regulations permit range. Focused on the deep foundation pit has rich water layer silty sand, confined water level higher engineering hydrological geology characteristics, puts forward the measures of deep foundation pit draining and the deep underground continuous wall construction difficulties control technology. Research results for similar pit enclosure structure can offer reference for design.

Key words: the subway station; The deep foundation pit; Supporting system optimization; Underground continuous wall

中图分类号： U231+.4 文献标识码：文章编号：

1引言

随着城市地铁建设的迅速发展，紧邻密集建筑物、软弱富水地层、超深、高风险等复杂条件下深基坑工程愈来愈多[1]，使得深基坑工程问题成为我国建筑工程界的热点与难点问题，岩土工程界也面临前所未有的机遇与挑战[2-3]。

本文结合某市复杂条件下地铁车站超深基坑工程实践，采用有限元优化超深基坑支撑体系[3-4]，在综合众多基坑开挖深、地质复杂等地下连续墙工程实践，提出了富水粉细砂层超深地下连续墙施工过程难点控制及相应的处理措施，研究结论为类似工程时间提供借鉴与参考。

2工程概况

车站地下结构为三层，东西向长260m，宽约30m~60m，南北向长220m，宽约30m~46m，标准段开挖深度为28.52m。

车站地处长江Ⅰ级阶地，地面高程为20~22m。表层为松散的人工填土，局部分布有淤泥；天然沉积土层的上部为全新统冲积相的可~软塑状态的粘性土，软~流塑的淤泥质粉质粘土、粉砂、粉土粉质粘土互层；中部为稍密~中密的粉细砂，中密~密实状态的细纱、厚度不等中粗砂夹砾卵石；下部为白垩~下第三系东湖群的砂砾岩、泥质粉砂岩。场地周边地下水主要类型有上层滞水、孔隙承压水和基岩裂隙水，其中以覆盖层中孔隙承压水对工程的影响最为突出。

综合上述工程概况，可见车站基坑开挖深度、地连墙开槽深度之大在国内已建同类工程中亦不多见，且地质条件复杂，周边建筑物众多，地下管网交织，基坑安全等级为一级。

3深基坑支撑体系优化

3.1设计方案计算分析

基坑围护结构设计为地下连续墙+内支撑结构。地下连续墙厚度1200mm，地下连续墙插入强风化砂砾岩（15-1）或中风化泥质粉砂岩（15a-2）深度不少5.0m。内支撑为八道（最后一道为换撑），其中标准段分别有混凝土支撑（b×h=400×600）四道、Φ609 钢管支撑四道。沿基坑东西向的南侧有一外挂站厅结构（上部为市政污水箱涵），拟开挖的基坑宽度14.11m、深度13.51m，基坑南侧采用厚度800mm地下连续墙，墙体深度插入粉细砂（4-1）不少于2.0m，采用二道Φ609 钢管支撑。围护与主体结构采用复合墙连接方式，产站主体设全外包防水层。

首先对设计方案（以围护结构1-1 横剖面为例）计算分析。将主体基坑地连墙分别标注为1、2 号墙（见图1），设置的计算工况如下：

图1断面计算模型

计算分析表明1-1 断面的1、2 号墙在开挖过程中的水平位移变化规律： 1 号墙水平位移随着开挖进程逐步向基坑内发展（初始水平位移受到外挂站厅、污水箱涵基坑开挖的影响），而2 号墙始终向基坑内发展的，且最大水平位移在开挖深度达到22.1m 时超过40mm； 2 号墙拆除第7 道支撑时，墙体最大水平位移已达到近60.0mm，因而使得换撑作用已不复存在； 地连墙深度46.0m 以下水平位移很小，说明地连墙的嵌固深度是可以满足要求的。图2展示了不同开挖深度时2 号墙外地面沉陷分布，可见随开挖深度增大，地面沉陷位移量也持续增大，当开挖深度达到26.1m 时，地面沉陷达45.2mm。

图6 1-1断面2号墙外地面沉陷

根据《建筑基坑工程监测技术规范》的规定，变形控制要求为[5-6]：地下连续墙围护结构水平位移不大于0.15%H（H 为开挖深度），且不大于40mm，墙顶水平位移不大于30mm；环境地面沉陷不大于0.15%H，即不大于42.78mm；外挂站厅结构（包括市政污水箱涵）最大水平位移不大于10mm。由图2可见，当开挖深度达到26.1m 之后，地面沉陷最大值已超过预警值（42.78mm），基坑及周边建筑物稳定性无法得到有效保证，因此有必要优化深基坑支撑体系。

3.2支护体系优化

由于外挂站厅地基为（3-3）淤泥质粘土，在主体基坑开挖过程中会产生较大的水平位移，因此考虑首先应对外挂站厅地基采用Φ600、桩间距2.2m、桩长11.0m的 C30砼灌注桩进行加固。然后，针对原有内支撑设计，考虑到安全控制、且便于施工的目的，对原有设计方案调整采用下面的优化方案：第二道砼横撑下降1.0m；剔除第三道钢管横撑；第四道钢管横撑上抬1.0m；第五道砼横撑改为钢管横撑；剔除换撑（第八道钢管横撑）。

（1）墙身水平位移与墙身内力

开挖深度为26.1m時，不同内支撑优化方案与原设计方案的1、2 号墙的墙体水平位移、墙身弯矩的计算分析表明：内支撑优化方案二所显示的1、2 号墙的墙体水平位移均控制在26mm 以内；内支撑优化方案二对1、2 号墙的墙身弯矩有显著的改善作用。1号墙墙身15.0m ~34.0m 范围内的最大弯矩内力减少约30%~40%，2 号墙墙身15.0m~34.0m 范围内的最大弯矩内力减少约40%~50%。这有利于墙身变形时对其裂缝的控制。由此可见，基于墙身水平位移与墙身内力的比较说明内支撑优化方案二显著优于原设计方案。