某地铁不规则基坑支护方案优化选择

姜艳红

(中铁工程设计咨询集团有限公司城市轨道交通设计研究院，北京 100055)

0 引言

随着城市的发展，地下轨道交通受到越来越多的城市青睐。地下轨道交通基坑的形状也多种多样，基坑工程的安全性极其重要。地铁基坑工程具有工程量大、技术难度高、不可预见因素多等特点，其支护结构的安全可靠性不仅影响基坑工程，而且往往会影响周边的环境。同时，它虽然是临时结构，但是其费用很高，对工程总造价的影响不容忽视。因此，如何选择既安全可靠又经济合理的基坑支护结构，具有现实意义。尤其是对不规则形体且基坑周边建筑物繁多的深基坑，支护结构方案的优化选择显得尤为重要。

1 工程概况

1.1 建筑概况

深圳地铁3号线红岭站B通道、换乘通道和2号风道合建，位于红岭中路西侧，红荔路南侧，红岭中路及红荔路地面车流较大，交通繁忙。基坑附近有建筑物大家乐、文艺楼、科技楼等，基坑深度约 15.31 m ～16.56 m，基坑宽度 49.8 m ～94.5 m，基坑平面形状不规则，基坑平面形状见图1。

图1 基坑平面形状示意图

1.2 水文地质情况

本基坑从上到下依次为:①-1素填土，厚约4.1 m;⑥-2粉质粘土，厚约 5.7 m;⑫-1全风化花岗岩，厚约 5.2 m;⑫-1-2全风化花岗岩，厚约 1.6 m;⑫-2强风化花岗岩，厚约 1.4 m;⑫-3中等风化花岗岩，厚约6.9 m;⑫-4微风化花岗岩(见表1)。基坑位于粉质粘土及全风化花岗岩层。

场地无地表水系流过，地下水主要赋存在松散覆土及基岩的裂隙中，主要存在松散土层孔隙水及基岩裂隙水，地下水位埋深1.9 m～6.8 m。场地内地下水水量较丰富。

2 基坑围护结构设计

2.1 围护形式的选择

本基坑周边建筑物密集，施工场地狭小，又处于交通要道，不具备断道施工条件，采用大范围放坡开挖的施工显然不适合;地下连续墙防水效果好，但相对于钻孔灌注桩场地占用较大，工程造价相对较高，此处不宜采用，经综合考虑，结合地区工程实践，选用钻孔灌注桩+旋喷桩围护形式。

表1 基坑支护岩土设计参数

2.2 基坑支护方案

2.2.1 基坑支护方案选择

本基坑特点:

1)形状不规则基坑宽度较大，横向最宽49.8 m，纵向则达到94.5 m;

2)周边建筑物及管线较多，要求控制基坑周边土体的沉降及水平位移;基坑规模大，基坑内支撑可采用锚索、混凝土支撑或钢支撑。基坑周边建筑物较多，又存在较多市政管线，大面积采用锚索不可避免与管线冲突，造成部分管线改移导致费用增加，因此排除全部大面积采用锚索的支撑方案，考虑采用内支撑的方案。由于基坑形状不规则，如何合理布置围护桩及内支撑的位置，使得整个受力体系达到最优，是此基坑设计的关键。

基坑支护方案包括:

1)整体支护方案(采用钢支撑)。考虑整体开挖，采用钢支撑内支撑支护方式，基坑围护结构平面布置图见图2，支撑水平间距约3 m。考虑整体开挖方案，采用钢支撑方式，支撑跨度大，最大的跨度将近50 m，跨度超过13 m的支撑将近90%，为了满足支撑的强度和稳定性，超过13 m的支撑架设临时立柱。

2)整体支护方案(采用混凝土支撑)。考虑整体开挖方案，采用混凝土支撑支撑方式，基坑围护结构平面布置图见图3，支撑水平间距约6 m。考虑整体开挖方案，采用混凝土支撑方式，支撑跨度大，最大的跨度将近50 m，跨度超过15 m的支撑占81%，为了满足支撑的强度和稳定性，超过15 m的支撑架设临时立柱。围护结构相同，采用钢支撑内支撑，支撑间距较混凝土支撑密一倍多，二者最长的支撑长度大致一致。

图2 基坑围护平面布置整体施工（采用钢支撑）示意图

图3 基坑围护平面布置整体施工（采用混凝土支撑）示意图

3)分期支护方案。由于整体施工，支撑跨度大，而且需要设置大量的临时立柱，增加了施工难度、风险及影响了施工进度，因此提出了化整为零的分期施工的方案。分期施工的一期基坑围护结构平面布置图见图4，水平间距约3 m。分期施工的一期基坑规则常规，采用了钻孔灌注桩+旋喷桩+钢支撑的内支撑方式。一期基坑同时满足3号线的按期开通需求。一期基坑跨度超过13 m的钢支撑，架设临时立柱，占总钢支撑数量的19%。

图4 基坑围护平面布置分期一（采用钢支撑）示意图

2.2.2 施工方案设计计算比较

上述施工方案根据当地工程实践均可行，现将整体施工和分期施工方案进行计算和比较，并列出两种支护方案支护结构的内力和位移计算结果，见图5。

从上述计算结果可以看出，三种方案围护桩位移相差不多，分期施工采用钢支撑的位移最小，整体施工采用混凝土支撑的位移次之，整体施工采用钢支撑的位移相对最大。围护桩内力整体施工采用混凝土支撑最小，分期施工采用钢支撑次之，整体施工采用钢支撑的最大。对于围护桩内力采用混凝土支撑虽然相对钢支撑最有利，但优势不是很明显(比分期施工采用钢支撑小14.3%，比整体施工采用钢支撑小18.3%)，但现场施工来讲，钢支撑相比混凝土支撑，进度快，造价低，施工安全性高，而且混凝土支撑后期凿除费用高，因此不推荐采用混凝土支撑。对于钢支撑来说，分期施工比整体施工的围护桩内力和位移都小，而且采用分期施工，临时立柱比整体施工要少的多，临时立柱虽然可以减少支撑跨度，但临时立柱现场架设相对困难，对于防水不利，增加施工难度，一般都避免使用。从安全性和经济性的角度来讲，推荐采用分期施工钢支撑方案，而且现场也是采用这一方案施工，同时采用分期施工，可以利用施工场地范围内的空间，降低了施工成本。

图5 基坑围护内力位移计算

3 结语

1)在围护结构相同的前提下，混凝土支撑相比钢支撑，围护结构的内力最有利，当优势不是很明显的情况下，宜优先采用钢支撑。2)不规则基坑的支护方案常规采用围护结构+锚索的支护方式，但在锚索受限的环境下，采用化整为零、化复杂为简单的思路，采用分期实施的方案，可以加快施工速度，降低施工风险。分期施工同时有效地解决了施工场地不足的问题，降低了施工成本。

［1］吴水根，刘 匀.不规则基坑支护方案的优化选择［J］.建筑施工，2003(8):11-12.

［2］孙 菁.复杂基坑围护结构的设计［J］.建筑与施工，2006(15):116-117.

［3］李有宇.某大型厂区内复杂深基坑支护设计［J］.山西建筑，2010，36(3):106-107.