地铁车站深基坑围护结构设计分析

2023-09-13娄小骏

运输经理世界 2023年4期

娄小骏

（中铁第五勘察设计院集团有限公司，北京 100000）

0 引言

现阶段，随着城市化建设的不断发展，城市地铁车站建设的需求量也在不断提升。由于地铁车站深基坑围护施工存在一定的难度和风险，在施工中，施工人员需要对深基坑围护结构进行优化设计，根据工程建设标准，对施工方案进行调整，保证地铁车站内建筑物及地下管道的安全，避免施工中的安全风险。地铁车站深基坑围护施工本身存在的风险较大，因此，优化并改进深基坑围护结构设计迫在眉睫，有效地优化设计，可以进一步提升地铁车站工程建设效率，提高工程建设质量。

1 地铁车站深基坑围护施工现状

现阶段，在地铁车站施工中，深基坑围护施工难度较大，施工人员在对深基坑围护结构进行设计时，对于现场的综合条件考虑不周全。因此，可能使用不符合现场条件的施工技术，造成工程损失。在后续工程建设审查及评估阶段，因不符合工程建设标准，造成返工，不仅耽误工程进度，也无法保证工程质量。再者，地铁车站深基坑围护施工设计受周遭环境影响极大。在施工设计初期，规划施工设计方案环节，需要经验老到的技术人员参与，保障在不同地域环境下，深基坑围护施工方案设计的有效性。同时，工程建材的选取也会对深基坑围护的施工质量造成影响。在现实情况下，部分施工单位为牟取利益，偷工减料，导致地铁车站深基坑围护施工的质量无法得以保障。对深基坑围护施工起到关键作用的技术是土方开挖工程。部分施工单位在进行土方开挖施工时，对工程技术的重视程度较低，在一定程度上容易引发严重的安全问题。同时，盲目追求工程进度，追赶工期，不能保证深基坑围护的施工质量。施工人员之间的沟通交流不及时，工程建造存在一定的技术偏差，工程质控不到位，或者不符合工程建设标准，都会降低地铁车站深基坑围护施工的整体工程质量。

2 地铁车站深基坑围护结构设计、施工中存在的问题

2.1 设计问题

地铁车站多建设于城市繁华地段，容易受周遭环境影响。在开挖的过程中，要选择围护开挖方式。现阶段，常用的开挖技术包括钻孔灌注桩、地下连续墙等围护施工方法。

同时，围护结构设计还要依据地域内水文、地质特征，周遭建筑物、地下管道分布情况进行综合考虑，制订设计方案，避免产生安全隐患。

2.1.1 插入比不合理

首先，深基坑围护结构受到墙体压力的影响巨大，在一定程度上可分析得出：围护结构所受到的内应力越大，其基底和结构的变形值也会随之增大，造成基坑的稳定性变差。因此，施工人员在施工时，要严格控制插入比，根据地域内的水文地质情况和条件，合理采用加固技术，增强围护基坑设计的稳定性，规避插入比变小、工程基底受力不足引发的隆起现象，进而造成返工。

2.1.2 支撑间距不合理

在地铁车站深基坑围护施工中，常会因基坑支撑间距不合理，造成围护结构变形，支撑结构刚度无法维持深基坑围护的稳定性。因此，施工人员要充分分析工程参数，设计合理的支撑间距，确保深基坑的稳定性。

2.1.3 地下水位控制不到位

在地铁车站深基坑围护施工中，也常会遇到地下水位控制不到位的问题，进而引起地铁周边积水问题。因此，施工单位在考虑深基坑围护定点位置时，要及时考察周边地下水位及水管布置情况，避免因地铁车站深基坑积水对周围的建筑物产生不利影响。在多数情况下，基坑外部会采取降水措施，并且将坑内降水水位控制在基底之下1m，防止因水压较大，对基坑内部造成损坏[1]。

2.2 施工问题

在地铁车站深基坑围护施工中，会因工程技术本身的原因，无法控制施工质量，如钻孔灌注桩、地下连续墙等技术。在通常情况下，易出现的施工问题如下：

第一，围护结构侵限，破除后导致围护结构强度不足。

第二，支撑构件受力较大，围护结构变形较大。

第三，围护结构渗水或遭受地下水冲刷。

第四，相邻构件无法形成有效的支撑结构体。另外，在工程建设期间，对区域内地下水文以及地质情况了解不足，造成深基坑围护施工不完善，无法抵御基坑渗水。

2.2.1 地铁车站深基坑内或周边的地表沉陷过大

在通常情况下，深基坑周边积水或在施工过程中过度开挖，都会影响基坑安全，造成地铁车站深基坑内或周边的地表沉陷过大，导致土壤松动，进一步加深沉陷现象。再者，施工单位在工程建设前期，对于基坑周围地质情况勘测及计算不够精确，导致地铁车站深基坑加固桩技术应用不到位，也会对地表造成一定的破坏，不仅加固措施未能依据方案完成落实，还会因地表破坏，另寻开挖基点，延误工期[2]。

2.2.2 支撑体系强度与稳定性不足造成围护结构变形

在地铁车站深基坑围护施工中，还会因支撑体系强度与稳定性不足，造成围护结构严重变形。常用的深基坑支撑体系有混凝土支撑、钢支撑等多种体系。同时，支护桩、支护墙等支护结构的刚度及稳定性不足，也会引发围护结构的变形。

3 常见的深基坑围护结构

3.1 地连墙

地连墙围护结构通常应用于地下水位较高的软土区域。地连墙围护结构的施工操作较为简单。在施工过程中，因产生的振动小，噪声低，在房屋建筑较为密集的施工环境中，多采用此方式。施工人员在进行地连墙施工时，科学运用地连墙围护结构的优势，合理解决水平侧向荷载力较大的问题，保证地铁车站深基坑基底的稳定性。同时，在地铁车站深基坑围护施工中，地连墙的运用可以减少地表沉降，避免支撑构件形变。在一定程度上，可以保证地铁车站深基坑外围结构的整体质量和稳定性，保障基坑外围建筑物的安全性。另外，地连墙施工技术具有较强的防水优势，不仅稳定性强，抗腐蚀能力也较强，能有效防止基坑外围渗水现象。但同时，地连墙围护结构施工所运用的机具占地面积大，因此，工程造价相对较高，在施工过程中产生的建筑费用较高。

3.2 钻孔灌注桩

钻孔灌注桩围护结构设计，通常情况下会依据建筑区域内的地质及地下水位特点，结合实际需求，分为干、湿两种作业方式。在施工过程中，施工人员先对建筑区域内的地下水位进行准确勘测，并在此基础上，适当结合止水帷幕进行钻孔灌注桩施工。钻孔灌注桩具有整体刚度较小的特点，相较于地连墙，工程造价较低，防渗水性能较差，因此，钻孔灌注桩常应用于地下水质较好的软土结构区域内[3]。

3.3 钻孔咬合桩

从刚度上比较而言，钻孔咬合桩高于钻孔灌注桩，但低于地连墙。因此，施工人员通常会将钻孔咬合桩配合套筒和钻孔工具，共同完成施工。钻孔咬合桩的施工方法较为复杂，而且对施工工艺的要求较高，要求施工人员拥有较高的施工技术水平和施工经验，才能有效规避在施工过程中出现的问题隐患。同时，钻孔咬合桩对于精度的要求较高，在施工过程中，施工人员要高度重视控制垂直度。一旦发生偏差，可能会对整个深基坑围护施工造成巨大影响。同时，施工前期要保证足够的初凝时间。初凝时间不够，也容易引发后续的渗水问题。钻孔咬合桩围护技术通常应用于较厚的砂层中。

4 地铁车站深基坑围护结构设计、施工的解决策略

4.1 加强对渗水问题的重视，做好降水措施

现阶段，通过多数的案例分析可知，渗水问题是引发地铁车站深基坑安全事故的重要因素之一。因此，在工程建设过程中，施工人员要高度重视渗水问题，加强深基坑围护结构的完整性，通过科学的技术手段，提升深基坑围护结构的安全性，有效防止渗水。当工程内部出现渗水问题时，施工单位要及时联系相关部门，采取科学的补救措施。施工单位应当根据渗水情况的不同，运用相应措施，进行有效封堵。一般情况下，施工人员会运用双液注浆、聚氨酯等注浆技术，对基坑外部的水流通道进行隔断封堵，以控制渗水，保持基坑基底的稳定性。同时配合填充操作，填充后背空腔。若水流较大，还可以采用高压旋喷桩或高压注浆等技术，加以封堵，具体操作可依据实际情况确定[4]。

4.2 设计专项施工方案

在进行地铁车站深基坑围护结构设计之前，施工人员要进行实地考察，依据实地环境及水文地质情况，设计专项施工方案，定制合理的施工技术。施工方案完成后，还要交予监察部门进行审批，批复指示完成后，施工单位要依据专项设计方案，仔细分析并把控地铁车站深基坑围护结构施工的质量。为了保证后续施工过程的安全性，对于未批复的施工方案，施工单位不得私自动工。

通常情况下施工单位在地铁车站深基坑围护施工时，应当先对围护区域地质以及水文条件进行具体了解。若在勘测过程中，发现施工地质土壤较为松软，施工单位应当在施工方案中制定如“浇灌混凝土结构，加强深基坑围护强度”的施工内容，为后续施工提供参考，保证地铁车站深基坑围护的施工质量和施工效率[5]。

4.3 减少地铁车站深基坑周边的荷载

在通常情况下，地铁车站选址多在建筑较为密集、人流量较大的城市繁华地段。因此，建筑地段本身所承受的负荷较大。在地铁车站深基坑围护施工中，不免受到建筑材料以及施工设备的影响。因此，施工人员在进行深基坑围护施工的过程中，要利用科学的手段有效控制深基坑所承载的荷载，降低负面影响，避免在施工过程中可能出现的包括地面开裂、地表沉降以及支护构件倾斜变形等隐患。施工单位应采取合理措施，在施工区域附近设置警示牌。大型机械设备进入施工场地时，要合理开辟进出通道，保障大型器械与施工现场的距离，避免因质量过大，对深基坑周边造成不必要的负荷。同时，施工人员要对施工现场周边进行合理管控，避免材料堆积，可通过分类管理的方法。施工单位还要加强日常的监督管理，尽可能减少地铁车站深基坑施工现场的荷载[6]。

4.4 加强地铁车站深基坑深层搅拌桩加固施工

深层搅拌桩支护是软土地层中地铁车站深基坑围护结构加固的主要方式之一。通常情况下，施工时，设计人员会选用深层搅拌桩抽条加固，并侧重在深基坑端头和阴阳角处进行加固。加强侧围结构的刚度和端头的高度，有效防止基坑偏移。采用裙边加固方法，在加固的过程中，以支撑杆和立柱加强深基坑的整体支撑性能。在加固前，设计人员还要通过精确的测算，计算施工区域内地表的承压能力，同时，考虑深基坑周边的荷载，并预测施工过程中的荷载程度，保障加固施工的顺利开展。