地铁车站明挖施工深基坑支护技术研究

魏显阳

摘要：为实现对地铁车站明挖施工深基坑各结构位移的控制，提高基坑整体稳定性，开展对其支护技术的研究。结合静力平衡法，确定深基坑支护各组成部分参数；采取明挖顺筑方法对深基坑开挖；合理设计降水井结构，完成基坑排水；依据预加轴力控制参数，完成深基坑支护。通过实例证明，新的支护技术应用可以实现对深基坑各结构位移、沉降的有效控制，提高深基坑整体稳定性，保障地铁车站明挖施工安全。

关键词：地铁；施工；车站；支护；深基坑；明挖

0   引言

地铁工程中必然涉及基坑建设，大部分地铁车站被设计在地下，复杂的地质条件和周围环境增加了地铁建设的难度[1]。深基坑的建设必须进行大量土方挖掘，这会引起土层应力再分布和地下水位变化，导致地面沉降不均。若未采取有效的支护措施，则会引起围护结构变形，对周边建筑的安全造成威胁[2]。

此外，围护结构变形过大还会影响市政管道，给居民带来不便。深基坑围护结构的稳定性，不但影响着建筑本身的施工与运营，而且也影响着周围的环境。基于此，本文以某项目为依托，开展地铁车站明挖施工深基坑支护技术研究。

1   工程概况

某地铁车站主体结构全长205.3m，基坑中部标准段宽度19.8m，基坑深度为15.2～17.8m。其中东边盾构端井位置的基坑深度最大，达到20.21m。由于该站是换乘站，3号线和5号线的换乘节点为地下3层结构，基坑深度达到25.12m。

其总体结构形式为英文“T”型，按照城市轨道交通规划，3号线2楼和5号线3楼将同步施工。按照城市轨道交通规划，3号线竣工后，将连接西南方村镇和东南方的职教城，5号线为南北走向，其中5号线的主体工程均设在3号线的北面。

在主体结构施工完毕后，需进行基坑开挖位置的土方回填，以恢复路面。回填厚度在2.15～3.25m之间，具体厚度取决于原地表标高的不同。东侧地面原本较高，因此回填厚度会有所差异。

2   明挖施工深基坑支护技术设计

2.1   深基坑支护主要参数确定

在进行对深基坑的支护前，需要确定各组成部分的参数。结合静力平衡法，确定支护结构建立后土压力的具体分布[3]。对于第层土而言，其底面对支护结构产生的主动土压可表示为：

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

式中：e表示主动土压；qn表示垂直荷载；γi表示第层土体对应的天然重度；hi表示第i层土层的厚度；φn表示内摩擦角。根据上述公式，结合计算结果建立并求解静力平衡方程，得到支护结构入土深度。

为了能够满足基坑支护的安全性要求，实际嵌入坑底面的入土深度，还应当按照下述公式进行调整：

t=u+1.2t0                  （2）

式中：t表示实际嵌入坑底面的入土深度；u表示距离坑底的距离；t0表示支护结构嵌入到某一点以下的深度值。

若事先已知弯矩值，假定支护结构在某一点上断裂，即可按简支梁的形式进行计算。可将整梁和这一断面的弯矩的计算结果看作是相同的，把这一断面的断梁段称为这一断面的当量梁，通过等值梁法计算求解出支护结构的入土深度、内支撑反力及跨中最大弯矩。

2.2   深基坑开挖

2.2.1   土方开挖范围及深度确定

该地铁车站为一座地下两层的钢筋混凝土建筑，采用明挖顺筑方法进行支护施工。支护结构包括钻孔灌注桩、钢筋混凝土柱和钢柱。钢架随着基坑推进而搭设[4]，土方按照基坑方向从上往下进行挖掘。土方開挖范围及深度如表1所示。

2.2.2   开挖要点

施工过程中，每一层土方开挖后都需进行放坡，并通过倒运来处理土方。必须及时进行混凝土浇筑，以避免欠撑情况发生。

地表土方由1mm3反铲式挖掘机挖出，挖到第一个混凝土支护的底标高后，拆除钻孔灌注桩桩头，并进行冠梁和钢筋混凝土支护的施工。第二层土方开挖，需等到钢筋混凝土支护达到规定强度后，方可使用长臂式挖土机、中型挖土机和自卸车协同作业。

在基坑内采用小型挖掘机及人工助力，对钢架下部进行土方开挖，并倒运坑洞中的渣土，直至第二个钢架完成[5]。最后，采用PC220型挖掘机将剩余土方清理。

2.3   深基坑排水

基坑底高于地下水位，标准段底板高于水位线2.7m，端头井距高于水位线最小间隔为0.66m。在基坑中设有一定数目的集水井，用抽水装置将已有的渗漏水抽走。降水井结构构造如图1所示。降水井采用通长水泥砾石和A400mm水泥石砌筑，井壁为钢管，用2层150g/m2的非织造布覆盖于井口下3m处。

2.4   深基坑支护

在基坑支护过程中，除去钻孔桩桩顶超注水泥时，将多余的水泥丢弃在基坑中，随土体一同运走。钢制支座由活动端、固定端和中段3个主要部件构成，在活动端施加预应力[6]。

钢支撑吊装到位后，先不松开吊钩，将一个端头拉出以顶住钢围檩。然后在顶压位置安放2台100t液压千斤顶，并用托架固定，以保持千斤顶加力的一致性。

为确保顶板轴向压力与支护中心线一致，在施工中需要保持顶板压力的均衡性。预加轴力控制参数如表2所示。向钢支撑结构施加应力时，油压千斤顶应当采取相应的临时固定措施，以避免在受力过大情况下产生较大位移。

3   施工效果分析

将上述深基坑支护技术，应用到该地铁车站明挖施工当中，验证支护技術的应用可行性。完成对该地铁车站明挖施工深基坑支护后，需对支护效果进行分析。

3.1   深基坑监测频率设置

为了方便分析，按照表3中的标准对深基坑进行监测。在实际监测的过程中，若出现监测数据异常或变化速度增加的情况，则应当适当提高监测的频率。

3.2   监测项数值变化对比

按照表3中的频率完成监测后，将应用新支护技术后的监测数据变化速率控制值与控制标准进行对比，得到如表4所示的结果。

根据规定要求，若监测数据变化速率控制值小于或等于控制标准，则说明该支护技术可行，可以提高深基坑结构稳定性。若监测数据变化速率控制值大于控制标准，则说明该支护技术不可行。

从表4中记录的内容可以看出，应用新的支护技术后，各项实际监测数据变化速率控制值均能够小于控制标准。通过上述得到的结果可以证明，本文设计的支护技术具备实际应用可行性，应用该技术能够促进深基坑整体稳定性提升，提高地铁车站明挖施工的安全性。

4   结束语

本文通过对地铁车站明挖施工中深基坑结构的研究，提出了一种全新的支护技术。在实际工程项目中进行支护施工，并结合实际土体参数、施工条件等，验证了新支护技术的可行性。

项目工程的地质条件较好且地下水对基坑稳定性的影响较小，因此在具体分析中未考虑到地下水的影响。在将该技术应用于其他类似工程时，可能会受到工况条件较差的影响，导致技术应用效果存在一定偏差。因此，在后续的研究中，将注重关注地下水的变化，以避免工程事故的发生。

参考文献

[1] 黄生根，张义，霍昊，等. 软土地区深基坑支护工程格构柱变形规律研究[J].岩土力学，2023（S1）：1-6.

[2] 孙志海.市政土木工程基础施工中的深基坑支护施工技术分析[J].大众标准化，2023（10）：28-30.

[3] 严军，郑海峰，王娇娇，等.建筑施工中深基坑支护技术：评《深基坑支护设计与施工新技术》[J].工业建筑，2021，51（6）：220.

[4] 袁艳斌，张新化.长螺旋钻孔压灌桩技术在砂层地质深基坑支护工程中的应用：以郑州某地下停车场项目深基坑支护工程为例[J].工程技术研究，2022，7（21）：4-6.

[5] 麻江涛. 岩土工程中的深基坑支护施工探析：以某大厦深基坑支护工程为例[J].房地产世界，2022（17）：152-154.

[6] 刘运刚，刘金华，黄明艳，等.关于桩锚体系在深基坑支护设计中的几点探讨：以长沙某深基坑支护工程为例[J].化工矿产地质，2022，44（2）：178-182.