对地铁深基坑支护结构设计及支护施工技术的探讨

对地铁深基坑支护结构设计及支护施工技术的探讨

毛明山

中煤天津设计工程有限责任公司   天津市   300131

摘要：在城市化发展进程推动下，各区域地下空间被大规模开发，大量基坑工程施工建设紧邻地铁设施。目前要强化深基坑支护结构设计与施工技术运用，积累较多施工经验，有助于优化深基坑支护结构，突出深基坑支护技术运用价值，为地铁深基坑支护成效提升提供有效保障。所以，当前要结合地铁施工项目施工现状与施工要求，做好深基坑支护结构设计与支护施工研究，提升深基坑支护施工成效，适应地铁项目安全施工高标准要求。

关键词：地铁；深基坑；支护结构设计；支护施工技术

目前各地区地铁工程项目施工建设规模在不断扩大，地铁项目线网密度在不断递增，深基坑工程施工难度也在进一步增大。深基坑工程施工中安全风险系数较高，存有较多影响要素，当施工中出现较多安全施工事故会对社会经济发展以及社会多领域建设产生负面影响。所以，当前在深基坑施工中要注重做好支护结构勘察及对设计方法合理运用。在施工开挖阶段要注重对各类问题谨慎处理，构建较为完善的施工技术体系，制定完善的预防措施，以此来提升项目施工安全性与施工质量。

一、地铁深基坑施工特点概述

与常见的普通建筑基坑施工技术应用相比，地铁深基坑施工存有较多不同之处，主要是集中体现在以下方面。地铁深基坑施工规模相对庞大，基坑深度较深且相对狭长，致使施工作业空间受限，这样将会导致深基坑支护施工难度较高。从地铁项目施工现状来看，多数地铁项目施工会经过城市繁华地带，地下管线相对密集，施工中存有较多不确定要素。施工中会遇到电力线路、通信线路、燃气线路、水管线等。部分区域老旧管线存有一定程度渗漏情况，将会导致地下水出现集聚，对基坑施工安全性影响较大。所以，在项目设计阶段要注重强化多部门协调工作。在地铁深基坑开挖施工中，对变形控制要求较高，深基坑开挖深度较深，对应的施工安全等级要求更高。此外，施工中还要综合考虑到地面沉降、环境保护等施工需求，因此对应的整体施工难度较高[1]。

二、地铁深基坑支护方案分析

（一）水泥土重力式围护

    水泥土以及周边施工环境的天然土体会产生重力式挡土墙以及支撑土体，能有效保持施工基坑边坡整体稳定性。目前深层搅拌水泥土桩重力式挡土墙结构大多是用于施工开挖深度为6m的基坑工程，重力支护结构主要是用在浅基坑工程项目施工中[2]。

（二）悬臂式围护

    悬臂式围护结构基于科学化的入土深度以及结构抗弯作用能全面提升结构整体稳定性与安全性。悬臂式结构对开挖深度较为敏感，会产生不同程度变形，对相邻建筑物会产生诸多影响。目前从施工现状中能得出，悬臂式围护结构主要是用于开挖深度相对较浅且土质较好的基坑工程中。

（三）拉锚式围护

    张拉锚支护结构主要是由锚固体系以及支护结构体系组成，在支护结构体系中，大多是选取钢筋混凝土桩、钢管桩、地下连续墙，锚固系统主要能划分为：端头锚固式 全长粘结式 摩擦式。地应力锚索类型需要较大范围的场地来安装锚桩、锚杆，锚杆基本类型需要地基土能提供固力较强的锚杆。螺栓主要是用于砂土地基以及粘土地基，其中软土地基不能提供充足锚固力，在施工中较少运用[3]。

（四）内撑式围护

    内撑式围护主要是由内撑体系、围护体系部分组成，围护结构体系在施工中主要是选取钢筋混凝土排桩墙与地下连续墙型式。内撑体系主要是选取斜支撑与水平支撑，当基坑开挖平面面积较大、对应的开挖深度不深时，需要选取单层支撑。内撑主要是选取钢筋混凝土支撑以及钢管支撑,内撑式围护结构适用范围较广，能应用在各类基坑深度以及土层环境中。

（五）土钉墙围护

土钉墙支护结构主要机理就是在基坑边坡周边设定土钉，以此来构成加筋土重力挡土墙，这样能在施工中起到有效的挡土作用。土钉墙施工主要适用于杂填土、粉土、粘土、卵石土、非松散砂等人工排水之后以及地下水位之上区域，不能用于淤泥质土基坑支护。

三、地铁深基坑支护结构设计优化分析

（一）加强地铁深基坑勘察分析

    当前为了全面提升地铁深基坑支护结构设计规范性、科学性，降低项目施工风险，需要重点做好项目勘察分析。在施工中要注重做好施工安全要求判断，对施工区域周边环境情况进行深入勘察。掌握地下水现状，基于地下水现状，结合地下水补给与变化判断分析施工地区地下层静止水位、历史水位数据现状，对施工区域周边水体对接联通情况进行判定。全面分析基坑底层承压水位基本变化，判断支护结构对周边施工环境的各项影响。全面展开岩土勘察工作，判断地层岩石基本分布规律，再对施工区域岩土条件展开全面分析，这样能有效获取对应的岩土力学参数基本数值[4]。

（二）做好支护结构设计准备

现阶段要基于深基坑支护结构设计资料以及工程勘察获取的数据信息，全面优化设计前期各项准备活动，便于为施工结构安全性提供有效保障。现阶段要对项目围护结构以及支护体系布置图进行设计，选取判断对应的支护结构类型，再对各项参数合理分析，以此来提升深基坑结构施工稳定性。当前要注重选取合理的支护结构类型，深基坑支护项目涉及到结构力学、土力学相关内容。当前要对深基坑支护结构设计标准以及设计要求进行分析。结合各个区域深基坑施工特征，选取针对性的施工技术措施。制定完善的基坑支护方案，对方案内容合理分析。此外，还要结合项目施工工期对施工场地信息、施工设施设备等进行确认，以此来保障后续各项设计活动稳定展开

[5]。

三、地铁深基坑围护措施

（一）地铁深基坑围护结构设计

在地铁深基坑围护结构设计，明挖基坑支护参数要集中参照项目周边地质、水文地质、施工环境要素、施工条件等进行判断，再参照现有的各项规范实施计算。在项目内力计算中，沿着车站纵向取单位长度，对地基梁进行计算。依照基坑开挖、支撑架设、回填内部结构施工展开施工阶段以及完成应用阶段的内力计算。钻孔灌注桩在施工阶段是基坑支护结构，要注重判断施工阶段全部侧向土压力，基于变形控制与强度进行设计，无需验算裂缝的基本宽度。例如某车站标准段基坑围护结构设计参数中，围护桩选取Φ1000@1400mm钻孔灌注桩，桩嵌固深度选为8m。钢支撑竖向设定为四道，第一与第二道选取Φ609、t=16mm钢管支撑，第三与第四道选取Φ609、t=16mm水平双拼钢管支撑。冠梁尺寸选取1000x1000mm，围护桩桩间网喷C20、100mm厚度的混凝土护壁。在上述设计参数中，该车站基坑围护桩最大水平位移为17.2mm、地表最大的沉降是18mm,变形均能满足规范化要求。

（二）地铁深基坑围护结构形式

（1）地下连续墙

    地下连续墙是在基坑开挖之前，运用相对特殊的挖槽设备，在泥浆护壁中实施深槽开挖。之后下钢筋笼浇注混凝土，组成混凝土墙。此类围护结构产生的施工振动性偏小，对周边环境不会产生较大影响。施工整体性较强，变形情况容易控制，具有良好的抗渗防水作用，能在深基坑、环境相对复杂的基坑中有效运用。

（2）钻孔灌注桩

    钻孔灌注桩作桩排式围护结构，其主要优点就是刚度值较大，布设较为灵活。整体运用较为广泛，是当前基坑支护阶段常用的围护结构。但是运用不足在于桩体之间止水性偏低，需要在桩外、桩间设定止水帷幕进行隔水处理，大多是选取旋喷桩、搅拌桩等工艺实施止水操作。

（3）SMW工法桩

    此类围护方法要在咬合力较强的水泥土搅拌桩中插入H型钢之后组成围护结构，其具备较强的防渗止水作用，具有较强的挡土承载力。施工速率较快，插入型钢能重复利用。但是整体刚度偏低，对于变形问题难以有效控制，可以在低于10米深度的基坑中进行应用。

（4）土钉墙支护

    土钉墙支护作用机理是基于土钉对土体实施有效加固，这样能保障土体与土钉同步操作，以此来组建强度较高的复合型土体。全面提升支护稳定性，整体施工速率较快，造价偏低，可以用在深度偏小的基坑内。

（5）放坡开挖法

    放坡开挖是通过土体自身稳定能力对土体进行开挖，做好表面护坡以此来稳定放坡。此类方法施工速率较快，施工开挖空间较大，费用偏低。能在土质相对较好，施工环境较为开阔的区域进行开挖[6]。

三、地铁深基坑支护施工技术运用探究

（一）土方开挖技术

在深基坑土方挖前需要制定完善的施工应用方案，基于分层、分块、对称、限时等要求展开土方开挖施工。在土方开挖过程中要做好支护施工操作，以此来形成较为完善的支撑体系。对围护结构变形进行控制，这样能为后续各项操作奠定基础。在地铁深基坑施工中，开挖阶段的操作较为重要，施工中需要严格遵循相应的施工规则。当土方开挖到各层支撑底端之后要及时进行支撑操作，开挖开始阶段，要在基坑底部设定排水沟、集水井，有助于控制积水问题。基坑放坡需要对施工环境、施工地质条件等进行判断，对长期暴露在外以及需要承受较大水力冲刷的现状，要规范化选取坡面保护措施，以此来对滑坡现状集中控制。

在施工阶段，土方开挖顺序、设计要求、施工开挖方法需要保持一致性。规范化控制分层开挖长度，做好项目施工基坑验收。部分环节需要选取人工开挖操作，结束之后合理封底，以此来降低对基底土的扰动。施工阶段要对各类设备之间的碰撞问题合理控制，人员不能在支撑上随意行走，这样将会导致负荷增大，在项目施工现场还要组织对应的安全人员进行监管。在基坑开挖中要注重做好桩间网喷，对桩间土体稳定性进行控制，为后续结构防水提供较为完整的工作面。施工开挖到基底之后要及时作接地网，全面提升基坑稳定性，做好施工监测测量。可以在施工中选取支撑轴力自动补偿系统，这样能有效获取施工中存有的各类安全隐患，基于有效监测反馈来调整开挖程序，以此来预加轴力值[7]。

（二）管线渗漏水处理技术

    地铁深基坑项目施工中漏水、渗水现状相对常见，情况较为严重的漏水问题将会对支护结构稳定性产生较大影响。所以，在项目施工中针对各类漏水问题需要快速处理，基于实际现状选取针对性应对措施。当渗水量较小，对项目支护结构以及周边施工环境产生的影响也偏小。此类现状中要注重在基坑底部设定排水沟，对渗漏水集中管控、排除。当渗漏现状严重，要及时做好引流补救操作，在渗水位置围护墙中打入钢管，通过钢管及时排水。对于相对薄弱区域，要合理运用砂浆以及混凝土进行修补，避免后续再次出现渗漏问题。对于大面积渗水情况，要及时挖开支护墙，确保墙体处于水位之下，之后再选取高压注浆操作进行加固。当施工中遭遇渗漏、坍塌情况，需要在坍塌位置区域放置沙袋，保障引流管能有效过滤砂石，将其中的水分排除。在施工中为了能全面提升项目施工效率，要在施工阶段设定水泵抽水方式及时进行排水。

（三）加强深基坑支护结构施工质量管理

当前要想全面提升深基坑项目施工质量，施工单位需要结合实际，对施工各个环节展开控制管理。选取动态化工程监督管理方式，保障项目施工能满足设计阶段各项要求。在深基坑施工中，施工单位要规范化控制施工进度，对施工所在区域地质条件以及水文现状进行判断。再结合基坑深度，做好支护结构施工质量控制，基于项目施工实践现状展开调控。在地层较差、地下水补给较为充足区域，理论受力与实际现状之间存有一定差距。这样将会导致开挖土体出现时空效应较快、土体受力不均等问题，对基坑稳定性影响较大，情况严重会出现坍塌现状。所以，在基坑施工中，施工单位要对基坑面积、深度合理分析，选取规范化的开挖技术，做好及时支护工作，保障内外受力体系更为平衡，全面提升项目施工安全性。

此外，要注重在施工中对各项细节问题进行把控，做好地铁施工不同环节受理节点施工质量控制。比如提升监测设备预埋质量、桩间止水帷幕深度与质量、围护结构接缝质量，合理选取自动化、动态化手段实施检测，对基坑稳定性以及受力构件进行判断，选取科学化措施对基坑施工中存有的各类异常风险进行分析、管控。地铁深基坑工程、围护结构体系在相互作用下选取动态变化系统，在项目设计与施工中，要在复杂环境中对基坑支护结构、土体变形情况进行分析，做好工程系统全面监控。及时做好信息反馈，对各类质量缺陷有效预警，对各类隐患及时进行整改。在施工设计中，要注重选取有限元模型，基于不利的工况预测变形与施工时序的关系。全面优化支护结构体系，以此来保障施工安全性[8]。

（四）混凝土支撑与钻孔灌注桩施工

在地铁基坑冠梁施工阶段，在冠梁中要预埋混凝土支撑钢筋。当围护桩和土方开挖完成以后，要做好混凝土支撑施工。施工中要做好全面的施工准备，对施工项目现场进行测量放样，对混凝土支撑施工平面平整度进行控制，之后做好混凝土垫层铺设与放出中线。对混凝土支撑钢筋实施牢固的绑扎，再做好混凝土支撑模板精准设定，做好高效化浇筑。之后对模板实施拆卸，再进行混凝土养护。在钻孔灌注桩施工中，在支护桩钢筋第二道水平钢支撑设计标高位置要合理设定腰梁连接钢筋。在浇筑开始之前需要做好清孔沉渣，展开混凝土浇筑。在浇筑阶段，同时展开拔管操作，保障导管底端不能超出混凝土浆面2.5m位置。

结语：

    综合上述，在地铁深基坑施工设计中，要做好严密勘察，对支护结构合理设计，做好施工技术与施工质量管控，以此来控制项目施工风险。在施工阶段，要全面把控地铁深基坑施工特点，做好支护结构设计。科学化选取相应的施工技术，全面提升地铁深基坑支护施工技术应用成效，以此来提升深基坑施工质量，对施工中多项施工风险合理控制。在基坑设计与调整中还要结合地质条件、施工经验与监测措施展开判断，在安全风险可控基础上提升基坑项目施工操作成效。

参考文献：

[1] 赵航辉. 对地铁深基坑支护结构设计及支护施工技术的探讨[J]. 中国科技投资,2021(24):179-180.

[2] 范兆东. 对地铁深基坑支护结构设计及支护施工技术的探讨[J]. 四川水泥,2020(4):316.

[3] 张霖. 对地铁深基坑支护结构设计及支护施工技术的探讨[J]. 建筑工程技术与设计,2021(2):651.

[4] 李叶青. 地铁深基坑支护结构设计及支护施工技术要点[J]. 建材与装饰,2022,18(5):148-150.

[5] 韩旭. 地铁深基坑支护结构设计及支护施工技术的探讨[J]. 四川建材,2021,47(6):91-92.

[6] 赵志强. 地铁深基坑工程支护结构优化设计[J]. 中国房地产业,2020(7):84.

[7] 张海超. 地铁车站施工中的深基坑支护监测控制[J]. 智能城市,2021,7(13):88-89.

[8] 徐玉轩. 建筑工程深基坑支护的施工技术研究[J]. 越野世界,2020,15(10):159.