巖溶地區(qū)地鐵車站深基坑支護結構優(yōu)化設計

王 釬 安應選

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巖溶地區(qū)地鐵車站深基坑支護結構優(yōu)化設計

王 釬 安應選

摘 要：貴陽地鐵2號線金朱西路站因初步設計周期較短，地質資料不夠全面，周邊環(huán)境變化大等原因，導致車站深基坑支護初步設計方案較為粗略，不夠經(jīng)濟。在初步設計及專家審查后，為了保證施工圖設計的安全性、經(jīng)濟性及可實施性，文章在施工圖設計階段從減少車站支護結構工程投資、提高工程可實施性、縮短工程實施周期等方面對深基坑支護結構進行了優(yōu)化設計，并取得了良好效果。

關鍵詞：巖溶地區(qū)；深基坑；支護結構；優(yōu)化設計

王釬：中鐵第六勘察設計研究院集團有限公司，工程師，天津300308

1　工程概述

貴陽市軌道交通2號線為南北—東西—南北向骨干線，連接白云新區(qū)、觀山湖新區(qū)、云巖區(qū)、南明區(qū)及龍洞堡片區(qū)。2號線一期工程（七機路口站—油榨街站）線路全長27.4 km，均為地下線，共設車站24座。2號線金朱西路站位于金朱西路以南，沿誠信南路呈南北向跨規(guī)劃發(fā)展路敷設，車站布置于路中。車站為地下三層島式站臺明挖車站，車站基坑長269.5 m，地下一層基坑寬度最大73.2 m，開挖深度13.1 m，地下三層基坑標準段寬度20.1 m，開挖深度26.73 m，車站采用明挖法施工。

依據(jù)本站地勘資料顯示，場地內上部土體覆蓋層自上而下劃分有：混凝土層，素填土層，硬塑狀紅黏土層，可塑狀紅黏土層，軟塑狀紅黏土層，部分有溶洞充填物；下部巖體層為強溶蝕帶灰?guī)r（Ⅴ類）和中風化灰?guī)r（Ⅲ類）。工程區(qū)地下水類型主要有孔隙水及巖溶裂隙水2種類型，孔隙水主要賦存于第四系松散覆蓋層內，根據(jù)地下水位觀測資料，車站場區(qū)勘察期間地下水位埋深6.7～10.1 m。

2　深基坑支護結構原設計方案

結合金朱西路站周邊區(qū)域的交通組織及建（構）筑物特點，車站周邊場地條件較好，無重要影響建構筑物，車站范圍尚未發(fā)現(xiàn)重大影響管線。根據(jù)本站勘察資料顯示車站南北兩端覆蓋層厚約0.5～12.7 m，原設計支護方案為車站兩端上部位于土層基坑部分采用鉆孔灌注樁 + 預應力錨索支護，下部基坑及車站11～28軸均位于強溶蝕和中風化巖層，采用土釘墻支護結構。車站主體結構需設置抗拔樁，抗拔樁采用人工挖孔，抗拔樁直徑為φ1600 mm。基坑支護結構平面布置圖見圖1。

3　深基坑支護結構優(yōu)化設計

由于金朱西路站初步設計周期較短，初步設計階段引用的地質資料為初勘資料，不能全面掌握地質情況，導致支護結構初步設計方案細化程度不夠。另外，施工圖設計階段經(jīng)現(xiàn)場調查發(fā)現(xiàn)，車站周邊場地環(huán)境發(fā)生重大變化。若按原支護方案實施，將會對工程經(jīng)濟性和工程實施周期等方面造成不必要的浪費。因此，車站深基坑支護結構施工圖設計階段，在原支護方案經(jīng)濟性優(yōu)化的同時，從地質條件變化和車站周邊場地環(huán)境變化等方面對車站深基坑支護結構進行最大程度的優(yōu)化很有必要。

3.1原支護方案優(yōu)化設計

（1）車站深基坑原支護方案中，鉆孔樁+預應力錨索與土釘墻支護結構銜接處鉆孔樁出現(xiàn)懸臂情況（圖2），不利于基坑安全控制。優(yōu)化設計中，將不同圍護結構過渡部分圍護樁外放后取消原設計懸臂樁，并優(yōu)化設計為圍護樁與土釘墻的順接過渡（圖3）。

圖1　深基坑支護結構原設計方案（單位：m）

圖2　原設計支護結構過渡部分示意圖

圖3　優(yōu)化設計支護結構過渡部分示意圖

（2）車站局部開挖深度約為19 m 的地下二層基坑原設計支護結構為φ1200 mm 間距2000 mm 鉆孔樁 + 豎向3道預應力錨索，樁底嵌固深度5 m（圖4）。根據(jù)《詳勘報告》的地質情況經(jīng)復核計算，發(fā)現(xiàn)原設計預應力錨索不滿足基坑變形控制要求，并且樁底嵌固層地質均為中風化巖層，穩(wěn)定性較好，樁底嵌固深度5 m 偏大，不夠經(jīng)濟，因此，優(yōu)化設計中將原支護結構方案優(yōu)化為φ1200 mm 間距2000 mm 鉆孔樁 + 豎向4道預應力錨索，樁底嵌固深度3 m（圖5）。

（3）根據(jù)《初堪報告》提供的車站抗浮水位，原設計地下一層部分設抗拔樁，《詳勘報告》提供的車站抗浮水位較《初堪報告》降低 2 m。經(jīng)過復核計算，車站地下一層無需設置抗拔樁，車站地下二層和三層部分設置抗拔樁即可滿足抗浮要求，因此，優(yōu)化設計中將原支護結構設計方案地下一層抗拔樁取消，可減少工程投資，節(jié)約工期。

3.2地質勘察條件變化優(yōu)化設計

影響深基坑支護結構類型選取的首要因素為基坑場地地下水位和地質情況，而巖溶地區(qū)的地層分布不均勻，且地層構成較復雜，車站基坑場地內上部覆蓋層厚度差異極大，地下水隨季節(jié)變化大，對基坑上部覆蓋層邊坡穩(wěn)定性影響較大。本車站基坑《初勘報告》資料只提供車站線路位置縱剖面，沒有東西兩側物業(yè)開發(fā)部分地下一層基坑邊坡地質縱剖面?！对斂眻蟾妗诽峁┑奈飿I(yè)開發(fā)部分地下一層邊坡地質縱剖面顯示，覆蓋層厚度均比車站線路位置地質縱剖面高，地質條件相對改善許多。因此，可以根據(jù)《詳勘報告》地質資料對支護結構進行以下優(yōu)化。

（1）28～33軸東側開挖深度約19 m，原設計支護方案為φ1200 mm 間距2000 mm 的鉆孔樁 + 豎向4道錨索（圖6）。鉆孔樁支護方案雖然具有墻身強度高、剛度大、支護穩(wěn)定性好、變形小等優(yōu)點，但《詳勘報告》顯示該部位基坑邊坡均為巖層，而巖質地層施工難度大、造價高、施工工期長等又是鉆孔樁施工的致命缺點。因此，優(yōu)化設計中將該部分支護結構優(yōu)化為土釘墻支護結構，土釘墻穩(wěn)定可靠、施工簡便且工期短、經(jīng)濟性好，適用于穩(wěn)定地層（圖7）。

圖4　原設計19 m 基坑支護結構

圖5　優(yōu)化設計19 m 基坑支護結構

圖6　原設計28～33軸東側基坑支護結構

（2）4～11軸、28～33軸西側邊坡開挖深度約19 m，根據(jù)《初勘報告》地質資料，該部位線路位置上部土質覆蓋層最深處為13 m，原支護設計方案為φ1200 mm（22.6 m）間距2000 mm的鉆孔樁 +4道錨索，插入深度為5 m（圖8）。但《詳勘報告》地質資料提供的4～11軸、28～33軸西側地質縱剖面顯示此部分地質上部覆蓋層僅約6 m，有了極大改善。支護結構可優(yōu)化為上部土質覆蓋層部分采用φ1000 mm（13.8 m）間距2000 mm 的鉆孔樁 +3道錨索，插入深度為3 m，下部巖層巖質邊坡采用土釘墻的支護結構，這種優(yōu)化可在保證安全文明施工的同時減少工程投資、縮短施工工期（圖9）。

3.3周邊環(huán)境變化優(yōu)化設計

深基坑周邊環(huán)境是影響深基坑支護結構類型選取的重要因素。經(jīng)現(xiàn)場調查發(fā)現(xiàn)，車站基坑1～11軸東側現(xiàn)狀為近期開挖完成的金陽新世界商業(yè)地下室基坑，該基坑坡頂距離車站外墻13 m，開挖深度約11 m?；舆吰虏捎每蚣芰?+ 錨索支護結構，其中基坑上部2道錨索已進入地鐵車站東側基坑范圍內。該部位車站基坑原設計方案開挖深度為13 m，邊坡支護結構采用φ1000 mm（16.5 m）間距2000 mm 的鉆孔樁 +3道錨索支護結構（圖10）。按照距離和錨索設計角度計算，原設計方案有2道錨索施工將進入對方既有基坑，不能形成錨固效果。因此，需對該部位支護結構進行優(yōu)化調整，此部分支護結構優(yōu)化為取消原設計支護結構的鉆孔樁 + 預應力錨索，優(yōu)化為放坡開挖支護形式，挖除2基坑上部夾土，拆除對方已進入車站基坑的錨索，保留對方基坑下部3道錨索及框架梁，待雙方主體結構施工完成后再對開挖部分夾土進行回填。這種支護結構優(yōu)化既可減少鉆孔樁+預應力錨索的投資，也避免大量土方開挖造成投資浪費（圖11）。

3.4基坑支護結構最終優(yōu)化設計方案

根據(jù)初步設計專家審查意見、場地地質水文條件變化及周邊環(huán)境變化情況進行了上述基坑支護結構優(yōu)化設計，本文最終給出了基坑支護結構最終優(yōu)化設計方案，見圖12。

圖7　優(yōu)化設計28～33軸東側基坑支護結構

圖8　原設計4～11軸、28～33 軸西側基坑支護結構

圖9　優(yōu)化設計4～11軸、28～33軸西側基坑支護結構

4　優(yōu)化設計經(jīng)濟效益分析

深基坑支護結構類型選擇直接影響工程投資，本工程從影響支護結構類型選擇最重要的因素入手，在對支護結構原設計進行優(yōu)化中，著重從基坑場地地下水位和地質情況以及基坑場地周邊環(huán)境變化等重要影響因素方面，對車站深基坑支護結構進行優(yōu)化，將部分原設計方案為鉆孔樁+預應力錨索的支護結構優(yōu)化為土釘墻支護結構。經(jīng)優(yōu)化設計，減少φ1200 mm 鉆孔樁1837 m，減少φ1000 mm 鉆孔樁714 m 和φ1600 mm 抗拔樁（人工挖孔樁）60 m，減少預應力錨索4622 m，節(jié)約工程投資約267.6萬元，節(jié)約施工周期3個月。

5　結論及建議

對于巖溶地區(qū)基坑規(guī)模較大的工程，在施工圖設計階段對基坑支護結構原設計方案基礎進行優(yōu)化是很有必要的。通過本工程深基坑支護結構的優(yōu)化，將原設計支護方案部分鉆孔樁 + 預應力錨索支護結構優(yōu)化為土釘墻支護結構，將車站臨近既有基坑部分支護結構取消，減少了工程投資，避免了工程浪費，達到了預期效果，為類似的基坑支護結構設計提供了參考。

參考文獻

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［6］ 周素華，王娜，萬新. 淺談深基坑工程支護結構類型與設計原則［J］. 建材與裝飾，2013（11）.

圖10　原設計1～11軸東側基坑支護結構

圖11　優(yōu)化設計1～11軸東側基坑支護結構

圖12　基坑支護結構優(yōu)化設計（單位：m）

責任編輯 朱開明

Optimization Design of Supporting Structure for Deep Foundation Pit of Metro Station in Karst

Area
Wang Qian, An Yingxuan

Abstract:Aiming at the problems at Jinzhuxilu station on Guiyang metro line2with shorter preliminary design period, insufficient geological information, big changes in the surrounding environment etc., leading to rough preliminary design for the station deep foundation pit supporting, and the solution is not economic. After the preliminary design review by experts in order to ensure safety, economy, and the implementation for the construction drawing design, the paper optimizes the construction plans in the design period for deep foundation pit support retaining structure, in the aspects of reducing station supporting structure project investment, improving the project implementation feasibility, shortening the project implementation period, and having achieved good results.

Keywords:karst area, metro station deep foundation pit, supporting structure, optimization design

中圖分類號：U231.3

收稿日期2016-01-16