地鐵車站深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

婁小駿

（中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，北京 100000）

0 引言

現(xiàn)階段，隨著城市化建設(shè)的不斷發(fā)展，城市地鐵車站建設(shè)的需求量也在不斷提升。由于地鐵車站深基坑圍護(hù)施工存在一定的難度和風(fēng)險(xiǎn)，在施工中，施工人員需要對(duì)深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，根據(jù)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)施工方案進(jìn)行調(diào)整，保證地鐵車站內(nèi)建筑物及地下管道的安全，避免施工中的安全風(fēng)險(xiǎn)。地鐵車站深基坑圍護(hù)施工本身存在的風(fēng)險(xiǎn)較大，因此，優(yōu)化并改進(jìn)深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)迫在眉睫，有效地優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以進(jìn)一步提升地鐵車站工程建設(shè)效率，提高工程建設(shè)質(zhì)量。

1 地鐵車站深基坑圍護(hù)施工現(xiàn)狀

現(xiàn)階段，在地鐵車站施工中，深基坑圍護(hù)施工難度較大，施工人員在對(duì)深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)的綜合條件考慮不周全。因此，可能使用不符合現(xiàn)場(chǎng)條件的施工技術(shù)，造成工程損失。在后續(xù)工程建設(shè)審查及評(píng)估階段，因不符合工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，造成返工，不僅耽誤工程進(jìn)度，也無(wú)法保證工程質(zhì)量。再者，地鐵車站深基坑圍護(hù)施工設(shè)計(jì)受周遭環(huán)境影響極大。在施工設(shè)計(jì)初期，規(guī)劃施工設(shè)計(jì)方案環(huán)節(jié)，需要經(jīng)驗(yàn)老到的技術(shù)人員參與，保障在不同地域環(huán)境下，深基坑圍護(hù)施工方案設(shè)計(jì)的有效性。同時(shí)，工程建材的選取也會(huì)對(duì)深基坑圍護(hù)的施工質(zhì)量造成影響。在現(xiàn)實(shí)情況下，部分施工單位為牟取利益，偷工減料，導(dǎo)致地鐵車站深基坑圍護(hù)施工的質(zhì)量無(wú)法得以保障。對(duì)深基坑圍護(hù)施工起到關(guān)鍵作用的技術(shù)是土方開(kāi)挖工程。部分施工單位在進(jìn)行土方開(kāi)挖施工時(shí)，對(duì)工程技術(shù)的重視程度較低，在一定程度上容易引發(fā)嚴(yán)重的安全問(wèn)題。同時(shí)，盲目追求工程進(jìn)度，追趕工期，不能保證深基坑圍護(hù)的施工質(zhì)量。施工人員之間的溝通交流不及時(shí)，工程建造存在一定的技術(shù)偏差，工程質(zhì)控不到位，或者不符合工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，都會(huì)降低地鐵車站深基坑圍護(hù)施工的整體工程質(zhì)量。

2 地鐵車站深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工中存在的問(wèn)題

2.1 設(shè)計(jì)問(wèn)題

地鐵車站多建設(shè)于城市繁華地段，容易受周遭環(huán)境影響。在開(kāi)挖的過(guò)程中，要選擇圍護(hù)開(kāi)挖方式。現(xiàn)階段，常用的開(kāi)挖技術(shù)包括鉆孔灌注樁、地下連續(xù)墻等圍護(hù)施工方法。

同時(shí)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)還要依據(jù)地域內(nèi)水文、地質(zhì)特征，周遭建筑物、地下管道分布情況進(jìn)行綜合考慮，制訂設(shè)計(jì)方案，避免產(chǎn)生安全隱患。

2.1.1 插入比不合理

首先，深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)受到墻體壓力的影響巨大，在一定程度上可分析得出：圍護(hù)結(jié)構(gòu)所受到的內(nèi)應(yīng)力越大，其基底和結(jié)構(gòu)的變形值也會(huì)隨之增大，造成基坑的穩(wěn)定性變差。因此，施工人員在施工時(shí)，要嚴(yán)格控制插入比，根據(jù)地域內(nèi)的水文地質(zhì)情況和條件，合理采用加固技術(shù)，增強(qiáng)圍護(hù)基坑設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性，規(guī)避插入比變小、工程基底受力不足引發(fā)的隆起現(xiàn)象，進(jìn)而造成返工。

2.1.2 支撐間距不合理

在地鐵車站深基坑圍護(hù)施工中，常會(huì)因基坑支撐間距不合理，造成圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形，支撐結(jié)構(gòu)剛度無(wú)法維持深基坑圍護(hù)的穩(wěn)定性。因此，施工人員要充分分析工程參數(shù)，設(shè)計(jì)合理的支撐間距，確保深基坑的穩(wěn)定性。

2.1.3 地下水位控制不到位

在地鐵車站深基坑圍護(hù)施工中，也常會(huì)遇到地下水位控制不到位的問(wèn)題，進(jìn)而引起地鐵周邊積水問(wèn)題。因此，施工單位在考慮深基坑圍護(hù)定點(diǎn)位置時(shí)，要及時(shí)考察周邊地下水位及水管布置情況，避免因地鐵車站深基坑積水對(duì)周圍的建筑物產(chǎn)生不利影響。在多數(shù)情況下，基坑外部會(huì)采取降水措施，并且將坑內(nèi)降水水位控制在基底之下1m，防止因水壓較大，對(duì)基坑內(nèi)部造成損壞[1]。

2.2 施工問(wèn)題

在地鐵車站深基坑圍護(hù)施工中，會(huì)因工程技術(shù)本身的原因，無(wú)法控制施工質(zhì)量，如鉆孔灌注樁、地下連續(xù)墻等技術(shù)。在通常情況下，易出現(xiàn)的施工問(wèn)題如下：

第一，圍護(hù)結(jié)構(gòu)侵限，破除后導(dǎo)致圍護(hù)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足。

第二，支撐構(gòu)件受力較大，圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形較大。

第三，圍護(hù)結(jié)構(gòu)滲水或遭受地下水沖刷。

第四，相鄰構(gòu)件無(wú)法形成有效的支撐結(jié)構(gòu)體。另外，在工程建設(shè)期間，對(duì)區(qū)域內(nèi)地下水文以及地質(zhì)情況了解不足，造成深基坑圍護(hù)施工不完善，無(wú)法抵御基坑滲水。

2.2.1 地鐵車站深基坑內(nèi)或周邊的地表沉陷過(guò)大

在通常情況下，深基坑周邊積水或在施工過(guò)程中過(guò)度開(kāi)挖，都會(huì)影響基坑安全，造成地鐵車站深基坑內(nèi)或周邊的地表沉陷過(guò)大，導(dǎo)致土壤松動(dòng)，進(jìn)一步加深沉陷現(xiàn)象。再者，施工單位在工程建設(shè)前期，對(duì)于基坑周圍地質(zhì)情況勘測(cè)及計(jì)算不夠精確，導(dǎo)致地鐵車站深基坑加固樁技術(shù)應(yīng)用不到位，也會(huì)對(duì)地表造成一定的破壞，不僅加固措施未能依據(jù)方案完成落實(shí)，還會(huì)因地表破壞，另尋開(kāi)挖基點(diǎn)，延誤工期[2]。

2.2.2 支撐體系強(qiáng)度與穩(wěn)定性不足造成圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形

在地鐵車站深基坑圍護(hù)施工中，還會(huì)因支撐體系強(qiáng)度與穩(wěn)定性不足，造成圍護(hù)結(jié)構(gòu)嚴(yán)重變形。常用的深基坑支撐體系有混凝土支撐、鋼支撐等多種體系。同時(shí)，支護(hù)樁、支護(hù)墻等支護(hù)結(jié)構(gòu)的剛度及穩(wěn)定性不足，也會(huì)引發(fā)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形。

3 常見(jiàn)的深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)

3.1 地連墻

地連墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)通常應(yīng)用于地下水位較高的軟土區(qū)域。地連墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)的施工操作較為簡(jiǎn)單。在施工過(guò)程中，因產(chǎn)生的振動(dòng)小，噪聲低，在房屋建筑較為密集的施工環(huán)境中，多采用此方式。施工人員在進(jìn)行地連墻施工時(shí)，科學(xué)運(yùn)用地連墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)，合理解決水平側(cè)向荷載力較大的問(wèn)題，保證地鐵車站深基坑基底的穩(wěn)定性。同時(shí)，在地鐵車站深基坑圍護(hù)施工中，地連墻的運(yùn)用可以減少地表沉降，避免支撐構(gòu)件形變。在一定程度上，可以保證地鐵車站深基坑外圍結(jié)構(gòu)的整體質(zhì)量和穩(wěn)定性，保障基坑外圍建筑物的安全性。另外，地連墻施工技術(shù)具有較強(qiáng)的防水優(yōu)勢(shì)，不僅穩(wěn)定性強(qiáng)，抗腐蝕能力也較強(qiáng)，能有效防止基坑外圍滲水現(xiàn)象。但同時(shí)，地連墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工所運(yùn)用的機(jī)具占地面積大，因此，工程造價(jià)相對(duì)較高，在施工過(guò)程中產(chǎn)生的建筑費(fèi)用較高。

3.2 鉆孔灌注樁

鉆孔灌注樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，通常情況下會(huì)依據(jù)建筑區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)及地下水位特點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際需求，分為干、濕兩種作業(yè)方式。在施工過(guò)程中，施工人員先對(duì)建筑區(qū)域內(nèi)的地下水位進(jìn)行準(zhǔn)確勘測(cè)，并在此基礎(chǔ)上，適當(dāng)結(jié)合止水帷幕進(jìn)行鉆孔灌注樁施工。鉆孔灌注樁具有整體剛度較小的特點(diǎn)，相較于地連墻，工程造價(jià)較低，防滲水性能較差，因此，鉆孔灌注樁常應(yīng)用于地下水質(zhì)較好的軟土結(jié)構(gòu)區(qū)域內(nèi)[3]。

3.3 鉆孔咬合樁

從剛度上比較而言，鉆孔咬合樁高于鉆孔灌注樁，但低于地連墻。因此，施工人員通常會(huì)將鉆孔咬合樁配合套筒和鉆孔工具，共同完成施工。鉆孔咬合樁的施工方法較為復(fù)雜，而且對(duì)施工工藝的要求較高，要求施工人員擁有較高的施工技術(shù)水平和施工經(jīng)驗(yàn)，才能有效規(guī)避在施工過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題隱患。同時(shí)，鉆孔咬合樁對(duì)于精度的要求較高，在施工過(guò)程中，施工人員要高度重視控制垂直度。一旦發(fā)生偏差，可能會(huì)對(duì)整個(gè)深基坑圍護(hù)施工造成巨大影響。同時(shí)，施工前期要保證足夠的初凝時(shí)間。初凝時(shí)間不夠，也容易引發(fā)后續(xù)的滲水問(wèn)題。鉆孔咬合樁圍護(hù)技術(shù)通常應(yīng)用于較厚的砂層中。

4 地鐵車站深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工的解決策略

4.1 加強(qiáng)對(duì)滲水問(wèn)題的重視，做好降水措施

現(xiàn)階段，通過(guò)多數(shù)的案例分析可知，滲水問(wèn)題是引發(fā)地鐵車站深基坑安全事故的重要因素之一。因此，在工程建設(shè)過(guò)程中，施工人員要高度重視滲水問(wèn)題，加強(qiáng)深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的完整性，通過(guò)科學(xué)的技術(shù)手段，提升深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的安全性，有效防止?jié)B水。當(dāng)工程內(nèi)部出現(xiàn)滲水問(wèn)題時(shí)，施工單位要及時(shí)聯(lián)系相關(guān)部門(mén)，采取科學(xué)的補(bǔ)救措施。施工單位應(yīng)當(dāng)根據(jù)滲水情況的不同，運(yùn)用相應(yīng)措施，進(jìn)行有效封堵。一般情況下，施工人員會(huì)運(yùn)用雙液注漿、聚氨酯等注漿技術(shù)，對(duì)基坑外部的水流通道進(jìn)行隔斷封堵，以控制滲水，保持基坑基底的穩(wěn)定性。同時(shí)配合填充操作，填充后背空腔。若水流較大，還可以采用高壓旋噴樁或高壓注漿等技術(shù)，加以封堵，具體操作可依據(jù)實(shí)際情況確定[4]。

4.2 設(shè)計(jì)專項(xiàng)施工方案

在進(jìn)行地鐵車站深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之前，施工人員要進(jìn)行實(shí)地考察，依據(jù)實(shí)地環(huán)境及水文地質(zhì)情況，設(shè)計(jì)專項(xiàng)施工方案，定制合理的施工技術(shù)。施工方案完成后，還要交予監(jiān)察部門(mén)進(jìn)行審批，批復(fù)指示完成后，施工單位要依據(jù)專項(xiàng)設(shè)計(jì)方案，仔細(xì)分析并把控地鐵車站深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工的質(zhì)量。為了保證后續(xù)施工過(guò)程的安全性，對(duì)于未批復(fù)的施工方案，施工單位不得私自動(dòng)工。

通常情況下施工單位在地鐵車站深基坑圍護(hù)施工時(shí)，應(yīng)當(dāng)先對(duì)圍護(hù)區(qū)域地質(zhì)以及水文條件進(jìn)行具體了解。若在勘測(cè)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)施工地質(zhì)土壤較為松軟，施工單位應(yīng)當(dāng)在施工方案中制定如“澆灌混凝土結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)深基坑圍護(hù)強(qiáng)度”的施工內(nèi)容，為后續(xù)施工提供參考，保證地鐵車站深基坑圍護(hù)的施工質(zhì)量和施工效率[5]。

4.3 減少地鐵車站深基坑周邊的荷載

在通常情況下，地鐵車站選址多在建筑較為密集、人流量較大的城市繁華地段。因此，建筑地段本身所承受的負(fù)荷較大。在地鐵車站深基坑圍護(hù)施工中，不免受到建筑材料以及施工設(shè)備的影響。因此，施工人員在進(jìn)行深基坑圍護(hù)施工的過(guò)程中，要利用科學(xué)的手段有效控制深基坑所承載的荷載，降低負(fù)面影響，避免在施工過(guò)程中可能出現(xiàn)的包括地面開(kāi)裂、地表沉降以及支護(hù)構(gòu)件傾斜變形等隱患。施工單位應(yīng)采取合理措施，在施工區(qū)域附近設(shè)置警示牌。大型機(jī)械設(shè)備進(jìn)入施工場(chǎng)地時(shí)，要合理開(kāi)辟進(jìn)出通道，保障大型器械與施工現(xiàn)場(chǎng)的距離，避免因質(zhì)量過(guò)大，對(duì)深基坑周邊造成不必要的負(fù)荷。同時(shí)，施工人員要對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)周邊進(jìn)行合理管控，避免材料堆積，可通過(guò)分類管理的方法。施工單位還要加強(qiáng)日常的監(jiān)督管理，盡可能減少地鐵車站深基坑施工現(xiàn)場(chǎng)的荷載[6]。

4.4 加強(qiáng)地鐵車站深基坑深層攪拌樁加固施工

深層攪拌樁支護(hù)是軟土地層中地鐵車站深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)加固的主要方式之一。通常情況下，施工時(shí)，設(shè)計(jì)人員會(huì)選用深層攪拌樁抽條加固，并側(cè)重在深基坑端頭和陰陽(yáng)角處進(jìn)行加固。加強(qiáng)側(cè)圍結(jié)構(gòu)的剛度和端頭的高度，有效防止基坑偏移。采用裙邊加固方法，在加固的過(guò)程中，以支撐桿和立柱加強(qiáng)深基坑的整體支撐性能。在加固前，設(shè)計(jì)人員還要通過(guò)精確的測(cè)算，計(jì)算施工區(qū)域內(nèi)地表的承壓能力，同時(shí)，考慮深基坑周邊的荷載，并預(yù)測(cè)施工過(guò)程中的荷載程度，保障加固施工的順利開(kāi)展。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)城市化建設(shè)的不斷發(fā)展，人們對(duì)于地鐵車站建筑的需求不斷提高，施工人員要通過(guò)科學(xué)合理的手段，優(yōu)化地鐵車站深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，保障工程質(zhì)量。采用不同的設(shè)計(jì)施工方案，以適應(yīng)不同城市對(duì)于地鐵建設(shè)的要求，為我國(guó)城市交通的安全與良好進(jìn)展做出貢獻(xiàn)。