王 釬 安應(yīng)選

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巖溶地區(qū)地鐵車站深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計

王 釬 安應(yīng)選

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

關(guān)鍵詞：巖溶地區(qū)；深基坑；支護(hù)結(jié)構(gòu)；優(yōu)化設(shè)計

王釬：中鐵第六勘察設(shè)計研究院集團(tuán)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(jī)路口站—油榨街站）線路全長27.4 km，均為地下線，共設(shè)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(shè)，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(biāo)準(zhǔn)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(nèi)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(qiáng)溶蝕帶灰?guī)r（Ⅴ類）和中風(fēng)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(nèi)，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(hù)結(jié)構(gòu)原設(shè)計方案

結(jié)合金朱西路站周邊區(qū)域的交通組織及建（構(gòu)）筑物特點(diǎn)，車站周邊場地條件較好，無重要影響建構(gòu)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(shè)計支護(hù)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(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)，下部基坑及車站11～28軸均位于強(qiáng)溶蝕和中風(fēng)化巖層，采用土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)。車站主體結(jié)構(gòu)需設(shè)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(hù)結(jié)構(gòu)平面布置圖見圖1。

3　深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計

由于金朱西路站初步設(shè)計周期較短，初步設(shè)計階段引用的地質(zhì)資料為初勘資料，不能全面掌握地質(zhì)情況，導(dǎo)致支護(hù)結(jié)構(gòu)初步設(shè)計方案細(xì)化程度不夠。另外，施工圖設(shè)計階段經(jīng)現(xiàn)場調(diào)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(hù)方案實(shí)施，將會對工程經(jīng)濟(jì)性和工程實(shí)施周期等方面造成不必要的浪費(fèi)。因此，車站深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計階段，在原支護(hù)方案經(jīng)濟(jì)性優(yōu)化的同時，從地質(zhì)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(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行最大程度的優(yōu)化很有必要。

3.1原支護(hù)方案優(yōu)化設(shè)計

（1）車站深基坑原支護(hù)方案中，鉆孔樁+預(yù)應(yīng)力錨索與土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)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(shè)計中，將不同圍護(hù)結(jié)構(gòu)過渡部分圍護(hù)樁外放后取消原設(shè)計懸臂樁，并優(yōu)化設(shè)計為圍護(hù)樁與土釘墻的順接過渡（圖3）。

圖1　深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)原設(shè)計方案（單位：m）

圖2　原設(shè)計支護(hù)結(jié)構(gòu)過渡部分示意圖

圖3　優(yōu)化設(shè)計支護(hù)結(jié)構(gòu)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(shè)計支護(hù)結(jié)構(gòu)為φ1200 mm 間距2000 mm 鉆孔樁 + 豎向3道預(yù)應(yīng)力錨索，樁底嵌固深度5 m（圖4）。根據(jù)《詳勘報告》的地質(zhì)情況經(jīng)復(fù)核計算，發(fā)現(xiàn)原設(shè)計預(yù)應(yīng)力錨索不滿足基坑變形控制要求，并且樁底嵌固層地質(zhì)均為中風(fēng)化巖層，穩(wěn)定性較好，樁底嵌固深度5 m 偏大，不夠經(jīng)濟(jì)，因此，優(yōu)化設(shè)計中將原支護(hù)結(jié)構(gòu)方案優(yōu)化為φ1200 mm 間距2000 mm 鉆孔樁 + 豎向4道預(yù)應(yīng)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(shè)計地下一層部分設(shè)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(fù)核計算，車站地下一層無需設(shè)置抗拔樁，車站地下二層和三層部分設(shè)置抗拔樁即可滿足抗浮要求，因此，優(yōu)化設(shè)計中將原支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)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(zhì)勘察條件變化優(yōu)化設(shè)計

影響深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)類型選取的首要因素為基坑場地地下水位和地質(zhì)情況，而巖溶地區(qū)的地層分布不均勻，且地層構(gòu)成較復(fù)雜，車站基坑場地內(nèi)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(cè)物業(yè)開發(fā)部分地下一層基坑邊坡地質(zhì)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(zhì)縱剖面顯示，覆蓋層厚度均比車站線路位置地質(zhì)縱剖面高，地質(zhì)條件相對改善許多。因此，可以根據(jù)《詳勘報告》地質(zhì)資料對支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行以下優(yōu)化。

（1）28～33軸東側(cè)開挖深度約19 m，原設(shè)計支護(hù)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(hù)方案雖然具有墻身強(qiáng)度高、剛度大、支護(hù)穩(wěn)定性好、變形小等優(yōu)點(diǎn)，但《詳勘報告》顯示該部位基坑邊坡均為巖層，而巖質(zhì)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(diǎn)。因此，優(yōu)化設(shè)計中將該部分支護(hù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化為土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)，土釘墻穩(wěn)定可靠、施工簡便且工期短、經(jīng)濟(jì)性好，適用于穩(wěn)定地層（圖7）。

圖4　原設(shè)計19 m 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)

圖5　優(yōu)化設(shè)計19 m 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)

圖6　原設(shè)計28～33軸東側(cè)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)

（2）4～11軸、28～33軸西側(cè)邊坡開挖深度約19 m，根據(jù)《初勘報告》地質(zhì)資料，該部位線路位置上部土質(zhì)覆蓋層最深處為13 m，原支護(hù)設(shè)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(zhì)資料提供的4～11軸、28～33軸西側(cè)地質(zhì)縱剖面顯示此部分地質(zhì)上部覆蓋層僅約6 m，有了極大改善。支護(hù)結(jié)構(gòu)可優(yōu)化為上部土質(zhì)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(zhì)邊坡采用土釘墻的支護(hù)結(jié)構(gòu)，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(shè)計

深基坑周邊環(huán)境是影響深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)類型選取的重要因素。經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，車站基坑1～11軸東側(cè)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(hù)結(jié)構(gòu)，其中基坑上部2道錨索已進(jìn)入地鐵車站東側(cè)基坑范圍內(nèi)。該部位車站基坑原設(shè)計方案開挖深度為13 m，邊坡支護(hù)結(jié)構(gòu)采用φ1000 mm（16.5 m）間距2000 mm 的鉆孔樁 +3道錨索支護(hù)結(jié)構(gòu)（圖10）。按照距離和錨索設(shè)計角度計算，原設(shè)計方案有2道錨索施工將進(jìn)入對方既有基坑，不能形成錨固效果。因此，需對該部位支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，此部分支護(hù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化為取消原設(shè)計支護(hù)結(jié)構(gòu)的鉆孔樁 + 預(yù)應(yīng)力錨索，優(yōu)化為放坡開挖支護(hù)形式，挖除2基坑上部夾土，拆除對方已進(jìn)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(jié)構(gòu)施工完成后再對開挖部分夾土進(jìn)行回填。這種支護(hù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化既可減少鉆孔樁+預(yù)應(yīng)力錨索的投資，也避免大量土方開挖造成投資浪費(fèi)（圖11）。

3.4基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)最終優(yōu)化設(shè)計方案

根據(jù)初步設(shè)計專家審查意見、場地地質(zhì)水文條件變化及周邊環(huán)境變化情況進(jìn)行了上述基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，本文最終給出了基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)最終優(yōu)化設(shè)計方案，見圖12。

圖7　優(yōu)化設(shè)計28～33軸東側(cè)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)

圖8　原設(shè)計4～11軸、28～33 軸西側(cè)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)

圖9　優(yōu)化設(shè)計4～11軸、28～33軸西側(cè)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)

4　優(yōu)化設(shè)計經(jīng)濟(jì)效益分析

深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)類型選擇直接影響工程投資，本工程從影響支護(hù)結(jié)構(gòu)類型選擇最重要的因素入手，在對支護(hù)結(jié)構(gòu)原設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化中，著重從基坑場地地下水位和地質(zhì)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(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，將部分原設(shè)計方案為鉆孔樁+預(yù)應(yīng)力錨索的支護(hù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化為土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)。經(jīng)優(yōu)化設(shè)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(yù)應(yīng)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(jié)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(shè)計階段對基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)原設(shè)計方案基礎(chǔ)進(jìn)行優(yōu)化是很有必要的。通過本工程深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，將原設(shè)計支護(hù)方案部分鉆孔樁 + 預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化為土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)，將車站臨近既有基坑部分支護(hù)結(jié)構(gòu)取消，減少了工程投資，避免了工程浪費(fèi)，達(dá)到了預(yù)期效果，為類似的基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了參考。

參考文獻(xiàn)

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圖10　原設(shè)計1～11軸東側(cè)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)

圖11　優(yōu)化設(shè)計1～11軸東側(cè)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)

圖12　基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計（單位：m）

責(zé)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