邻地铁隧道超大深基坑工程围护与支撑体系选型

增刊施工技术

CONSTＲUCTIONTECHNOLOGY

735

邻地铁隧道超大深基坑工程围护与支撑体系选型1，213222

胡琦，宋均国，陈赟，方华建，娄泽峰，朱海娣（1.浙江工业大学，浙江杭州310032；2.东通岩土科技股份有限公司，浙江

杭州

310028）

杭州310022；

3.浙江大学建筑设计研究院有限公司，浙江

［摘要］基坑工程设计中重点和要点是选择符合基坑实际情况的围护结构与支撑体系，这直接关系到工程造价、施工进度及周围环境与工程的安全。由于基坑规模、环境条件、主体结构以及施工方法等的不同，难以对支护结构选基于设计过程中的多方面考虑，就超大深基坑支护的选型进行分型确定出一套标准的方法。结合一个实际基坑，为类似工程提供参考和借鉴。析，

［关键词］基坑；支撑体系；围护结构；选型［TU753中图分类号］

［文献标识码］A

［8498（2019）S1-0735-04文章编号］1002-

SelectionofEnclosureandSupportSystemforSuperLarge

DeepFoundationExcavationProjectinAdjacentMetroTunnel

2

HUQi1，，SONGJunguo1，CHENYun3，FANGHuajian2，LOUZefeng2，ZHUHaidi2

（1.ZhejiangUniversityofTechnology，Hangzhou，ZhejiangZhejiang

310032，China；2.DongtongGeotechnicalTechnologyCo.，Ltd.，Hangzhou，

310028，China）

310022，China；3.ZhejiangUniversityInstituteofArchitecturalDesignCo.，Ltd.，Hangzhou，Zhejiang

Abstract：Thekeypointsandkeypointsinthedesignoffoundationpitengineeringaretoselecttheretainingstructure

whichisdirectlyrelatedtotheconstructioncost，andsupportingsystemthatmeettheactualconditionsofthefoundationpit，

constructionprogressandthesafetyofthesurroundingenvironmentandengineering.Duetothedifferenceinfoundationpitenvironmentalconditions，mainstructureandconstructionmethods，itisdifficulttodetermineastandardmethodforthesize，

selectionofsupportingstructures.Combinedwithanactualfoundationpit，basedonvariousconsiderationsinthedesigntheselectionofthesuperdeepfoundationpitsupportisanalyzed，whichprovidesreferenceandreferenceforsimilarprocess，projects.

Keywords：foundationexcavation；supportsystem；enclosurestructure；selection

0

引言

随着城市化的建设，地下空间开发进程的加大，深大基坑的开挖越来越多，其支护形式也变得多种多样。对于一个具体的基坑，选择什么样的支护方式是至关重要的；科学、合理的选型，直接关系到工程造价、施工难易程度及进度、周围环境及工程的安全

［1-2］

底板标高－0.400m（黄海高程），开挖深度灌注桩基础，

约7.0m。属于深基坑。

场地东侧为酷宝国际幼儿园和智慧谷，酷宝国际幼儿园距离围护桩外边13m，智慧谷距离围护桩外边12m。场地北侧为2号大街，下有地铁平行于基坑。该侧基坑围护桩外边线离地铁隧道最小水平距离约17.3m。场地南侧为杭州服务外包大楼和在建千人会场。基坑围护桩外边线距离杭州服务外包大楼最小距离约21.6m，距离千人会场最小距离约35.8m，千人会场一层地下室，底板垫层已施工完成。西侧为绿化（见图1）。

总体而言项目周边环境较好，北侧地铁需要控制位移、变形。依据DB33/T1096—2014《浙江省建筑基

［3］

坑工程技术规范》，定义基坑安全等级为一级。

。为此，

通过对某厂房建设基坑工程实例研究，分析阐述了软土地区超大深基坑工程围护及支撑体系的选型设计，为类似基坑工程提供参考和借鉴。11.1

工程概况场地概况

2

规划23层工拟建工程项目总用地面积33555m，

19层工业厂房1幢，15层工业厂房1幢，业厂房2幢，

14层工业厂房1幢，场地东南角保留1幢5层既有建

2

筑，项目总建筑面积158050m，其中地下建筑面积

1.2程地质条件

该工程所在场地地貌类型属冲海积平原，地貌单

24000m2，地下室范围全场分布，地下1层，采用钻孔

［作者简介］胡琦，E-mail：huqi@zju.edu.cn副教授，硕士生导师，［通讯作者］宋均国，E-mail：1427121624@qq.com硕士研究生，［收稿日期］2019-01-26

元单一。按地质成因时代及其工程特征，本工程第四系地层主要有冲积相粉土、粉砂以及全新统冲海积、河湖积相的淤泥质土和黏性土组成。根据地勘报告，基

736

表1

岩土编号①1

①2②1②2②3②4③2

岩土名称杂填土素填土砂质粉土砂质粉土砂质粉土黏质粉土淤泥质黏土

厚度/m1.00～2.200.70～4.500.80～3.804.60～9.707.00～12.505.80～12.504.50～14.50

施工技术主要土层物理力学指标

重度/（kN·m－3）

孔隙比/%

黏聚力/kPa

2019增刊

内摩擦角/（°）

18.5018.6018.6018.6016.90

0.8510.7980.7980.7981.301

11.29.59.515.315.3

29.630.530.711.211.2

图1

图1基坑分区及周边环境示意

坑开挖深度及基坑围护影响深度范围内土层的有关参数如表1所示。1.3

水文条件

本场地地处江南水网区，属钱塘江水系，区内地表水河湖发育。拟建场地内无河道通过，

场区周围地表水水位变化主要受大气降水的影响。场地勘探深度以浅的地下水类型分孔隙潜水和基岩裂隙水二类。孔隙潜水赋存于上部杂填土、素填土、砂质粉土、黏质粉土中。孔隙潜水受大气降水及地表水补给，向地势低洼处及河道排泄，地下水位受季节性及气候影响变化大。根据收集到的区域水文地质资料，地下水位年变化幅度约1.00m。基岩裂隙水赋存于基岩中，水量极贫乏。本次勘察实测勘探孔内地下水埋深为1.80～3.90m不

等。勘探期间实测最高水位高程为4.710m（1985国家高程基准），最低地下水位2.41m。2

基坑工程特点及难点分析

1）本项目基坑地铁侧先行施工，距离地铁隧道外边17m，隧道顶深度为12m，基坑开挖深度7.9m，基坑边线到用地红线约3.6m。考虑到用地红线和地铁保护，合理的选用围护结构是该基坑工程设计中充分考虑的关键点。

2）本基坑工程超大面积和不规则特点，使得支撑结构布置形式复杂、工程量大，合理的选取支撑材料和体系以及结构布置也是该基坑工程设计中充分考虑的关键点。

3）场地地下水位较浅，以透水性较好的粉土为主。粉砂、粉土地基对粉砂和粉土地基主要处理好水的问题。因此对于水的处理在本基坑工程设计中也是充分考虑的关键点。

4）基坑周边环境较好。基坑支护方案在确保基坑工程安全、达到保护周边环境要求的同时，如何提高经济性以及施工的方便性、缩短基坑工程工期也是该基坑工程中充分考虑的关键点。

为此，本文将结合上述几大问题，详述该基坑工程围护及支撑体系的选型。3基坑围护及支撑体系选型3.1

基坑总体设计方案选择

［1］

基坑支护总体方案的选择直接关系到工程造价、施工进度及周围环境的安全。总体方案主要有顺作法和逆作法两类基本形式，它们具有各自鲜明的特点。根据本工程特点，综合考虑该基坑工程的安全性、经济性、施工速度及场地条件等多方面因素，结合类似基坑工程的经验，选择“分区顺作”的总体设计方案。具体是：北区先行施工，北区施工完成且达到设计强度，再南区施工。其中北区分为5个小区块施工，具体是：N1和N4先施工、然后是N2和N5施工、最后是N3施工；南区分为7个小区块施工。3.2

围护方案选择

［4-5］

根据本工程特点，结合该地区已建或在建的类似大量基坑工程的成功实践经验，本工程围护体可供选择有：型钢水泥土搅拌墙（SMW工法）、灌注桩结合隔水帷幕以及地下连续墙（TＲD工法）。

1）型钢水泥土搅拌墙（SMW工法），是在水泥土搅拌桩内插入H型钢，将承受荷载的能力与防渗挡水的功能结合起来，这样该支护结构的围护墙同时具备受力和抗渗功能。这种支护形式的主要优势：施工时对周围环境影响小且工期短且经济性良好；后期内插型钢可拔出回收，环保节能；挡水防渗性能好，不必另设挡水帷幕；适用土层范围广：黏性土、粉土、砂土、砂砾土等土层中。缺点是刚度小，不适宜土质条件很差和周边环境要求高的超大深基坑。

2）钻孔灌注桩结合合适的隔水帷幕共同作为围护结构，已是一种成熟的工法，施工工艺简单、造价经济、质量易控制，施工时对周边环境影响小，同时适用于软

2019增刊胡琦等：邻地铁隧道超大深基坑工程围护与支撑体系选型737

黏土质和砂土地区、基坑开挖深度7～15m、顺作法基坑工程中。

3）地下连续墙（TＲD工法），具有抗侧刚度大、整体性好，基坑开挖过程中安全性高，支护结构变形较小；以及施工工艺成熟，具有低噪音、低震动等优点，工程施工对环境的影响小；墙身具有良好的抗渗能力，坑内降水时对坑外的影响较小。这种支护形式的劣势主要是：该支护形式的造价较高，并且施工要求用专用设备，采用泥浆护壁时有泥浆产生，不利于环境保护。这种支护形式主要适用于：对于地质条件差并且周围环境复杂。3.3内支撑方案选择3.3.1

支撑材料的选择

对于深基坑支撑结构选型从结构体系上可分为平面支撑体系和竖向斜撑体系；从材料上可分为钢支撑、钢筋混凝土支撑和钢和混凝土组合支撑的形式

［6-7］

。

钢筋混凝土内支撑工艺成熟，应用最为广泛。具有刚度大、变形小、安全性好，适用性强、可适用于所有基坑，同时方便土方运输等优势；也存在施工时间最长，造价最高，高耗能、钢筋混凝土一次性使用，拆除时有噪声且留下建筑垃圾、对环境影响不友好等劣势。

钢管支撑一般适用于跨度不大、基坑形状比较规则的基坑。具有施工速度快，可以施加预应力控制基坑变形，同时拆除也较为方便，钢管材料可以全部回收、循环使用，绿色环保等优势。对于基坑面积大且开挖深度深，应用钢管支撑，安全性得不到保障。若钢支撑杆件密集，挖土空间小，降低挖土效率，从而延长基坑暴露时间；同时用钢量较大，工艺精度较低。

预应力型钢组合支撑综合了钢筋混凝土支撑和钢管支撑的优点：施工便利，变形易控制，拆除方便，对比钢管支撑安全性更高，造价最低，但是对施工队伍的专业水平要求较高，对于支撑系统的保护有更高要求。3.3.2

支撑平面布置选择

钢筋混凝土支撑布置形式目前常用的有正交支撑，对撑、角撑结合边桁架布置形式。型钢支撑常用的有角撑、对撑、八字撑、斜抛撑、张弦梁、反供支撑等布置形式。

1）正交对撑布置形式的支撑系统支撑刚度大、传力直接以及受力清楚，具有支撑刚度大、变形小的特点，在所有平面布置形式的支撑体系中最具控制变形的能力，既适合钢支撑体系，也适合钢筋混凝土支撑体系；但是挖土空间小，出土速度慢。十分适合在敏感环境下面积较小或适中的基坑工程中应用，如邻近保护建（构）筑物、地铁车站或隧道的深基坑工程。

2）对撑、角撑结合边桁架支撑体系。近年来在深基坑工程中得到了广泛的使用，具有十分成熟的设计和施工经验。适用于各种复杂形状的深基坑，是软土

地区中应用最多的支撑平面布置形式之一。对撑、角撑结合边桁架支撑体系具有受力十分明确的特点，且各块支撑受力相对，

可实现支撑的分块施工和土方的分块开挖的流水线施工，一定程度上可缩短支撑施工的工期。

3）型钢与钢筋混凝土组合支撑形式。型钢组合支撑是采用工厂化生产的标准高强型钢构件，在现场组合安装并通过高强螺栓连接各个构件而形成的支撑体系。型钢支撑具有安装和拆除施工速度快、可以通过施加和复加预应力控制基坑变形、可以重复利用经济性较好、绿色环保且对周边环境无影响、整体性好的特点，因此在已建和在建工程中得到了广泛的应用。钢筋混凝土支撑由于截面承载能力高、以及现场浇筑可以适应各种形状的基坑工程，几乎可以在任何需要支撑的基坑工程中应用，

但其工程造价高、需要现场浇筑和养护，而且基坑工程结束之后还需进行拆除，因此在相同条件下与型钢支撑对比，经济性和施工工期没有优势。3.4

基坑围护及支撑设计方案

综合上述针对基坑围护及支撑体系选型分析，根据本工程特点及实际工程经验，充分考虑用地红线和地铁保护的问题，结合安全性、经济性、施工速度及场地条件等多方面因素。最终确定该基坑工程设计方案如下：

基坑总体采用“分区顺作”的总体设计方案进行分区分块施工；围护结构，靠近地铁侧（北区）采用灌注桩结合地下连续墙（进入隔水层），远离地铁侧（南区）采用SMW工法。内支撑体系采采用型钢与钢筋混凝土组合支撑形式。北侧采用对撑、角撑结合边桁架支撑体系；南侧采用角撑和对撑的预应力型钢组合支撑。4

基坑支护体系计算分析

本工程支护体系侧压力计算根据朗肯土压力理论，

按土层分布分层进行计算。基坑整体稳定验算采用瑞典圆弧条分法。计算采用有限元软件分析。其中维护结构的整体稳定验算、抗隆起验算、抗倾覆稳定性验算、抗渗流稳定验算等各项指标符合设计规范要求。对于支撑平面计算，通过有限元分析，整体位移、轴力、弯矩符合设计要求。有限元模拟整体位移图如图2和图3所示。钢筋混凝土支撑最大位移是18.45mm；型钢支撑整体在20.27mm，位移都在可控范围之内（预警值35mm）。

本工程最终选择的围护和支撑设计方案符合地铁保护及规范的要求，整个过程中基坑的变形和对周边环境的影响较小，同时施工周期有效缩短，经济合理，保护环境起到了很重要的作用。

738施工技术2019增刊

图2

钢筋混凝土整体位移示意

图3图3型钢支撑整体位移示意

5结语

根据某厂房建设基坑工程为例，分析阐述了软土

地区超大深基坑工程围护及支撑体系的选型设计，从

安全性、

支护效果、施工难易、工程造价、环境影响等多方面进行了对比分析，特别是临近地铁隧道处，需要严格注意对地铁隧道的影响控制。因此，提出了适于该基坑工程的设计方案，多种支护结构结合使用，充分发挥各个支护体系的优势。本工程的应用为类似工程提供借鉴和参考。

参考文献：

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.2版.北京：中国建筑工业出版社，

2009.［2］王雷.超大深基坑支护选型问题探析［J］.江西建材，2017

（3）：82-83.

［3］浙江省标准编写组.建筑基坑工程技术规程：DB33/T1096—

2014［S］.杭州：浙江工商大学出版社，2014.

［4］吴敏慧，姜叶翔，张凯，等.TＲD工法在临近地铁深基坑工程中

的应用［J］

.施工技术，2018，47（S1）：552-554.［5］管锦春.深基坑止水帷幕TＲD工法与SMW工法应用分析［J］

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