211290074_复杂条件下地铁车站深基坑施工技术研究

Value
Engineering
图1大河东站平面位置图
0引言
地铁车站由于规模较大，一般采用明挖法或者盖挖法进行施工，但两种方法均需要对基坑进行支护后开挖施工，不但基坑深度较深而且开挖范围也较大，加之车站周
边环境复杂，
因此如何确保基坑支护安全是施工中的关键点也是重难点。

在青岛市地铁四号线大河东站施工中，
由于该地下车站地处城市繁华区域，
车站基坑开挖深度深开挖范围大，从而对基坑支护提出了严峻考验，一方面要求
基坑支护要确保施工安全，
另一方面还要确保车站在施工时尽可能减少对周边环境的影响，
此外还要尽可能的降低施工措施费用。

为确保基坑施工安全，减少对周边环境的
影响，项目部对该基坑上部采用地下连续+内支撑，
下部采用钢管桩+锚索
（杆）对的支护形式，并在施工过程中对主要工序进行严格把控。

通过一系列举措不但安全顺利的完成了该车站的地下施工工作，
而且减少了对周边环境和建筑物的影响，同时也加快了施工进度，降低了施工措施费
用。

通过现场实际应用，
该地铁车站深基坑支护形式在施工中取得很好的效果。

1工程概况
大河东站为青岛市地铁4号线终点站，
车站位于崂山风景区游客中心西侧，
沿滨河大道呈南北向布置。

车站为地下四层13m 岛式站台双柱三跨车站，
起点里程YDK30+495.400，
终点里程YDK30+650.400，车站结构长155m ，标准段宽22.8m ，
主体基坑长158m 、宽25.8m 、深37m ，采用明挖法施工，
车站顶板埋深8m ，车站上部采用1m 厚地下连续+内支撑，
下部采用钢管桩+锚索（杆）。

车站设置2组风亭组及4个出入口，其中风亭组及C 、
D 号出入口采用顶出结构。

A 号出入口布设于崂山风景区游客服务中心西广场，
距离游客服务中心最近26.62m ，
距离下沉广场25.7m 。

与区间结构外轮廓水平距离为8.06m ，
竖向距离为16.67m ，A 出入口锚杆距离区间结构外轮廓16.6m 左右，
待区间施工完成后再施工本附属结构。

A 号出入口基坑最宽9m ，标准段宽7m ，
接车站主体段基坑深22.94m ，扶梯底部基坑深24.74m ，顶板覆土最深处17.455m 。

A 号出入口采用明挖顺筑法施工，围护结构上部土层基坑采用800mm 厚地下连续墙+内支撑，下部岩石基坑采用钢管桩+内支撑结构形
式。

（图1）2总体支护设计方案
车站附属基坑支护A 、
B 出入口采用直径800mm 厚地下连续墙+内支撑；
下部采用钢管桩+锚杆（锚索）的支护方式。

围护桩顶设冠梁，
桩间采用挂网喷射混凝土保持桩间土稳定。

基坑为长条形基坑，
第一道为混凝土支撑、下部为钢支撑，其余支撑采用锚索+岩石锚杆。

桩间挂
ϕ8@200mm×200mm 钢筋网片，
并喷射100mm 厚C20混凝土，钢筋网片连接成整体。

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—作者简介:周生锋（1982-），男，山东临沂人，工程师，本科，研究方
向为市政工程。

复杂条件下地铁车站深基坑施工技术研究
Research on Construction Technology of Deep Foundation Pit in Subway Stations under Complex Conditions
周生锋ZHOU Sheng-feng
（中铁二十五局集团第五工程有限公司，
青岛266000）（China Railway 25th Bureau Group Fifth Engineering Corporation Limited ，Qingdao 266000，China ）
摘要:本文主要介绍了在青岛市地铁四号线大河东站施工中，
由于该车站基坑开挖深度深范围大，为确保基坑支护安全，减少对周边环境的影响，项目部对该车站基坑采用上部地下连续+内支撑，下部钢管桩+锚索（杆）组合而成的基坑支护形式，
并在施工过程中对主要工序进行严格把控。

通过一系列举措不但安全完成了该车站的地下施工工作，
而且减少了对周边环境的影响，降低了施工措施费用。

该地铁车站深基坑支护形式也为后续类似施工提供了借鉴和参考。

Abstract:This article mainly introduces the construction of Dahe East Station on Qingdao Metro Line 4.Due to the large excavation depth range of the station's foundation pit,in order to ensure the safety of the foundation pit support and reduce the impact on the surrounding environment,the project department adopted a combination of upper underground continuous+internal support,lower steel pipe piles+anchor cables (rods)for the foundation pit support of the station,and strictly controlled the main processes during the construction process.Through a series of measures,not only did the underground construction work of the station be safely completed,but also the impact on the surrounding environment was reduced and the cost of construction measures was reduced.The deep foundation pit support form of the subway station also provides reference for similar construction in the future.
关键词:地铁车站；深基坑；组合支护；安全Key words:subway station ；deep foundation pit ；composite pile support ；safety 中图分类号:U231+.3文献标识码:A 文章编号:1006-4311（2023）15-085-03doi:10.3969/j.issn.1006-4311.2023.15.026
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价值工程
A 号出入口基坑最宽9m ，标准段宽7m ，接车站主体段基坑深22.94m ，扶梯底部基坑深24.74m ，顶板覆土最深处17.455m 。

A 号出入口采用明挖顺筑法施工，围护结构
上部土层基坑采用800mm 厚地下连续墙+内支撑，
下部岩石基坑采用钢管桩+内支撑结构形式。

（图2）3基坑支护受力安全计算
3.1围护桩受力计算
采用工程
“天汉”软件（V2005.1）进行计算，地连墙围护结构荷载及计算图式见图3所示。

3.2地连墙围护结构计算
计算可得，地连墙的弯矩、剪力、支撑轴力计算结果如
表1。

①钢支撑强度及稳定性验算。

（表2）钢支撑强度验算：最大应力166172<215000，
强度满足要求；钢支撑稳定性验算：最大应力175441<215000，
稳定性满足要求。

②地连墙受弯配筋。

最大弯矩设计值：
1747kN ·m 。

钢筋强度Fy （N/mm*mm ）=360；Fc （N/mm*mm ）=16.7；截面半径r=0.6m ；
受力主筋保护层a
（mm ）=70；经计算，全部纵向钢筋的截面面积As
（mm*mm ）=10483mm 2
；实配2228，As=13547mm 2。

③地连墙受剪配筋。

等效截面宽度：
b=1.76×r=1.76×0.6=1.056m ；等效截面高度：
ho=1.6×r=1.6×0.6=0.96m ；最大剪力V （kN ）=514×1.35×1.5=1040kN ；截面验算：
V <0.25×fc ×b ×ho =0.25×16700×1.056×0.96=4232kN ，
截面满足要求；验算是否构造配筋：
0.7×ft×b×ho=0.7×1570×1.056×0.96=1114kN>1040kN 。

实际配箍筋Φ10@100/150
（箍筋加密区位于支撑中心位置上下1000mm 及基坑底部上下1500mm 范围内）。

3.3钢腰梁受力计算
腰梁采用2根工45C 型钢组合在一起，
根据《钢规》中受弯构件的计算公式进行计算。

围护结构腰梁采用2根工45C 组合在一起，
由围护结构计算结果知钢支撑最大轴力标准值为N 1=626kN/m 。

根据
《钢结构规范》中受弯构件的计算公式对工字钢组合腰梁进行如下验算：
①强度的计算。

在主平面内受弯的实腹构件，其抗弯强度应按3.2.1
规定计算：
其中：
腰梁支座处的弯矩最大，
根据支撑轴力标准值可知腰梁侧向均布荷载为：
q=626×1.35=845kN/m 钢支撑间距3m ，对钢腰梁按五跨连续梁考虑，
计算得出其最大弯矩：
M x =634kN ·m 所以钢腰梁强度满足要求。

②抗剪强度的计算。

在主平面内受弯的实腹构件，
其抗剪强度应满足：τ=VS It w
⩽f v
其中V=12
×N=0.5×845×3=1267kN ；两个工字梁S=
2S 0=187760mm 3；两个工字梁的I=70599.950cm 4；两个工字梁的2t w =2×15.5mm=31mm 。

则：
所以钢腰梁满足抗剪强度的要求。

4主要施工工艺4.1地连墙施工
导墙施工完毕经检查无误后方可正式施工地连墙，
在导墙上用红油漆按照地连墙槽段划分图画出槽段分界线，
严格按照设计图纸进行分幅。

标准槽段采用三抓成槽法开挖成槽，挖槽过程中应观测槽壁变形、垂直度、泥浆液面高
度，并控制抓斗速度，
防止出现坍塌。

地连墙成槽验收合格后方可下放钢筋笼，钢筋笼下放
由履带吊进行安装作业，
在吊装过程中需由专人进行统一指挥作业。

为了使槽段间很好地连接，
保持良好的防水性表1围护结构应力结果表
最大位移
（mm ）第1~3道支撑轴力标准值（kN/m ）弯矩设计值（kN ·m ）剪力标准值
（kN ）
11
141/551/626
1747
514
图3地连墙围护结构计算图式
δ1
δ2
δ3Kh Kh Kh
Kh
工况4
工况3工况2工况1图2大河东站基坑支护横断面设计图
200mm 挡土墙
高出地面1m
第一道砼支撑第二道钢支撑
第三道钢支撑
1000
95001300200mmC20
1∶0.3放坡采用C20回填
集水坑
钢管桩ϕ203，t=101000
MG5
MG4
MG3
MG2
MG1
SJMS1
C30传力板撑厚度300
2m×0.3m@4m
a ·86·
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表2钢支撑应力计算表
项目公式单位
钢支撑壁厚
钢支撑直径
钢支撑截面积
钢支撑每延米轴力标准值
钢支撑间距
钢支撑与冠梁夹角
钢支撑轴力标准值
钢支撑轴力设计值
钢支撑跨度
长度计算系数
钢支撑计算长度
钢管惯性矩
钢支撑回转半径
钢管抗弯模量
长细比
轴心受压稳定系数
钢支撑每延米自重标准值
施工荷载
自重设计值
支座弯矩
偏心距
偏心弯矩
钢管塑性发展系数
钢管强度验算
参数
D
A
N
N
N
L
Μ（一端铰接固定取0.7，两端铰接取1）
I OX=μL
I=π*（D4-d4）/64
I x=i y=sqrt（I/A）
W nx=W ny=2I/D
λx=λy=lox/ix
值查钢结构设计规范C-2表
G k
G=1.35*G k+2
Mg=GL2/8
M ex=M ey=N*e0
γx=γy=1.15
N/A+Mxγx*W nx）+My/（γy*W ny）+温度应力
Ney=π2*E*A/（1.1*λy2）
m
m
m2
kN
m
°
kN
kN
m
m
kN/m
kN/m
kN/m
kN·m
kN·m
kN/m2
0.016
0.609
0.02980431
626
3.5
90
2191
3549.42
11.9
1
11.9
0.001311173
0.209733462
0.004305987
56.73868107
0.903
2.339883341
4
7.158842511
126.720461
0.015
53.2413
1.15
166172.1563
17113.55981
与整体性，连续墙接头采用工字钢板型钢做接头。

地下连续墙混凝土为水下混凝土，采用双导管进行灌注，导管埋入混凝土中长度控制在2~4m。

混凝土灌注顶标高，应规范要求超过设计标高0.5m，不得超灌或欠灌。

4.2钢管桩施工
钢管桩主要施工工序为：场地平整→钢管桩制作→测量放线→钻机就位→钻孔→提钻、清孔→安装钢管→拌制浆液→注浆。

首先将钻孔机安放在指定位置，安放水平，防止倾斜，钻进锥头中心与钢钎中心重合，钻至设计有效深度，钻孔直径300mm。

成孔后对桩孔进行高压清孔后，方可放入钢管桩。

钢管桩注浆采用先下管后注浆工艺，钢管桩沿竖向根据实际地质设置出浆孔，穿越土层及强风化岩时每隔500mm设置两个Ф15mm的出浆孔。

4.3锚索施工
A号出入口设置有1道锚索和2道锚杆，锚索端部为锁脚腰梁，采用QM15-4型锚具锁定。

锚索水平间距为1.5m，钻孔直径150mm；预应力锚索应采用二次压力注浆，注浆压力2.0~3.0MPa，锁脚锚索预应力锁定值为500kN。

采用潜孔冲击式钻机对锚索孔进行钻进，钻孔深度要超出锚索设计长度1m左右。

钻孔结束安装锚索时要注意检查排气管的位置和畅通情况；锚索送入孔内，当定位止浆环到达孔口时，停止推送，安装注浆管和单向阀门。

锚索注浆采用底部压力注浆法施工。

注浆管插至孔底，砂浆由孔底注入，空气由锚索孔排出。

待锚孔注浆体强度达到设计强度的80%后进行锚索的张拉。

锚索张拉，应分两次进行，第一次张拉分别按25%，50%，75%，100%，110%设计轴向拉力值各拉伸一次。

按25%设计轴向拉力值作为初张拉力进行张拉，并测量和记录拉伸值初读数，最后一级持荷稳定观测30min以后按设计要求锁定，锁定值为设计值的80%，锁定后6天内没有出现明显的应力松
驰现象，即可进行封锚。

如预应力明显损失
时，应再进行一次补偿张拉，以便补偿锚索
的松弛和地层的蠕变等因素造成的预应力
损失。

4.4基坑开挖施工
基坑土方分层开挖施工工艺主要有：施
工准备→第一层土体开挖→撑第二道钢管
支撑→第二层土体开挖→撑第三道钢管支
撑→第三层土体开挖→开挖至基坑底标
高→基底人工处理→转入下一循环施工→
土方开挖结束。

基坑根据车站结构和钢支撑、砼撑架设
位置进行开挖纵向分段，基坑开挖施工以
20~25m每段进行，每段长度不宜超过25m。

纵向土方采用分层开挖的方案，分层高度应
充分考虑开挖基坑的地质情况，结合围岩含
水性、稳定性等，制定每层开挖的层厚度，在
满足安全的前提下，每层挖土厚度不宜超过
3m。

基坑最后剩余土体无法利用台阶接力式
开挖的，采取基坑上部长臂反铲挖掘机配合
基地反铲挖掘机或基坑底反铲挖掘机配合
基坑上部大型吊车、龙门吊垂直运输的方式
进行土方开挖施工。

4.5基坑内支撑安装施工
A、B号出入口基坑内第一道支撑为钢筋混凝土支撑，A口第二支撑采用ϕ609mm、t=16mm的钢管支撑，采用2I45C双拼工字钢作为钢腰梁，B口第二道支撑采用ϕ800mm、t=20mm的钢管支撑，采用2I56C双拼工字钢作为钢腰梁，保证围护桩整体受力。

支撑钢管与钢管之间通过法兰盘以及螺栓连接，由吊车起吊安装，钢支撑吊装到位，将两端活络头子拉出顶住钢垫箱，再将2台150吨千斤顶放入活络头子顶压位置，接通油管后即可开泵施工预应力。

5安全质量保障措施
①施工过程中加强监测，保证钢支撑受力稳定，确保基坑安全。

②开挖施工每层开挖前认真检查坑壁的可靠性，并在整个施工过程中定时按设计要求进行测试和检查。

③在土方开挖的同时严格按照设计的支护结构跟进支护。

保证施工生产的安全。

④加强对支撑预应力的观察，及时观察预应力损失及墙体水平位移的情况，并复加预应力，补足其损失的预应力值。

6结束语
通过对该车站基坑支护结构采用组合桩进行支护，并在施工过程中对主要工序进行严格把控，不但安全顺利的完成了该车站的地下施工工作，而且减少了对周边环境和建筑物的影响，同时也加快了施工进度，同时部分支护材料可循环利用，大大降低了施工措施费用。

该地铁车站深基坑支护形式也为后续类似施工提供了借鉴和参考。

参考文献:
[1]GB50017-2003，钢结构设计规范[S].
[2]GB50007-2011，建筑地基基础设计规范[S].
[3]YB9258-1997，建筑基坑工程技术规范[S].
[4]JGJ120-2012，建筑基坑支护技术规程[S].
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