地铁车站深基坑岩土工程勘察分析及评价

地铁车站深基坑岩土工程勘察分析及评价

摘要：随着交通需求的越来越大，城市地铁车站建设增多，随之也就出现了众

多的深基坑工程。为了保证基坑周围环境安全以及基坑工程的安全，必须对深基

坑进行勘察分析。本文以实际工程为例探讨了地铁车站深基坑岩土工程勘察分析

及评价。

关键词：勘察；稳定性；土工试验

一、工程概况

某城市地铁4号线Ｈ车站西侧附属结构含2号与3号出入口、1号与2号风道、A地产项目，采用明挖法施工。明挖基坑总长为198m，总宽为23.8m，最大

挖深17.09m，基坑围护结构采用钻孔灌注桩与锚索体系。H站附属工程为地下4层，地下1，2层为商业用房，地下3，4层为汽车库，局部利用地铁通道、风道，风井下部空间用作停车和仓库。地下总建筑面积为21645.59m2。结构类型为钢筋混凝土剪力墙结构，楼板为全现浇梁板式。该站地质条件和水文地质条件的复杂性，增加了基坑工程设计和施工难度。基坑工程由于施工周期长，常需经历多次

降雨、周边堆载、振动等许多不利条件，故深基坑工程事故时有发生。在软土、

高水位及其他复杂场地条件下开挖基坑，发生事故的概率更高。本工程中，明挖

基坑施工开挖深度、跨度大，钢管支撑及钻孔围护的技术要求较高。因此，保证

明挖施工不造成土体坍塌、建筑物过量沉降、既有车站结构过量沉降及变形是本

工程的重点，需加强勘察分析与评价工作。

二、地铁车站深基坑岩土工程勘察分析

（一）周围环境分析

该项工作是选择基坑支护方案，确定围护结构位移，基坑稳定安全系数控制

标准等工作的重要依据。基坑外围以调查研究、搜集资料为主；搜集相关邻近建

筑物和地下设施现状的资料。调查了解场地四周地下的管线如：煤气管道、上下

水管道、雨水管道、暖气管道。基坑四周的电力管线如：电信、有线电视管线等。不仅要了解清楚管井的走线、位置、结构，还要了解管道的结构、构件，为基坑

开挖、施工采取什么工艺提供必要准备。调查了解场地周边地上建筑情况：如地

上建筑的位置（离基坑边距离），基础埋深、基础形式，这些资料对基坑支护方案，尤其是施工工艺的确定起决定性的作用。避免由于施工发生临近建筑变形，

引起双方矛盾。

（二）基坑边坡稳定性分析

勘察工作为基坑边坡稳定性分析提供准确、真实数据，勘察工作必须通过外

业钻探严格控制土样质量，然后通过土工实验室对野外所取粉土土样做直接剪切

试验，对粉质粘土土样做了三轴剪切，对砂类土做了休止角试验。我们通过对试

验数据进行科学认真分析，准确提供了基坑支护的岩土参数，为基坑边坡稳定性

分析提供必要基础数据。

砂类土一律提出休止角。第②2层φ水下=39.0°；第③2层φ水下=38.0°；

第⑤1层φ水下=40.0°；第⑤2层φ水下=39.0。

以上这些数据对基坑边坡稳定的分析、计算是必不可少的。根据工程地质条

件和周边环境，勘察应该提出基坑支护方案的建议，建议采取的基坑支护方案是：即从地面到地下5.0m以1：1的坡度放坡开挖，上部采用土钉墙支护，下部采用

灌注桩加锚索的支护。止水帷幕采用水泥深层搅拌桩加三管摆喷防渗墙。

（三）钻探和静力触探试验

水文地质勘察是在岩土工程勘察报告的成果上进行的专项勘察，因此钻探和

静力触探试验目的是为了进一步查明和确认水文地质勘察研究区域内各含水层和

隔水层的埋藏条件、分布规律和水位变化等信息。据此在本次水文地质勘察研究

区域内按三角形布置了3个70m的钻探孔以探明土层的空间分布及稳定性，特别是承压含水层的厚度及底板深度，取土间距定为3m，对于其中分布稳定、厚度

较大的土层间距放大到4m。同时遇粉性土和砂土进行标准贯人试验，标贯试验

间距也定为3m，并取扰动样进行颗分试验。另外，配套布置了1个70m的静力

触探孔，用以与钻孔土层分层、颗分、渗透系数等数据进行对比分析。

（四）室内土工试验

结合本地铁车站基坑工程性质和水文地质勘察研究目的，进行包括常规物理

性质试验和渗透试验等土工试验项目。（1）土的物理试验：含水量采用烘干法、密度采用环刀法、液限采用76g瓦氏圆锥仪法、塑限采用滚搓法。颗粒分析采用

比重计筛析联合测定法和筛析法。（2）土体强度试验：直剪快剪、直剪固快、

三轴不固结不排水剪切试验、三轴固结不排水剪切试验、无侧限抗压强度。（3）压缩试验与固结试验：压缩系数、压缩模量、水平和垂直基床系数、静止侧压力

系数等。（4）渗透试验：采用变水头法测定水平渗透系数、垂直渗透系数。（5）热物理试验：提供导温系数、导热系数、比热容等物理指标。（6）电阻率试验：测定土体电阻率指标。室内试验均按现行国家及行业规范、标准进行。

三、地铁车站深基坑岩土工程勘察评价

（一）地下水对工程的影响

拟建场地内有潜水及承压水两种类型。其中：潜水含水层厚度较大（约

3.6～20.0m），主要位于开挖面以上，含水层含水量较高，但给水性较差，渗透

性较弱；承压含水层厚度不均（0.3～5.3m），分布不连续，渗透性中等，富水性不均匀，主要位于车站底板之下。总体而言，场地地下水不很丰富，但对施工仍

有较大影响。包括潜水渗流出现的涌水和流土，使挖掘面不稳定；承压水突涌造

成的坑底土层破坏及涌水对施工安全、质量与进度控制有影响。另外，地下水对

车站产生的浮力、渗漏及腐蚀性影响地铁的使用和营运安全。

分析本次勘察的D4S2Z44号孔为承压含水层厚度较大位置，为初步得到承压

水水文参数，在该孔旁布置了1个简易抽水试验孔。现场抽水试验结果：承压含

水层（③-4e层含卵砾石粉质粘土）承压水头在地面下4.11m，高程7.99m，综

合渗透系数Kcp=4.79×10-4cm/s。结合我公司在类似土层中的抽水试验成果，相同

工程经验，本次抽水试验结果可以作为场地范围该含水层的水文地质参数利用。

（二）基坑围护结构

基坑开挖深度16.0—17.0m，开挖范围内土体主要为黏性土、粉土及淤泥质土，土质松软，直立性差；场地两侧均为既有建筑，因此不具备放坡开挖的地质

条件，应采取支护措施。基坑范围内地下水水位1.0—2.6m，水位较高，须采取

止水措施。基坑围护结构采用地下连续墙或钻孔灌注桩加桩间止水帷幕、多排内

支撑支护方案。设计中应注意各地层渗透系数差异性影响。

（三）基坑底隆起

由于基坑内土方开挖及施工降水造成基坑内、外压力差，使基坑内土体有可

能产生向上隆起的现象，严重时造成周围土体的流失，危及基坑及附近建筑物的

安全。为防止基坑隆起，可采取深层搅拌方式，加强基坑底土体强度；但不宜采

取注浆方式加固基坑底部。

（四）抗浮