地铁车站深基坑支撑体系优化问题

摘 要：主要阐述了刘家窑地铁车站明挖基坑内支撑体系中的优化问题，通过对监测数据的分析，综合考虑基坑施工因素，合理选择内支撑形式，从而降低工程造价。

北京地铁五号线刘家窑车站在施工明挖结构基坑时，围护结构采用护坡桩结合钢支撑体系，采用钢支撑体系可普遍缩短护坡桩嵌入土层深度，减少整体护坡桩长度，同时采用可重复使用的钢制内支撑配合钻孔护坡桩，封闭内支撑体系与护坡桩挡土结构共同组成稳定空间结构体系，两者共同承受土体约束及荷载作用，使基坑围护结构保持稳定。通过对地铁五号线已经施工完毕的刘家窑车站明挖基坑内支撑体系几个问题的分析，力图寻找合理布设内支撑体系的方式。

1、工程概况

刘家窑车站位于现况南三环路刘家窑立交桥，车站主体结构全长201m，本站南北两端主体结构为地下二层，双柱三跨岛式结构，采用明挖法施工，其中南端长76.3m，北端长49.7m，车站南端设盾构端头井。车站中部75m为单层双柱三跨曲墙拱顶复合衬砌结构，采用暗挖法（CRD工法）施工。

本车站主体明挖结构分为两段，南侧基坑开挖深度为16.7-20.0m，开挖宽度为20.3m，开挖长度为75.7m，采用钻孔灌注桩+内支撑作围护结构；北侧基坑开挖深度为17.5-20.6m，开挖宽度为22.35m，开挖长度为49.8m，采用钻孔灌注桩+内支撑作围护结构，基坑北侧最下一道支撑为预应力锚杆。灌注桩直径600，间距800-1000mm，桩长为19.54-23.82m，桩顶设800×700帽梁，顶面标高为39.0m.帽梁与原状土之间高差部分以1∶1的角度放坡，表面用50mm混凝土抹面支护。桩间采用挂网喷射50mm厚的C20混凝土保持桩间稳定，混凝土喷层内设 6@150×150mm的钢筋网片。

原设计采用沿基坑竖向设三道钢围檩及θ609×14mm的钢支撑（局部深处为四道钢支撑），在端部和角部采用斜撑，支撑较长处中部设θ600钢支撑立柱。

2、支撑体系优化

支撑体系应该方便基坑结构施工，不但达到确保整个施工过程中基坑稳定的目的，还应该便于基坑开挖及后续结构施工作业。

内支撑位置的选择对于结构施工影响加大。如果同一层支撑间距、上下层之间高差较小，或者设置竖向支撑，将直接造成现场无法展开大规模机械施工。现场采用机械施工，不可避免要发生与内支撑架设工序冲突的现象，内支撑架设不及时对于基坑安全影响势必较大。内支撑形式合理与否，直接结果是基坑施工周期延长，工程组织难度加大，基坑风险程度提高。

目前地铁五号线在施的明挖基坑支撑体系大体可以分为两类。一类为：护坡桩结合内支撑体系，如刘家窑车站、灯市口车站、张自忠车站、和平北街车站等；另一类为护坡桩结合锚杆支撑体系，如宋家庄车站、雍和宫车站、土城北路车站。各车站已经完成基坑支护和结构施工，支护均达到预期效果。对比两类基坑施工操作中的问题可以发现。

内支撑体系严重干扰土建结构施工，并且存在诸多后续问题。作为临时支护结构的内支撑对后续永久结构的施工有较大影响，尤其是防水卷材、钢筋等的搭接空间，施工缝设置以及结构砼浇筑质量。

在目前采用内支撑体系的基坑开挖土方作业中，施工单位为达到机械施工目的，均有开挖土方与架设支撑冲突矛盾，按照设计的支撑间距、高度要求则无法满足机械施工作业面，因此普遍出现施工中架设支撑时间远远滞后于土方开挖，事实上增大了基坑安全隐患，存在冒险施工的现象。另一方面，不得不说是内支撑体系限制了机械施工。支撑位置在考虑基坑安全计算要求的前提下，内支撑围檩托架位置需要接近永久结构梁板位置，限制住了施工缝位置，该部位集中布置防水、钢筋等，造成防水卷材搭接长度与钢筋预留接驳器位置重合，卷材搭接长度及搭接施工质量保证难度大大加大，如果采用锚杆体系，可以确保防水接茬任意布置，远离钢筋、施工缝，可以保证理想的防水效果。内支撑接近梁板，尤其是平面位置与结构柱重合，在梁柱施工中避让支撑，结构钢筋预留位置无法完全确保结构要求的钢筋锚固长度，造成临时结构体系影响永久结构物的质量。内支撑体系要求在基坑内部设置环状围檩，围檩的设置与永久结构侧墙位置重合，由于支撑位置限制施工缝，侧墙浇筑高度一般在支撑下方1m左右，在满足钢筋连接要求下，砼浇筑时，由于钢筋顶在支撑下方，操作人员无法下到墙体内部进行振捣，砼的灌注位置只能在模板上端，砼浇筑落差大，离析现象难以避免，结构浇筑后的实体质量无法保障。对照锚杆支撑体系，上述问题完全可以避免。

如果设置内支撑，在确保基坑稳定的前提下，各层支撑设在永久结构各层梁板的上方80cm以外较为合理，这样能够确保接缝各工序施工质量及操作空间。通过计算和研究分析，内支撑采用I488型钢作为支撑杆件，支撑位置在基坑-1m、-8m、-11m处，局部在-14m增了第四支撑，同层支撑间距3m，从而保证了施工操作空间和各工序的施工质量。

3、支撑体系施工

由于该基坑为明、暗挖结合车站，明挖基坑与暗挖车站之间结合部位处理非常关键，直接影响不同形式的防水、明暗挖结构处理等的施工。在本次施工中就出现内支撑及支撑托架与暗挖初支长管棚位置冲突、与结构侧墙防水基坑与暗挖车站之间结合部位处理非常关键，直接影响不同形式的防水、明暗挖结构处理等的施工。在本次施工中就出现内支撑及支撑托架与暗挖初支长管棚位置冲突、与结构侧墙防水、钢筋冲突等问题。