摘要：深圳是我国大陆地区中第5个拥有地铁系统的着名城市。现阶段，深圳地铁已开通8条线路，共有199个车站，地铁总长285km,在全国排名第5.罗湖区、福田区、南山区、宝安区、龙华区、龙岗区构成了城市铁路网。本文介绍了福田综合交通枢纽地铁站深基坑围护结构设计方案和福田区龙岗线西段福田综合交通枢纽站工程概况，并对深基坑围护工程施工中遇到的问题以及工艺做出综述。
关键词：深圳地铁； 交通枢纽； 深基坑维护工程；
0 引言
随着我国国民经济的发展，城市建设速度加快、人口迅速扩张，导致地面用地紧张、交通压力急剧上升。为解决这一问题，发展地下交通无疑是最佳方案。但建成一座良好的地铁站面临很多难题，既要兼顾周边的建筑保护与交通安全，又要对深基坑的开挖与围护等工艺制定有效且复杂的组织方案[1].
1 福田综合交通枢纽地铁站工程概况
深圳市地铁龙岗线西延段福田综合交通枢纽站位于深圳市深南大道下，呈一字形，东、西走向；地铁2号，11号线为地下2层岛式站台车站，车站全长548.82m,标准段宽43.4m,有效站台中心里程处顶板覆土厚度3.2m.车站标准段采用地下2层四跨现浇钢筋混凝土矩形框架结构，车站与换乘段采用地下3层三跨现浇钢筋混凝土矩形框架结构，与广深港城际客运专线的换乘段采用地下3层多跨现浇钢筋混凝土矩形框架结构。车站标准段基坑开挖深约18.71m~20.11m,换乘段基坑开挖深度约为25.37m,与广深港的换乘段基坑开挖深度约为30.52m,支护工程安全等级为一级，具体见图1.
图1 福田综合交通枢纽地铁站工程示意图
地铁站施工通常有明挖法、盖挖法与暗挖法3种挖法，不常用的有铺盖法和扩挖法，其中明挖法施工最为普遍。明挖法是在有一定的支护体系的保护下进行开挖深基坑，然后在深基坑内施工轨道交通工程结构的施工方法。
2 福田综合交通枢纽地铁站深基坑围护结构设计方案
本工程车站长548.82m,深24.8m~30.52m,设支撑3道~5道，盖挖段长45m,规模较大。其开挖难度之大，组织之困难，地下墙施工技术要求高，大跨度深基坑安全支护问题是工程的重点内容。对工程的影响因素有很多种，如基坑的支护程度、施工条件、基坑围护的结构刚度、地下水变化、土体强度及围护结构的种类等。在考虑设计深基坑围护结构方案时，对每种因素若稍有考虑不周，便易引起基坑变形过大，产生塌方，造成巨大的经济损失及人员伤亡。
深基坑工程属于一个系统工程，不仅包括地质工程、岩土工程、岩土测试技术等相关土力学知识，还包括结构工程等相关结构力学知识。深基坑在开挖过程中土与结构的互相作用对土体的整体强度以及稳定性、支护的结构内力及变形以及对周边环境有巨大的影响。
深基坑工程是一种综合性的岩土工程难题，是指在建筑物工程或其他地下工程施工的基础中，对地体的基坑开挖、降水、支护以及对土体的加固和监控等的一种综合性工程。在工程中，深基坑支护又是一项重要的内容，随着开挖深度的不断扩大，对基坑的支护要求也逐渐越来越严格[2].
2.1 深基坑工程的特点
（1）随着深基坑的规模不断扩大，其开挖的深度也在不断加深；
（2）开挖的深度越来越深，深基坑工程的地质条件便会越来越差，其中的施工场地也会越来越狭窄；
（3）深基坑的形状复杂多变，并且对围护结构的设计以及受力有着很大的影响。当深基坑开挖后，上部土方被挖掉，等于是给基底土方卸荷，打破了原有的荷载平衡，使基底土方产生应力释放，导致地基土方变形隆起， 这时便会产生时空效应；
（4）深基坑处于繁华地段，深基坑的开挖会使周围的建筑物及各种建筑物和地下管线产生较大的位移和发生沉降作用；
（5）深基坑工程是一种系统工程，在相邻场地的施工及基础的浇注混凝土等工序都有着其相应的制约和影响，同时增加工作的协调难度，对此要进行动态管理。它还是一种高风险工程，由于深基坑涉及的地域较大，技术复杂而且风险较大、容易出现事故，所以要加强对深基坑的施工监测以及设有相关的应急备案[3].
2.2 深基坑的支护设计原则
深基坑支护在设计中要依据基坑的深度、工程的地质条件以及环境条件等合理划分出基坑侧壁的安全等级，然后再综合基坑侧壁的安全等级与气候条件、工期要求、造价等因素合理选择支护的结构类型。同一种基坑的不同侧壁可以划分为不同的安全等级，并且依据侧壁的安全等级分别进行设计。在采用内支撑支护体系中，要以支撑两侧的安全等级进行控制设计。表1为《建筑基坑支护技术规程》DB 11-489有关基坑的侧壁安全等级确定原则[4].
根据承载能力的极限状态与正常使用的极限状态的设计要求，基坑的支护应按照以下规定进行计算。
（1）基坑的支护结构均应进行承载能力极限状态的计算，包括根据基坑的支护形式及受力特点进行土体稳定性计算，对基坑支护结构的受压、受弯以及受剪的承受能力进行计算，当有锚杆或支撑时，对其进行承载力计算和稳定性的验算；
（2）对于安全等级为一级和二级的建筑基坑的侧壁，要对基坑周边环境以及支护的结构变形进行验算；
（3）地下水位控制的计算和验算要包括抗渗透稳定性验算、基坑底突涌稳定性验算、地下水位控制计算。
表1 基坑侧壁安全等级划分
注：a表示管线、邻近建（构）筑物基础边缘（桩基础桩端）离坑口内壁的水平距离与基础底面距基坑底垂直距离的比值；I表示复杂地质；Ⅱ表示较为复杂的地质；Ⅲ表示简单地质。
在承载的极限能力状态下，要对进行支护的结构承载能力以及基坑土体出现的破坏力进行计算。
基坑支护设计的主要内容是计算与验算支护的机构、质量检测以及施工监控。支护结构施工的监测是其施工中必不可少的环节。
2.3 深基坑的破坏模式
地铁站的深基坑在开挖过程中实际上就是一种不断卸荷的过程，这时会不断产生基坑变形，是由于坑内的土壤逐渐被挖掉，自重应力也不断在释放所导致的。基坑的变形形式又分为基坑底部的土体隆起、墙体侧翼与地表沉降。深基坑的主要事故具体分类如图2所示[5].
图2 地铁深基坑主要事故的类型
（1）强度破坏
在墙体受到的弯矩大于墙体的抗弯能力后，墙体就会出现裂缝或者断裂的现象，这是由于超挖、超载、支撑不及时等原因引起的围护结构强度破坏；支撑在强度不足或间距过大的情况下由于侧压力的作用发生折断现象就是支撑强度的破坏；
（2）稳定破坏
由于基坑外坑土体产生大滑坡或塌方而引起整个支护系统的失稳，造成围护结构后的土体滑移，从而引起整体的失稳现象；
围护墙底踢脚引起隆起破坏是由于在粘土层中，深基坑开挖时使墙体向内产生侧挤压现象，在一定程度上，坑内土体会隆起从而导致的现象。
管涌破坏是由含水的砂层土止水帷幕深度不够时，在坑内外水头差的作用下引起的现象。
承受水突涌是由于坑底的不透水层较薄，土重不足以抵挡下部水压力引起的现象。
围护结构的渗漏破坏是由于当支护结构失稳或地面塌陷，在饱和的含水地层中，墙体出现裂缝导致围护的止水效果不好，引起大量的水夹杂砂砾涌进坑内从而引起的现象。
土体滑坡或冲毁基坑内的支撑与立柱的破坏现象大多发生在基坑内分段开挖中的工程中。
支撑挠曲失稳现象是由于在格构柱下沉上抬或内支撑受压力过大时出现的现象；
（3）刚度破坏
刚度破坏是由于围护结构刚度不足或加固高压旋喷桩从而造成土体挤压破坏导致周围的建筑物、路面以及地下管线的破坏。
2.4 地铁深基坑的支护方案
地铁深基坑支护体系通常情况下包括围护结构的体系与支撑体系。而支撑体系又包括直立式（悬臂桩、墙）、锚拉支护（锚拉梁、桩）、土层锚杆、钢管、型钢支撑（水平撑）、斜撑、环梁支护体系、逆作法施工等。围护结构体系按照不同的分类形式可以分为支档型与加固型，柔性围护结构与刚性围护结构等。其围护方案如图3~图4所示[5].
图3 按支护类型分类的围护结构
图4 按刚度分类围护结构
3 福田综合交通枢纽地铁站深基坑围护结构工程
3.1 车站位置及周边环境
福田综合交通枢纽地铁站车站设置于民田路和深南大道交汇处，规划中的莞深、穗深城际线也在此与2号，3号，11号线换乘，同时站点东侧的益田路下还有广深港客运专线福田站在此交汇。车站北侧高交会馆旧址规划为深圳福田CBD金融聚集区，包括深圳证券交易所和其他金融业相关的高级写字楼，是深圳未来的“华尔街”.
3.2 地层性质
车站范围上覆地层主要为第四系全新统人工填筑土（Q4ml），即冲洪积砂层、粘土层（Q4al pl）、残积粘性土层（Qel）等土层，下伏基岩为燕山期（γ53）花岗岩，局部为震旦系云开变质砂岩（Zyk）及断层角砾岩（Fbr）。具体分层如下。
（1） <1-1>素填土（Q4ml）厚0.5m~7.3m,车站范围内45个钻孔揭示该层； （2） <5-1>粉质粘土（Q4al pl）厚0.8m~9.1m; （3） <5-1-2>粉质粘土（Q4al pl）厚1.4m~9.4m,车站范围内7个钻孔揭示该层； （4） <5-1-3>粉质粘土（Q4al pl）厚0.5m~9.1m; （5） <5-2-1>粉砂（Q4al pl）厚1.3m~1.7m; （6） <5-2-2>细砂（Q4al pl）厚0.4m~4.4m; （7） <5-2-3>中砂（Q4al pl）厚约1.2m~4.6m; （8） <5-2-4>粗砂（Q4al pl）厚约0.5m~7.1m; （9） <5-2-5>砾砂（Q4al pl）厚约0.5m~6.8m; （10） <8-2>砾质粘土（Qel）揭示厚度约0.5m~8.1m; （11） <8-3>砾质粘土（Qel）厚1.0m~7.9m; （12） <9-1>全风化花岗岩（γ53）厚0.9m~11.8m,埋深11.5m~22.2m; （13） <9-2-1>强风化花岗岩（γ53）一般厚0.9m~15.5m,埋深14.8m~31.4m;<9-2-2>强风化花岗岩（γ53）厚度0.7m~7.7m,埋深34.8m; （14） <9-3>中等风化花岗岩（γ53）顶面埋深一般>20.4m~34.0m; （15） <9-4>微风化花岗岩（γ53）顶面埋深一般>21.3m; （16） <21-1>全风化花岗片麻岩（Pzl）厚2.3m,埋深14.5m; （17） <21-2-1>强风化花岗片麻岩（Pzl）厚2.2m,埋深16.8m; （18） <21-2-2>强风化花岗片麻岩（Pzl）厚1.4m.
3.3 施工容易出现的问题
（1） 钻孔偏斜
解决措施有检查钻机水平仪、钻杆的磨损度等；
（2）塌孔
预防措施：可以升高护筒，增加水头或用虹吸管等措施保持水头的相对稳定；除此以外还可以提升钻头，下放钢筋骨架时应保持垂直，不要碰撞孔壁。
处理措施：在塌孔的位置不够深的时候要采取深埋护筒的方式穿过塌孔处。在塌孔位置较深时或者塌孔不严重的时候，可以将塌孔位置进行回填，并且采取改善泥浆性能、加高水头的措施，再继续钻进；当塌孔较为严重时要立即将钻孔用砂类或者砾石土进行回填，如果施工现场没有这种土可以用粘质土渗入5%~8%的水泥砂浆，再观察几天后重新开钻即可[6];
（3）扩孔与缩径
发生扩孔现象多是由于钻头摆动幅度过大引起的，要针对其原因采取措施。缩径一般是因为地层中含有遇水能够膨胀的软塑性等土质或者泥浆比重小而造成的。前者可以采用失水率较小的优质泥浆护壁，适当加大泥浆的比重大小；而后者则可以利用吊住钻头进行上下反复扫孔的手段将其孔径扩大，使孔径达到对应的要求。
（4）漏浆
钻孔在施工过程中要时刻注意泥浆面的变化，一旦发生有漏浆的现象，要分情况采取相关控制措施。
增加泥浆的比重及粘度，停止除砂，这时应立即停钻进行泥浆循环，再补浆保证浆面的高度，观察到浆面不再下降的时候便可继续钻孔。
如果仍然漏浆，需要在浆液中加入纤维素，经过循环堵塞孔隙控制渗漏浆的现象。
如果钢护筒底口漏浆，在采用以上措施都没有得到控制后，可以将钢护筒延长继续跟进，如果仍没有得到控制必须停止钻孔，在其中填充粘土，放置一段时间后再进行钻孔[7].
3.4 突发事故的防范预案
（1）停水、停电预防措施
在施工期要储存一定量的水，尽量不要在用水高峰期施工，保证停水的时候不会停止施工。
在施工期间要备好发电机组作为后备电源，保证电网在停电时还能继续施工[8];
（2）出现有毒有害气体预防措施
要经常利用气体检测仪检查体内气体的情况，发现有异常情况应及时撤离，并且事后要查明原因，然后进行处理。
在深基坑盖挖施工前要先进行通风处理，然后用活物进行检测，观察活物没有异常情况再佩戴气体检测仪进行作业[9].
4 结语
本文以福田综合交通枢纽地铁站为例， 对于深基坑支护工程的设计原则以及方案做了剖析，强调地铁建造工程需要在每个环节控制施工质量， 同时对福田综合交通枢纽地铁站区域内部的建造条件以及土壤环境做出分析，并对在施工中可能出现的问题提出了有针对性的解决措施。
参考文献
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