深圳地铁歌剧院站上墙下桩围护结构设计

深圳地铁歌剧院站上墙下桩围护结构设计

杨国滔

（中铁二院工程集团有限责任公司，四川 成都  610031 ）

摘要：在深圳地铁13号线歌剧院站小里程端范围，结合上软下硬地层条件、围护结构选型、施工效率等因素，提出采用“上墙下桩”的桩墙结合体围护结构形式，既保证了基坑安全、提高了施工效率，还节省了投资，为类似上软下硬地层基坑设计提供了围护结构设计施工经验。

关键词：地铁车站；深基坑；围护结构；设计

1、工程概况

    歌剧院站为深圳市城市轨道交通13号线二期（南延）中间站，位于蛇口山脚下，车站西侧紧邻后海大道，东侧紧邻后海滨路，南侧临近海边。 歌剧院站为地下三层单柱双跨结构，基坑标准段车站宽21.5m，长301m，底板底埋深约25.5~26m。车站所处位置地质条件复杂，小里程端为典型上软下硬地层，本文主要针对小里程端上软下硬地层围护结构开展研究设计。

2、工程水文地质

深圳市城市轨道交通13号线二期工程（南延）详勘阶段歌剧院站地貌单元为海积平原区，后经填海造陆形成，地面高程4.58～5.13m，地势起伏不大。该层地下水受季节影响较大，根据初勘及详勘勘探孔揭示，稳定水位埋深一般为3.2～7.8m（标高-2.83～1.58m）。

依据区域已有地质资料，结合本次钻探所揭露地层和室内土工试验成果、原位测试资料，按不同时代成因、不同土类别、不同状态，按照国标《城市轨道交通岩土工程勘察规范》（GB50307-2012）进行土的分类和岩石分类。每个岩土层描述如下：

<1-1>素填土

灰黄、褐黄等，松散，欠固结，稍湿，主要由以黏性土、砂粒、角砾组成，均匀性较差，水平及竖向分布无规律，堆填年限大于10年，该层主要分场区浅部表部、厚度变化较大，揭示层厚0.8～11.0m，平均厚度3.89m。

<1-2>填砂

褐黄、灰色，饱和，松散～稍密，颗粒成份主要为石英、长石，以中粗砂、砾砂主，级配良好，填筑年限大于10年。场地内广泛分布，揭示厚度2.0～6.5m，平均3.75m。

<1-3>填碎石

灰白、灰色等，稍密，主要由强、中微风化黑云母花岗岩碎石组成，其余为砂土及粘性土充填，局部含少量块石，块石含量约占5%，填筑年限大于10年。场区呈带状分布，揭示厚度0.9～9.5m，平均4.74m。

<1-4>填块石

灰白、浅肉红色等，稍湿～饱和，稍密，均匀性差，主要由中、微风化花岗岩块组成，岩芯呈碎块状或柱状，块石直径多为20～40cm。为填海造陆形成，填筑时间10年以上。场区广泛分布，揭示层厚0.5～12.0m，平均层厚5.02m，层顶埋深0.0～12.0m。

<4-4-3>可塑状粉质黏土

褐红、褐黄等色，可塑状，主要由黏、粉粒组成，含少量砾砂，土质较均匀，黏性较好，能搓成长条，局部有轻微砂感，捻切面较光滑，干强度中等，韧性中等，摇振反应无。该层揭示层厚2.4～6.7m，平均3.83m，层顶埋深13.8～20.1m。

<4-5>粉细砂

黄褐、深灰色，稍密，饱和，砂质不纯，砂质成分主要为石英、长石等，含少量黏粒，具臭味，含少量有机质，砂粒呈次棱角状，分选较好，级配差，摇振反应中等～强。该层呈透镜状分布，揭示层厚1.60～2.30m，平均层厚2.00m，揭露层顶埋深9.90m～23.40m。

<4-7>砾砂

浅黄色、灰黄色，饱和，中密，以石英颗粒为主，局部含中粗砂，含少量黏粒，次圆，颗粒级配良好，分选性较差，摇振反应强。部分钻孔含石英碎块。该层呈层状分布于场区残积土之上，人工填土之下，揭示层厚1.20～9.0m，平均层厚4.46m，层顶埋深7.10～25.00m。

<11-1-3>块状强风化黑云母花岗岩

褐黄、灰褐色，风化强烈，原岩结构大部分破坏，矿物成分变化显著，岩芯主要呈坚硬砂土状及碎块，局部夹有中等风化岩块，遇水易软化崩解，开挖后会进一步风化。平均层厚1.70m，层顶埋深10.30～34.20m。

<11-1-4>中等风化黑云母花岗岩

肉红色、褐黄色、青灰色，主要由石英、长石、云母等矿物组成，中粗粒花岗结构，块状构造。一般层厚1.0～21.9m，揭露层顶埋深10.0～36.80m。天然单轴抗压强度最大达48.7MPa。

<11-1-5>微风化黑云母花岗岩

肉红、青灰色，主要由石英、长石、云母等矿物组成，中粗粒变晶结构，块状构造。岩体较破碎～较完整，岩体基本质量等级为Ⅱ～Ⅲ级。一般层厚0.80～25.3m，均未钻穿，揭露层顶埋深12.0～34.20m。天然单轴抗压强度最大达70.6MPa。

3、上墙下桩围护结构设计

    3.1设计技术标准

基坑安全等级取一级，基坑侧壁重要性系数γ=1.10。围护结构的计算采用荷载－结构模式，按《深圳市基坑支护技术标准》（SJG05-2020），采用荷载增量法原理进行内力计算。围护结构应满足基坑稳定要求，不产生倾覆、滑移和局部失稳，基坑底部不产生管涌、隆起，支撑体系不失稳。围护结构构件不发生强度破坏。围护体系应保证周边建（构）筑物、城市道路、地下各类管网不致于位移、应力过大而损坏，必须保证其安全。

3.2围护结构设计方案

本车站小里程端为典型上软下硬地层，基坑上半部分多为素填土、填块石、淤泥质土等软弱土层，下半部分为中~微风化花岗岩层。该基坑位处填海区，地下水位较高，软弱土层中存在透水性较强的砾砂，因此围护结构型式优先选择地下连续墙，其次可选择套管咬合桩，但下部中~微风化花岗岩强度较高，连续墙成槽机施工效率极低，为保证基坑安全稳定，并兼顾施工效率，本车站小里程端上软下硬地层范围拟采用上墙下桩组合的围护结构型式，上部软土地层采用连续墙，下部岩层采用钻孔桩。

图1 车站小里程端地质剖面图

图2 上墙下桩围护结构设计图

因此本车站小里程范围基坑采用上墙下桩围护结构（基坑上部为800mm厚地下连续墙、下部为Φ800mm钻孔灌注桩）+内支撑的支护方案，明挖顺筑法施工。基坑竖向布置三、四道内支撑。连续墙分幅原则以6m一幅，每幅连续墙下设置3根Φ800mm钻孔灌注桩，上墙下桩围护结构中上部连续墙深度设计原则为墙底进入中风化岩层不小于1m，下部钻孔桩嵌固深度设计原则为中风化岩层桩底嵌固基底以下2.5m、微风化岩层桩底嵌固基底以下1.5m。

4、围护结构计算分析

根据基坑规模及周边环境情况，按相关规范要求，本车站基坑安全等级为一级，结构重要性系数取1.1，地面最大沉降量应≤0.15%H，围护结构最大水平位移≤0.15%H且≤30mm（H为基坑深度）。围护结构的计算采用荷载－结构模式，采用荷载增量法原理进行内力计算，围护结构计算按荷载情况、施工方法，模拟基坑开挖、回筑和使用阶段不同的受力状况，按最不利内力进行计算。

为便于理正深基坑计算模拟，将基坑分为上下两个部分进行分部简化计算，上部基坑按常规连续墙进行计算，下部基坑按排桩进行计算，排桩均位于中微风化岩层，嵌固深度为进入中风化2.5m，进入微风化1.5m，中微风化岩按水土合算，排桩上部结构简化为超载。采用理正基坑计算得出内力位移包络图如下：

图3 围护结构包络图

从包络图可看出围护结构最大弯矩661KN*m，最大剪力443KN，基坑最大位移-13.16mm，满足一级基坑的设计要求。

5、结论

    深圳地铁13号线歌剧院站上墙下桩围护结构已实施完成，基坑安全稳定，使用过程中效果良好，取得了较好的技术和经济效益，可为今后遇到同类上软下硬地层中的基坑设计提供有益的参考。

参考文献

［1］刘国彬，王卫东 基坑工程手册［M］ 2版 北京：中国建筑工业出版社，2009

［2］刘钊，余才高，周振强 地铁工程设计与施工［M］北京：人民交通出版社，2004

［3］李劭晖，徐伟 嵌岩地下连续墙受力性能研究及设计建议［J］地下空间与工程学报，2007，3（5）：959-962

［4］李劭晖，徐伟 深基坑嵌岩支护技术应用研究［J］岩土工程学报，2006，28（增）：1720-1723

［5］SJG05-2020  基坑支护技术标准［S］