城市地铁车站基坑围护结构变形施工控制技术

王德林

摘要：在城市建筑密集区域进行深基坑施工时，其围护结构的变形对周围建筑物的安全性能影响十分重大。为此，提出一种城市地铁车站基坑围护结构变形施工控制技术。首先，对基坑周围的四个阳角进行加固，从根本上增强基坑围护结构的稳定性和承载能力。其次，采用倒角加固的形式，通过增加支撑刚度进一步控制基坑变形。最后，通过支撑换撑的方式确保坑道周边土体稳定。根据工程概况，确定施工工艺流程，对基坑维护周围桩顶的水平位移进行监测。试验结果证明，基坑围护结构变形结构安全性满足要求，能够提高施工过程的安全性和稳定性。

关键词：基坑围护；基坑围护变形；施工方法；变形控制

0   引言

近年来，在地铁车站施工过程中，如何有效控制基坑围护结构的变形成为了一个亟待解决的难题[1]。阳角加固作为一种有效的基坑围护结构变形控制技术，通过在阳角位置增加支护结构，改善围护结构的受力状态，提高其稳定性[2]。

设置内支撑和外拉锚等，能够显著增强基坑围护结构的稳定性，防止因支撑刚度不足而引起的变形。特殊换撑措施包括柔性支撑和智能支撑等，是近年来发展起来的新型支撑技术[3]。柔性支撑通过采用高弹性模量的材料，提高支撑的适应性；智能支撑则通过实时监测基坑围护结构的变形情况，实现动态调整支撑力的目的。这些特殊换撑措施的应用，不仅能提高基坑围护结构的稳定性，还能有效降低施工成本。

为了确保基坑围护结构变形结构安全性满足要求，本文以佛山地铁三号线的兴业路站为依托，根据工程概况，确定施工工艺流程，之后对基坑维护周围桩顶的水平位移进行监测。

1   工程概況

佛山地铁三号线的兴业路站为地下主体两层11m岛式车站，局部3层，全长193.1m，标准段宽为19.9m，车站基坑开挖深度为20.40～22.98m。基坑周边影响基坑的管线主要有φ1800、φ2000供水管、φ200煤气管、220kV高压电缆、φ800雨水管。该工程位于城市中心地带，周边建筑密集，车流量大，地形复杂。车站主体结构为地下二层，局部三层基坑深度约20m，形状为矩形。基坑周边环境复杂，包括高层建筑、地下管线及市政道路等。本文从阳角加固、增加支撑刚度和特殊换撑措施三个方面，详细探讨了城市地铁车站基坑围护结构变形的施工控制技术[4]。

2   基坑围护结构变形施工控制方法

2.1   阳角加固

2.1.1   围护结构变形机理

基坑开挖过程中，会显示出明显的空间效应。具体而言，当进行长方形基坑开挖时，4个角部的围护结构变形量相较于沿长边方向中间位置的围护结构变形量要小得多。这种差异的产生主要源于角部的土体约束大于长边中部土体，导致中部位置的围护结构承受更大的力，从而更容易发生变形。

2.1.2   阳角加固方法

通常在基坑的四个角落或者阳角处[5]，确定需要加固的阳角位置，增加支撑截面面积，或采用高强度材料制作支撑，从而提高支撑的承载能力。在支撑与围护结构之间设置节点板或加强板，以增强支撑与围护结构之间的连接，防止节点破坏。在支撑体系中增加斜撑或对撑，以提高支撑体系的整体稳定性。为了防止阳角处围护结构与支撑结构之间的剪切破坏，可以在围护结构与支撑结构之间设置抗剪切装置，如抗剪键、抗剪螺栓等。阳角加固方法如图1所示。

2.1.3   阳角加固要点

在具体实际操作中，位于基坑东部的阳角支点可能会因为土体的不均匀分布而导致其支撑力度相对较弱。这种情况可能会引发土体的过大变形，进而产生安全隐患[6]。为了防止可能出现的危险，需要采取应急措施，对基坑阳角进行加强。这不仅有利于提高阳角的支撑力度，也有效地减小了土体的变形量，提高了整个施工过程的安全性和稳定性。

2.2   增加支撑刚度

2.2.1   倒角加固机理

为了进一步控制基坑变形，结合实际情况，可采取倒角加固的方式措施来增加支撑刚度，提高围护的水平极限强度。倒角加固是指在基坑四个阳角处设置支撑结构，通过增加支撑刚度来减小基坑变形的幅度。倒角加固方法如图2所示。

倒角加固可采用钢支撑、混凝土加固或加固桩等方式。通过在基坑阳角处设置支撑结构，可以限制土体的水平位移，减小土体侧压力对基坑结构的影响，从而减小基坑的变形。同时，倒角加固还能增加基坑围护结构的整体刚度和稳定性，提高基坑的安全性和承载能力。

2.2.2   倒角加固要点

为了增强底板的水平约束，可在基坑东侧的底板垫层上加设300mm的混凝土层。这一举措不仅可以提高底板的水平约束，还能够有效地防止底板变形。

针对阳角处第2道主撑的力量支撑不够的问题，可将主撑截面尺寸增大到1.2m×1.0m。如此这道主撑能够更好地支撑起整个结构，从而减少阳角处的变形。为了保证基坑后续施工安全，采取了以下措施：

为使斜撑能够有效地支撑起该区域的土体，防止其发生位移，在西南角增设了一道斜撑，其截面尺寸为500mm×2000mm。采用有限元软件ABAQUS模拟不同倒角尺寸下支撑应力集中的现象，得倒角应力变化如图3所示。从图3可以看出，随着角尺寸的增加，应力集中的消除变得越来越不明显。

2.3   采取特殊换撑技术

2.3.1   特殊换撑技术机理

基坑特殊换撑技术是一种在隧道或坑道施工时，为确保坑道周边土体稳定，同时又需对已经施工的结构进行支撑而采取的一种施工工艺。该技术主要适用于因结构设计变更、施工误差等原因导致的已施工结构与设计要求不符，需要在已有的支撑结构上重新进行支撑的情况，以保障结构稳定和施工安全。