重庆地区岩质地层地铁明挖车站基坑支护设计

赵子寅

（北京市市政工程设计研究总院有限公司）

【摘要】本文以重庆市轨道交通一号线较场口及杨公桥车站为依托工程，总结、分析论述了重庆地区岩质地层地铁明挖车站基坑支护设计要点，旨在对类似工程能够有一定指导作用。

【关键词】岩质地层；地铁车站；基坑；设计

1、引言

重庆市直辖以来，经济飞速发展，人口逐步增多，为建设“畅通重庆”、满足市民出行需求，城市核心区轨道交通线网密度的提高势在必行，鉴于重庆市特有的地形、地貌及地质特点，位于城市核心区的明挖地铁车站逐渐增多，本类车站明挖基坑支护设计与平原地区类似工程有着本质上的区别，本文以重庆市轨道交通一号线较场口及杨公桥车站为依托工程，详细论述了重庆地区岩质地层地铁明挖车站基坑支护设计要点，旨在对类似工程能够有一定指导作用。

2、重庆地区岩质地层地铁明挖车站基坑特点

根据重庆市地形、地貌及地质，地铁明挖车站基坑支护设计有如下特点：

（1）重庆市地处四川盆地东南丘陵山地区，地势起伏大，地貌类型复杂多样，其中山地及丘陵约占全市面积的90%，重庆市城市核心区地表主要为厚度不均的第四系素填土及侏罗系沙溪庙组岩层，节理、裂隙较发育，边坡破坏机理与土层中不甚相同，其基坑支护设计亦如此；

（2）地铁明挖车站一般均位于城市核心区，周边商业密集，环境复杂，人流量大，车站基坑实施时社会影响极大；

（3）地铁明挖车站与区间、出入口、风道等附属结构接口较多，基坑设计时为其预留衔接条件；

针对以上特点，重庆地区岩质地层地铁明挖车站基坑支护设计应综合考虑周边环境、水文地质、基坑特点、施工技术及工程造价等诸多因素，因地制宜，选择一种或多种技术安全可靠、经济合理的支护型式。

3、设计要点

3.1设计理念

3.1.1岩质基坑的破坏形式

岩质基坑的破坏形式分为滑移形、崩塌形，且大多数为滑移形。

（1）滑移形：滑移形破坏主要分为有外倾结构面（软弱结构面或硬性结构面）和无外倾结构面两种情况；

有外倾结构面的岩质基坑破坏特征是沿单个外倾结构面或多个外倾结构面所组成的楔形体滑动破坏；

无外倾结构面的岩质基坑其破坏形式与土坡相似。

（2）崩塌形：主要沿陡倾大裂隙或结合极差的软弱外倾结构面倾倒或坠落。

3.1.2岩质基坑的稳定性分析

岩质基坑支护设计过程中，首先应确定边坡破坏形式，主要通过极射赤平投影法进行分析，而后根据平面滑动法判断边坡的整体稳定性。

3.1.3岩土压力计算

（1）对有外倾结构面边坡：

其主动岩土压力分别按《建筑边坡支护技术规范》6.3.2条和6.2.3条计算，取其大值。

当坡顶有重要建、构筑物时，应按6.4条对岩土压力进行修正。

（2）对于无外倾结构面边坡：

根据平面滑裂面假定按《建筑边坡支护技术规范》6.2.3条计算。

3.2支护型式

针对不同的破坏机理及稳定性情况，综合考虑周边环境、水文地质、基坑特点、施工技术及工程造价等诸多因素，重庆地区岩质地层地铁明挖车站基坑可采用的支护型式主要有如下几种：

（1）坡率法：针对无外倾结构面、软弱结构面的岩质边坡的一种快速、经济的柔性支护方式。

根据岩体类别采取不同的坡率放坡开挖，其边坡稳定性受岩体自身强度控制，因此，开挖后需及时喷设早强砼封闭，避免主体结构施工期间岩体风化，确保边坡稳定。

（2）土钉墙：针对基岩上覆土层的一种支护方式，常见于平原地区浅基坑或基坑顶局部放坡。

土钉墙是由天然土体通过土钉墙就地加固并与喷射砼面板相结合，形成一个类似重力挡墙以此来抵抗墙后的土压力；从而保持开挖面的稳定。

（3）格构（板肋）式锚杆挡墙：适用于上覆土层较薄，岩性较好的岩质边坡，属于柔性支护体系。

板肋式锚杆挡墙，由锚杆、肋柱、挡板共同组成的结构承受岩土压力。根据其肋柱、挡板施工工艺不同，可分为现浇式锚杆挡墙和喷砼式锚杆挡墙，其肋柱亦可采用内肋、外肋、暗肋等不同方式。

（4）桩锚挡墙：适用于岩性较差的岩质边坡，属于刚性支护体系。

桩锚挡墙，由锚杆(索)、桩、挡板共同组成的结构承受岩土压力，其支护能力较板肋式锚杆挡墙强，适用于存在不利结构面的岩质边坡。

（5）抗滑桩：适用于地表土层较厚，又需要直立开挖的边坡，属于刚性支护体系。

抗滑桩是穿过滑坡体深入于滑床的桩柱，用以支挡滑体的滑动力，起稳定边坡的作用，其桩径较大，施工进度慢，造价高。

重庆市轨道交通一号线4座明挖车站所采用基坑支护型式如表1：

计算结果表明，当车站南侧边坡直立开挖，稳定性系数Ks=1.24。直立开挖岩质边坡稳定，但小于《建筑边坡支护技术规范》GB50330-2002表5.3.1规定一级边坡稳定安全系数1.35。

（2）在南侧边坡上有J1、J2两组裂隙组合交线呈顺向外倾，可能产生楔形岩体滑塌。根据楔形体滑动稳定系数计算公式：

计算结果Fs=1.85，南侧边坡直立开挖安全系数为1.85。表明J1、J2裂隙组合交线在南侧边坡上产生的楔形体稳定。

根据上述分析及验算，较场口车站南侧边坡稳定性受由J2裂隙所形成的外倾结构面控制。边坡破坏方式为沿外倾结构面产生局部剪切破坏。

3.3.2岩土混合边坡（以较场口站西侧边坡为例）

重庆市城市核心区地表存在厚度不均的第四系素填土，而岩质基坑设计中，岩土不分,将其均视为岩石或土进行设计，不但会造成浪费，也会导致设计偏于不安全。

较场口站南侧边坡揭露第四系素填土厚度为1~7m，针对其上部素填土较厚的情况，本段基坑采用上部土钉墙，下部板肋式锚杆挡墙的支护型式，并在计算下部挡墙时，将上部覆土作为超载，具体做法如下图：

3.3.3与出入口、区间等结构接口（以杨公桥站清水溪侧边坡为例）

杨公桥站清水溪侧边坡采用桩锚挡墙支护，设计时主要考虑通过如下方法为沙坪坝~杨公桥区间预留衔接条件：

（1）调整桩（或肋柱）间距，减少区间实施对基坑支护结构破坏；

（2）于区间断面顶、底部设锁口梁，减小区间实施时施工风险（见下图）；

图5围护结构立面图

3.3.4永久挡墙耐久性问题

根据《地铁设计规范》GB50157-2003中要求，地下结构应根据环境类别，按设计使用年限为100年的要求进行耐久性设计。

综合考虑《建筑边坡工程技术规范》及《混凝土结构耐久性设计规范》（GB/T50476-2008）及其他相关规范规程，提出如下设计思路：

（1）尽量不选用锚拉式基坑支护型式；

（2）当采用锚拉式基坑支护型式时，永久边坡部分不考虑锚杆（索）的作用，或采用可更换式锚杆（索）；

（3）根据《混凝土结构耐久性设计规范》提高支护结构材料的标准；

（4）计算时予以更大的安全储备；

结语

本文以重庆市轨道交通一号线较场口及杨公桥站为依托工程，归纳总结了重庆地区岩质地层地铁明挖车站基坑支护设计的要点，提出了一些解决地铁明挖基坑设计中独有问题的思路，对类似工程具有一定的指导意义。

参考文献：

[1]郑颖人，方玉树《建筑边坡工程技术规范》中有关侧向岩石压力计算的思路岩土工程界，2002（12）第5卷。

[2]李敬卫，刘兵权，王中华，樊国川.重庆地区岩质边坡深基坑支护设计与施工施工技术，2008（S2）：104-109。

[3]吴绍强极射赤平投影法在岩质边坡稳定性分析中的应用，西部探矿工程，2009（10）：117-121。