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摘 要：土岩复合地层相较于软土地层具有更高的稳定性，通过充分发挥其自稳能力，可在较大程度上优化基坑支护体系，使多数类似地区岩土设计形成固有的设计惯性。地铁保护区内的基坑工程，通常对基坑支护结构安全控制指标有更高要求，而保护区相关管理标准不健全、基坑支护设计思路不统一，容易导致对基坑工程安全冗余度控制失当，设计方案选型不合理，进而影响地铁结构及运营安全。基于青岛市地铁保护区基坑工程设计管理经验，探讨在土岩复合地层条件下的地铁保护区内开展基坑支护设计的工作原则、总体设计思路和方案选型建议，形成较为规范化的工作体系，以期能为相关领域从业者提供参考。
关键词：土岩复合地层;地铁保护区;基坑支护设计
0 引言
在土岩复合地层分布地区的地铁保护区内开展基坑支护设计，为确保地铁结构及运营安全，对临近地铁的基坑支护结构安全控制指标仍有极高的要求[1]。而与之相对的是，在上述区域地铁保护区内的基坑支护设计工作缺乏规范性和统一性。导致这种情况主要有以下原因：①土岩复合地层相较于软土地层具有更高的稳定性，通过充分发挥其自稳能力，可在较大程度上优化基坑支护体系、节约工程造价，使从业人员形成固有的设计惯性，对基坑工程安全冗余度、结构安全控制指标始终采取同一标准，忽略地铁保护区建设环境的特殊性;②基坑支护结构作为临时结构，许多工程建设单位对该环节的重视程度和资金投入严重不足;③上述地区的地铁管理部门对保护区内基坑支护设计工作尚未形成规范化的管控要求和管理标准。
本文基于青岛市地铁保护区基坑工程设计管理经验，着重探讨在土岩复合地层条件下的地铁保护区内开展基坑支护设计的工作原则、总体设计思路和方案选型建议，形成较为规范化的工作体系。
1 地铁保护区内基坑支护设计原则
1.1 安全净距控制原则
住建部发布实施的《城市轨道交通结构安全保护技术规范》CJJ/T202-2013对地铁保护区内各种类型的外部作业与地铁结构、设施的安全净距有着明确的要求。其中，与基坑支护设计相关的净距控制管理值包括：①围护桩或地下连续墙与地铁结构的安全净距不小于5.0 m;②锚杆、锚索、土钉的末端与地铁结构的安全净距不小于6.0 m;③浅孔爆破、深孔爆破的实施位置与地铁结构的安全净距分别为15.0 m、50.0 m。此外，还须严格控制基坑开挖边线的设置，不得侵入规定限界。
1.2 支护体系变形控制原则
各地基于工程地质和水文地质条件的差异，对基坑支护结构体系的变形控制要求也有所不同，但管控要求一般要高于现行基坑支护设计、监测规范的相关规定。软土地区一般要求基坑围护结构最大深层水平位移不得超过基坑开挖深度的0.14%～0.18%，而在土岩复合地层分布区域尚无相对统一的控制标准。控制标准的提高必然导致围护结构整体刚度的提高，甚至支护方案的改变。
1.3 基坑时空效应控制原则
为有效降低基坑开挖对周边环境的不利影响，必须考虑基坑的时空效应。尤其对于地铁保护区内的基坑工程，在极高的围护结构安全控制指标限制下，单纯依靠提高围护体系强度往往无法满足要求，而且还会造成极为高昂的资金投入。因此，须根据基坑工程自身规模和特点，设置基坑开挖分区并合理安排开挖步序，同时基于土岩复合地层条件下石方破除速度慢、振动大的特点，尽量减少基坑石方开挖量[2]，采用直立开挖或半直立开挖形式。
2 总体设计思路
基坑支护设计方案在安全性与经济性两方面往往存在对立关系，而为了有效响应前述设计原则，当地铁保护区内拟建基坑外部作业影响等级为二级及以上时[3]，在土岩复合地层条件下进行基坑支护设计的总体思路应遵循：
①尽量减少地铁结构周边岩土体的卸载，采用垂直开挖的方式，减少基坑土石方开挖量、缩短施工周期;②尽量减少支护体系的空间占用，严格控制施工扰动范围;③根据拟建场地地层情况，围护体系尽量选用变形控制效果相对良好的板式结构，支撑体系优先选用内支撑（包括水平内撑或斜撑）;④尽量减少或规避使用向基坑外打设的支护构件，降低对地铁周边地层的扰动;⑤充分考虑基坑岩土方开挖方式，合理划分开挖分区。
3 基坑支护选型建议
3.1 板式围护体系+内支撑
当地铁保护区内拟建地下主体结构外墙非常接近地铁特别保护区，可提供给支护结构施工的有效空间范围极为有限，或地层自身性质较差，围护体系位移控制难度较大，须选用板式围护体系+内支撑方案。
受施工空间的限制，仅可设置单排板式围护结构，根据基坑开挖深度的不同，可酌情选用钢板桩或灌注桩，同时设置内支撑提供水平支撑力。在土岩复合地层分布地区，内支撑结构应用相对较少。由于支撑结构仅为临时性结构，尤其是满布式的支撑体系造价极高，不易被工程建设单位所接受。因此，支撑体系可进行以下优化：①当设置一道内支撑可满足设计要求时，可优先采用斜撑，斜撑一端锚固于地下結构底板，一端与围护结构围檩或腰梁连接;②当设置一道支撑无法满足设计要求，基坑支护与主体结构联合设计，在基坑临近地铁一侧留土，设置后浇带，先施工其他区域地下结构，待结构施工完毕后，将水平支撑一端与围护结构围檩或腰梁连接，一端与主体结构梁柱节点连接。
3.2 双排桩
当地铁保护区内拟建地下主体结构外墙与地铁结构或设施水平净距相对较小，且地层自身性质相对理想、稳定性较好，可选用双排桩方案。该方案适用于以下情况：采用单排桩悬臂结构无法满足基坑抗倾覆稳定性要求及围护结构位移要求，而地层物理力学性质较好，设置内支撑的必要性不足。
双排桩结构的主要工作机理为内排桩抵挡水土压力等水平力，外排桩提供抗拔力，起到支撑或锚固的作用。根据基坑开挖深度确定围护桩形式，可选用钢板桩、微型桩或灌注桩[4]。当采用微型桩或灌注桩时，可采用内外排等间距布桩，也可根据外排桩抗拔力计算要求，采用不等间距布桩。若拟建场地基岩埋深较深，外排桩提供同等抗拔力经济性较差，可用竖向预应力锚索与外排桩间隔布置，通过锚索锚入基岩提供所需抗拔力，确保支护体系整体稳定、位移受控。
3.3 板式围护体系+锚杆/锚索
当地铁保护区内拟建地下主体结构外墙与地铁结构或设施水平净距相对较大，可选用板式围护体系+锚杆/锚索方案。在土岩复合地层分布地区，该方案是基坑工程最常用的方案选型之一，可为地下结构施工创造充足的施工作业面。在地铁保护区内采用该方案，须严格控制锚杆/锚索末端与地铁结构及设施的安全净距，同时确保支护构件施工振动满足相关要求。
4 结语
尽管土岩复合地层有利于基坑支护结构的优化、简化，但地铁保护区内的基坑支护设计应充分兼顾基坑自身稳定与地铁运营安全，从施工可行性、结构可靠度、基坑时空效应、监测预警与应急等多个维度综合考虑，形成符合该地区区域特点的规范化工作体系。
参考文献：
[1]刘动.地铁保护区内深基坑支护设计研究[J].土工基础，2015，29（3）：48-52.
[2]刘宇.地铁深基坑支护和石方开挖施工工艺[J].交通世界，2021（1）：34-35.
[3]CJJ/T202-2013，城市轨道交通结构安全保护技术规范（附条文说明）[S].2013.
[4]吴学锋，寇海磊.土岩复合地层注浆微型钢管桩-锚杆联合支护研究[J].地下空间与工程学报，2012，8（4）：836-841.
关键词：土岩复合地层;地铁保护区;基坑支护设计
0 引言
在土岩复合地层分布地区的地铁保护区内开展基坑支护设计，为确保地铁结构及运营安全，对临近地铁的基坑支护结构安全控制指标仍有极高的要求[1]。而与之相对的是，在上述区域地铁保护区内的基坑支护设计工作缺乏规范性和统一性。导致这种情况主要有以下原因：①土岩复合地层相较于软土地层具有更高的稳定性，通过充分发挥其自稳能力，可在较大程度上优化基坑支护体系、节约工程造价，使从业人员形成固有的设计惯性，对基坑工程安全冗余度、结构安全控制指标始终采取同一标准，忽略地铁保护区建设环境的特殊性;②基坑支护结构作为临时结构，许多工程建设单位对该环节的重视程度和资金投入严重不足;③上述地区的地铁管理部门对保护区内基坑支护设计工作尚未形成规范化的管控要求和管理标准。
本文基于青岛市地铁保护区基坑工程设计管理经验，着重探讨在土岩复合地层条件下的地铁保护区内开展基坑支护设计的工作原则、总体设计思路和方案选型建议，形成较为规范化的工作体系。
1 地铁保护区内基坑支护设计原则
1.1 安全净距控制原则
住建部发布实施的《城市轨道交通结构安全保护技术规范》CJJ/T202-2013对地铁保护区内各种类型的外部作业与地铁结构、设施的安全净距有着明确的要求。其中，与基坑支护设计相关的净距控制管理值包括：①围护桩或地下连续墙与地铁结构的安全净距不小于5.0 m;②锚杆、锚索、土钉的末端与地铁结构的安全净距不小于6.0 m;③浅孔爆破、深孔爆破的实施位置与地铁结构的安全净距分别为15.0 m、50.0 m。此外，还须严格控制基坑开挖边线的设置，不得侵入规定限界。
1.2 支护体系变形控制原则
各地基于工程地质和水文地质条件的差异，对基坑支护结构体系的变形控制要求也有所不同，但管控要求一般要高于现行基坑支护设计、监测规范的相关规定。软土地区一般要求基坑围护结构最大深层水平位移不得超过基坑开挖深度的0.14%～0.18%，而在土岩复合地层分布区域尚无相对统一的控制标准。控制标准的提高必然导致围护结构整体刚度的提高，甚至支护方案的改变。
1.3 基坑时空效应控制原则
为有效降低基坑开挖对周边环境的不利影响，必须考虑基坑的时空效应。尤其对于地铁保护区内的基坑工程，在极高的围护结构安全控制指标限制下，单纯依靠提高围护体系强度往往无法满足要求，而且还会造成极为高昂的资金投入。因此，须根据基坑工程自身规模和特点，设置基坑开挖分区并合理安排开挖步序，同时基于土岩复合地层条件下石方破除速度慢、振动大的特点，尽量减少基坑石方开挖量[2]，采用直立开挖或半直立开挖形式。
2 总体设计思路
基坑支护设计方案在安全性与经济性两方面往往存在对立关系，而为了有效响应前述设计原则，当地铁保护区内拟建基坑外部作业影响等级为二级及以上时[3]，在土岩复合地层条件下进行基坑支护设计的总体思路应遵循：
①尽量减少地铁结构周边岩土体的卸载，采用垂直开挖的方式，减少基坑土石方开挖量、缩短施工周期;②尽量减少支护体系的空间占用，严格控制施工扰动范围;③根据拟建场地地层情况，围护体系尽量选用变形控制效果相对良好的板式结构，支撑体系优先选用内支撑（包括水平内撑或斜撑）;④尽量减少或规避使用向基坑外打设的支护构件，降低对地铁周边地层的扰动;⑤充分考虑基坑岩土方开挖方式，合理划分开挖分区。
3 基坑支护选型建议
3.1 板式围护体系+内支撑
当地铁保护区内拟建地下主体结构外墙非常接近地铁特别保护区，可提供给支护结构施工的有效空间范围极为有限，或地层自身性质较差，围护体系位移控制难度较大，须选用板式围护体系+内支撑方案。
受施工空间的限制，仅可设置单排板式围护结构，根据基坑开挖深度的不同，可酌情选用钢板桩或灌注桩，同时设置内支撑提供水平支撑力。在土岩复合地层分布地区，内支撑结构应用相对较少。由于支撑结构仅为临时性结构，尤其是满布式的支撑体系造价极高，不易被工程建设单位所接受。因此，支撑体系可进行以下优化：①当设置一道内支撑可满足设计要求时，可优先采用斜撑，斜撑一端锚固于地下結构底板，一端与围护结构围檩或腰梁连接;②当设置一道支撑无法满足设计要求，基坑支护与主体结构联合设计，在基坑临近地铁一侧留土，设置后浇带，先施工其他区域地下结构，待结构施工完毕后，将水平支撑一端与围护结构围檩或腰梁连接，一端与主体结构梁柱节点连接。
3.2 双排桩
当地铁保护区内拟建地下主体结构外墙与地铁结构或设施水平净距相对较小，且地层自身性质相对理想、稳定性较好，可选用双排桩方案。该方案适用于以下情况：采用单排桩悬臂结构无法满足基坑抗倾覆稳定性要求及围护结构位移要求，而地层物理力学性质较好，设置内支撑的必要性不足。
双排桩结构的主要工作机理为内排桩抵挡水土压力等水平力，外排桩提供抗拔力，起到支撑或锚固的作用。根据基坑开挖深度确定围护桩形式，可选用钢板桩、微型桩或灌注桩[4]。当采用微型桩或灌注桩时，可采用内外排等间距布桩，也可根据外排桩抗拔力计算要求，采用不等间距布桩。若拟建场地基岩埋深较深，外排桩提供同等抗拔力经济性较差，可用竖向预应力锚索与外排桩间隔布置，通过锚索锚入基岩提供所需抗拔力，确保支护体系整体稳定、位移受控。
3.3 板式围护体系+锚杆/锚索
当地铁保护区内拟建地下主体结构外墙与地铁结构或设施水平净距相对较大，可选用板式围护体系+锚杆/锚索方案。在土岩复合地层分布地区，该方案是基坑工程最常用的方案选型之一，可为地下结构施工创造充足的施工作业面。在地铁保护区内采用该方案，须严格控制锚杆/锚索末端与地铁结构及设施的安全净距，同时确保支护构件施工振动满足相关要求。
4 结语
尽管土岩复合地层有利于基坑支护结构的优化、简化，但地铁保护区内的基坑支护设计应充分兼顾基坑自身稳定与地铁运营安全，从施工可行性、结构可靠度、基坑时空效应、监测预警与应急等多个维度综合考虑，形成符合该地区区域特点的规范化工作体系。
参考文献：
[1]刘动.地铁保护区内深基坑支护设计研究[J].土工基础，2015，29（3）：48-52.
[2]刘宇.地铁深基坑支护和石方开挖施工工艺[J].交通世界，2021（1）：34-35.
[3]CJJ/T202-2013，城市轨道交通结构安全保护技术规范（附条文说明）[S].2013.
[4]吴学锋，寇海磊.土岩复合地层注浆微型钢管桩-锚杆联合支护研究[J].地下空间与工程学报，2012，8（4）：836-841.