地鐵車站端頭井基坑支撐體系
摘 要 在地鐵車站端頭井基坑施工中，支撐體系的選擇和施工是保障安全的重要基礎。文章介紹了地鐵一號線漕寶路站北端頭井、漢中路站端頭井、軌道交通明珠線二期浦東大道站南端頭井的支撐布置形式、支撐施工技術及基坑施工的相關技術。作者對3種斜撐支座提出自己的看法，愿與同行商榷。
關鍵詞 端頭井基坑 支撐體系 斜撐支座 輔助措施
1 地鐵車站端頭井支撐體系
在地鐵車站的施工中，由于端頭井是盾構隧道施工的工作井，其開挖深度和基坑的支撐體系均比標準段要復雜，因此，支撐體系在端頭井施工中起著十分重要的作用，它影響著整個基坑和周圍環境的安全。
基坑的支撐體系主要有鋼支撐體系、鋼筋混凝土支撐體系、鋼筋混凝土和鋼支撐的混合體系等類型，其布置形式主要有雙向井格型、斜撐加直撐型、斜撐型、封閉式框架支撐型、圓弧型等。由于地鐵車站端頭井的平面尺寸一般寬度為20多米，因此，主要采用鋼支撐，地鐵一號線漕寶路站北端頭井、新閘路站端頭井主要采用雙向井格型，漢中路站端頭井開始使用斜撐加直撐型布置形式，因斜撐體系具有形式簡潔、安全可靠、便于施工、節約成本等優點，目前地鐵車站端頭井主要采用斜撐型支撐布置形式。
1.1 雙向井格型鋼支撐
漕寶路站北端頭井（上海地鐵試驗工程的一部分，施工時間較早）采用地下連續墻圍護，雙向多道支撐明挖施工，基坑平面尺寸為28.8 m×20.6 m，連續墻厚0.65 m，深度為21.5 m，基坑開挖深度約13.4 m。
支撐體系的布置形式采用鋼支撐雙向井格型（見圖1），基本都是直撐（間距為3 m左右），這種支撐布置形式的優點是支撐受力形式簡單，較易控制基坑圍護的變形，基坑支護體系較穩定；其缺點是需在端頭井和標準段之間設置一堵封頭墻，支撐投入量較大，且形成的網格形狀對挖土等施工有一定影響，在施工操作、工期以及經濟方面有一定的弊端。
1.2 斜撐加直撐型鋼支撐
地鐵一號線漢中路西端頭井24.6 m′12.55 m，基坑開挖深度約16 m，采用600 mm厚地下連續墻圍護。原設計方案采用鋼支撐雙向井格型，經方案的優化，調整為斜撐加直撐型的布置形式（見圖2）。其施工比井格型支撐體系簡便，基坑開挖、支撐安裝等也比較方便，并且省去了1堵封頭墻和26根支撐，經濟效益明顯。
1.3 斜撐型支撐體系
軌道交通明珠線二期浦東大道站南端頭井23.7 m′15.3 m，基坑開挖深度約17.7 m，采用800 mm厚地下連續墻圍護，深度方向設置5道支撐，支撐的平面布置采用目前較常用、較典型的斜撐型支撐體系形式（見圖3），在4個陰角處采用三角形鋼筋混凝土薄板支撐，并在與標準段連接的轉角處外陰角進行土體加固，有效地控制了轉角幅和“Z”字幅的變形。
2 支撐施工技術
端頭井基坑施工中，第一道和最底下一道支撐及端頭井與標準段交接處支撐的布置、陰角的變形控制是有效控制端頭井基坑變形的重要環節。
⑴ 端頭井的三側是連續的圍護結構，只有與標準段連接處是開口的。在端頭井基坑開挖施工時，一定要先施工控制開口變形的支撐，即“鎖口”撐， “鎖口”撐，特別是采用地下連續墻圍護時，端頭井與標準段連接處的“Z”幅地下墻上一定要設置直撐，以防止轉角的圍護結構產生轉動。
⑵ 當采用地下連續墻做圍護結構時，由于轉角幅和“Z”字幅邊長較短，可用三角形鋼筋混凝土薄板支撐替代小角撐，并在轉角的外陰角處進行土體加固，對轉角幅和“Z”字幅起到穩定作用。
⑶ 基坑的第一道支撐主要有鋼支撐和鋼筋混凝土支撐2種，在基坑開挖初期，用鋼支撐作為第一道支撐時，能限制圍護結構向坑內位移，但基坑開挖深度較大后，淺部接觸面土壓力削減，會出現支撐與圍護結構脫開的現象，使第一道鋼支撐失去作用，需采取可靠的支托或吊掛措施，防止支撐因端部移動而脫落，造成安全事故；若采用鋼筋混凝土支撐，不僅可以限制圍護結構向內位移，而且可以限制圍護結構向外位移，對加強圍護結構的整體性起到較好的作用。當基坑等級較高、周圍環境復雜時，采用支撐和地面平齊的形式。
⑷ 安裝最底下一道支撐至基坑底板混凝土澆筑完成，約需10天左右，一般均采用鋼支撐。由于鋼支撐具有安裝施工快、發揮作用快以及可復加應力等優點，可以做到隨挖隨撐，既加快了施工進度，又控制了基坑的變形。為了不影響主體結構工程施工，減少圍護結構的位移，最底下一道支撐的標高應盡可能降低，但與主體結構底板之間的凈距通常應大于600 mm，并滿足主體結構預留鋼筋時所要求的凈空。
3 基坑施工相關技術
⑴ 目前，端頭井基坑的支撐多為斜撐，為此，在斜撐與圍護結構的交點處需設置斜撐支座，使之與斜撐正交。常用的斜撐支座有普通型、裝配式、嵌入式3種。
① 普通斜撐支座是使用最多的、最為成熟的、安全可靠性較高的一種斜撐支座形式，它是先在地下墻中預埋鋼板，當基坑開挖到支撐位置時，采用鋼板在預埋件上現場焊接斜撐支座。由于需現場焊接，造成施工時間較長（一般焊接1個支座需要6~7 h），這樣就使基坑暴露時間較長，支撐發揮作用的時間滯后，使圍護結構和地表的變形較大。
② 裝配式斜撐支座是一種采用凹凸結構和高強度螺栓相結合的裝配式鋼支座，它不用現場焊接，而是用高強度螺栓與地下墻中的預埋鋼連接件連接，安裝1個裝配式斜撐支座，平均僅需約0.5 h。基坑開挖到位后，支撐能及時發揮作用，有效減少了基坑暴露的時間。
目前，這種裝配式鋼支座應用得還比較少，今后應對其的綜合應用效果多在實踐中進行檢驗，以利推廣使用。
③ 嵌入式斜撐支座
先在地下墻中預埋類似三角形的鋼制構件，其端面與支撐方向垂直，地下墻內的鋼筋沿預埋鋼制構件而過（彎曲，不斷開）。基坑開挖到支撐位置時，只需鑿出嵌入式預埋件，然后安裝支撐，幾乎就和安裝直撐一樣方便，見圖4。該斜撐支座具有較安全、能有效減少支撐時間、較經濟等優點，應多推廣應用。
另一種嵌入式斜撐支座是直接在地下墻上鑿出一個斜槽，其端面與支撐方向垂直，然后將支撐安裝到這個斜槽中即可。這種形式簡便易行，而且造價低廉。但它需將地下墻的內側鋼筋割除，對地下墻較薄、開挖深度較深的情況不合適，因支撐點處的地下墻承載力受到影響，應用時須進行受力驗算和采取措施。
⑵ 端頭井與標準段連接處因基坑的寬度縮小而形成轉角，端頭井的斜撐造成轉角處應力集中，為提高該處土體的承載力和防止該轉角處圍護結構產生轉動，目前通常在該轉角處外陰角的被動區土體進行加固。
⑶ 基坑施工中，隨著開挖的進行，及時加支撐和對支撐施加預應力（設計支撐軸力的70%～80%），不但能保證支撐頂緊墻體，減小墻體變位量，而且改善了墻體受力條件。而在基坑施工過程中，支撐不可避免地會產生預應力損失，由支撐預應力損失所引起的圍護結構位移，幾乎是不可逆的，所以要根據實測軸力，及時復加預應力以補償損失。當圍護結構的水平位移超過警戒值時，還可適量增加支撐軸力，以控制變形，但復加后的支撐軸力和擋墻彎矩必須滿足設計的安全要求。
⑷ 在基坑開挖與支撐施工中，要充分發揮時空效應，盡可能縮短圍護墻無支撐狀態的暴露時間，合理而科學地利用土體自身在開挖過程中控制位移的潛力，合理地安排基坑開挖及支撐步驟。
端頭井施工時，應先撐好直撐段最靠近斜撐的2根對撐，再挖斜撐范圍內的土方，最后挖除坑內的其余土方。斜撐范圍內的土方，應自基坑的角點沿垂直于斜撐的方向向基坑內分層、分段、限時地開挖并架設支撐。對長度大于20 m的斜撐，先挖中間再挖兩端，如圖5所示。
4 結束語
隨著施工技術的不斷發展，而對施工引起的基坑變形和對周圍環境的影響要求也越來越高，因此，在深基坑施工中，對支撐的布置與施工有許多值得探討的問題。由于基坑的平面形狀和尺寸、圍護結構的形式、開挖深度、周圍的環境、工程地質和水文地質條件、主體工程地下結構的布置、施工方法、工期、成本等都不相同，因此，采用的支撐體系也不能局限于一種形式，應因地制宜，不斷創新，提高基坑施工的技術水平。
