地铁车站端头井基坑支撑体系
摘 要 在地铁车站端头井基坑施工中，支撑体系的选择和施工是保障安全的重要基础。文章介绍了地铁一号线漕宝路站北端头井、汉中路站端头井、轨道交通明珠线二期浦东大道站南端头井的支撑布置形式、支撑施工技术及基坑施工的相关技术。作者对3种斜撑支座提出自己的看法，愿与同行商榷。
关键词 端头井基坑 支撑体系 斜撑支座 辅助措施
1 地铁车站端头井支撑体系
在地铁车站的施工中，由于端头井是盾构隧道施工的工作井，其开挖深度和基坑的支撑体系均比标准段要复杂，因此，支撑体系在端头井施工中起着十分重要的作用，它影响着整个基坑和周围环境的安全。
基坑的支撑体系主要有钢支撑体系、钢筋混凝土支撑体系、钢筋混凝土和钢支撑的混合体系等类型，其布置形式主要有双向井格型、斜撑加直撑型、斜撑型、封闭式框架支撑型、圆弧型等。由于地铁车站端头井的平面尺寸一般宽度为20多米，因此，主要采用钢支撑，地铁一号线漕宝路站北端头井、新闸路站端头井主要采用双向井格型，汉中路站端头井开始使用斜撑加直撑型布置形式，因斜撑体系具有形式简洁、安全可靠、便于施工、节约成本等优点，目前地铁车站端头井主要采用斜撑型支撑布置形式。
1.1 双向井格型钢支撑
漕宝路站北端头井（上海地铁试验工程的一部分，施工时间较早）采用地下连续墙围护，双向多道支撑明挖施工，基坑平面尺寸为28.8 m×20.6 m，连续墙厚0.65 m，深度为21.5 m，基坑开挖深度约13.4 m。
支撑体系的布置形式采用钢支撑双向井格型（见图1），基本都是直撑（间距为3 m左右），这种支撑布置形式的优点是支撑受力形式简单，较易控制基坑围护的变形，基坑支护体系较稳定；其缺点是需在端头井和标准段之间设置一堵封头墙，支撑投入量较大，且形成的网格形状对挖土等施工有一定影响，在施工操作、工期以及经济方面有一定的弊端。
1.2 斜撑加直撑型钢支撑
地铁一号线汉中路西端头井24.6 m′12.55 m，基坑开挖深度约16 m，采用600 mm厚地下连续墙围护。原设计方案采用钢支撑双向井格型，经方案的优化，调整为斜撑加直撑型的布置形式（见图2）。其施工比井格型支撑体系简便，基坑开挖、支撑安装等也比较方便，并且省去了1堵封头墙和26根支撑，经济效益明显。
1.3 斜撑型支撑体系
轨道交通明珠线二期浦东大道站南端头井23.7 m′15.3 m，基坑开挖深度约17.7 m，采用800 mm厚地下连续墙围护，深度方向设置5道支撑，支撑的平面布置采用目前较常用、较典型的斜撑型支撑体系形式（见图3），在4个阴角处采用三角形钢筋混凝土薄板支撑，并在与标准段连接的转角处外阴角进行土体加固，有效地控制了转角幅和“Z”字幅的变形。
2 支撑施工技术
端头井基坑施工中，第一道和最底下一道支撑及端头井与标准段交接处支撑的布置、阴角的变形控制是有效控制端头井基坑变形的重要环节。
⑴ 端头井的三侧是连续的围护结构，只有与标准段连接处是开口的。在端头井基坑开挖施工时，一定要先施工控制开口变形的支撑，即“锁口”撑， “锁口”撑，特别是采用地下连续墙围护时，端头井与标准段连接处的“Z”幅地下墙上一定要设置直撑，以防止转角的围护结构产生转动。
⑵ 当采用地下连续墙做围护结构时，由于转角幅和“Z”字幅边长较短，可用三角形钢筋混凝土薄板支撑替代小角撑，并在转角的外阴角处进行土体加固，对转角幅和“Z”字幅起到稳定作用。
⑶ 基坑的第一道支撑主要有钢支撑和钢筋混凝土支撑2种，在基坑开挖初期，用钢支撑作为第一道支撑时，能限制围护结构向坑内位移，但基坑开挖深度较大后，浅部接触面土压力削减，会出现支撑与围护结构脱开的现象，使第一道钢支撑失去作用，需采取可靠的支托或吊挂措施，防止支撑因端部移动而脱落，造成安全事故；若采用钢筋混凝土支撑，不仅可以限制围护结构向内位移，而且可以限制围护结构向外位移，对加强围护结构的整体性起到较好的作用。当基坑等级较高、周围环境复杂时，采用支撑和地面平齐的形式。
⑷ 安装最底下一道支撑至基坑底板混凝土浇筑完成，约需10天左右，一般均采用钢支撑。由于钢支撑具有安装施工快、发挥作用快以及可复加应力等优点，可以做到随挖随撑，既加快了施工进度，又控制了基坑的变形。为了不影响主体结构工程施工，减少围护结构的位移，最底下一道支撑的标高应尽可能降低，但与主体结构底板之间的净距通常应大于600 mm，并满足主体结构预留钢筋时所要求的净空。
3 基坑施工相关技术
⑴ 目前，端头井基坑的支撑多为斜撑，为此，在斜撑与围护结构的交点处需设置斜撑支座，使之与斜撑正交。常用的斜撑支座有普通型、装配式、嵌入式3种。
① 普通斜撑支座是使用最多的、最为成熟的、安全可靠性较高的一种斜撑支座形式，它是先在地下墙中预埋钢板，当基坑开挖到支撑位置时，采用钢板在预埋件上现场焊接斜撑支座。由于需现场焊接，造成施工时间较长（一般焊接1个支座需要6~7 h），这样就使基坑暴露时间较长，支撑发挥作用的时间滞后，使围护结构和地表的变形较大。
② 装配式斜撑支座是一种采用凹凸结构和高强度螺栓相结合的装配式钢支座，它不用现场焊接，而是用高强度螺栓与地下墙中的预埋钢连接件连接，安装1个装配式斜撑支座，平均仅需约0.5 h。基坑开挖到位后，支撑能及时发挥作用，有效减少了基坑暴露的时间。
目前，这种装配式钢支座应用得还比较少，今后应对其的综合应用效果多在实践中进行检验，以利推广使用。
③ 嵌入式斜撑支座
先在地下墙中预埋类似三角形的钢制构件，其端面与支撑方向垂直，地下墙内的钢筋沿预埋钢制构件而过（弯曲，不断开）。基坑开挖到支撑位置时，只需凿出嵌入式预埋件，然后安装支撑，几乎就和安装直撑一样方便，见图4。该斜撑支座具有较安全、能有效减少支撑时间、较经济等优点，应多推广应用。
另一种嵌入式斜撑支座是直接在地下墙上凿出一个斜槽，其端面与支撑方向垂直，然后将支撑安装到这个斜槽中即可。这种形式简便易行，而且造价低廉。但它需将地下墙的内侧钢筋割除，对地下墙较薄、开挖深度较深的情况不合适，因支撑点处的地下墙承载力受到影响，应用时须进行受力验算和采取措施。
⑵ 端头井与标准段连接处因基坑的宽度缩小而形成转角，端头井的斜撑造成转角处应力集中，为提高该处土体的承载力和防止该转角处围护结构产生转动，目前通常在该转角处外阴角的被动区土体进行加固。
⑶ 基坑施工中，随着开挖的进行，及时加支撑和对支撑施加预应力（设计支撑轴力的70%～80%），不但能保证支撑顶紧墙体，减小墙体变位量，而且改善了墙体受力条件。而在基坑施工过程中，支撑不可避免地会产生预应力损失，由支撑预应力损失所引起的围护结构位移，几乎是不可逆的，所以要根据实测轴力，及时复加预应力以补偿损失。当围护结构的水平位移超过警戒值时，还可适量增加支撑轴力，以控制变形，但复加后的支撑轴力和挡墙弯矩必须满足设计的安全要求。
⑷ 在基坑开挖与支撑施工中，要充分发挥时空效应，尽可能缩短围护墙无支撑状态的暴露时间，合理而科学地利用土体自身在开挖过程中控制位移的潜力，合理地安排基坑开挖及支撑步骤。
端头井施工时，应先撑好直撑段最靠近斜撑的2根对撑，再挖斜撑范围内的土方，最后挖除坑内的其余土方。斜撑范围内的土方，应自基坑的角点沿垂直于斜撑的方向向基坑内分层、分段、限时地开挖并架设支撑。对长度大于20 m的斜撑，先挖中间再挖两端，如图5所示。
4 结束语
随着施工技术的不断发展，而对施工引起的基坑变形和对周围环境的影响要求也越来越高，因此，在深基坑施工中，对支撑的布置与施工有许多值得探讨的问题。由于基坑的平面形状和尺寸、围护结构的形式、开挖深度、周围的环境、工程地质和水文地质条件、主体工程地下结构的布置、施工方法、工期、成本等都不相同，因此，采用的支撑体系也不能局限于一种形式，应因地制宜，不断创新，提高基坑施工的技术水平。
