地铁工程中深基坑支护技术的优化设计与工程实践分析

引言：

随着城市轨道交通建设的加速推进，地铁工程中深基坑施工数量不断增加，其支护设计的科学性直接关系到工程安全与周边环境稳定。传统支护方式在复杂地质与高密度建筑环境中面临诸多挑战，亟需在结构形式与施工工艺上进行优化升级。通过探索更高效、经济、可靠的支护技术路径，不仅有助于提升工程质量，也为城市地下空间开发提供有力支撑，具有重要的现实意义与工程价值。

一、地铁工程深基坑支护面临的技术难点与风险因素

地铁工程通常位于城市核心区域，深基坑施工往往处于复杂的地下环境中，不仅地质条件多变，还面临密集建筑、地下管网、高地下水位等多重不利因素。支护结构作为保障基坑稳定与施工安全的关键环节，其技术设计与实施质量直接影响工程整体安全与进度控制[1]。首先，在地质构造复杂区域，软弱土层、淤泥质地层或砂层中施工易引发变形失控，若支护设计未能充分考虑土体性质与变形特征，极易产生基坑失稳、围护墙倾斜或坍塌等安全事故。其次，高水位环境下的基坑抗浮稳定性和降水措施也成为技术焦点，不合理的水土分离控制可能导致流砂、管涌等灾害发生，增加支护体系设计难度。

除地质因素外，周边环境的限制亦对支护技术提出更高要求。在老城区或交通枢纽附近施工时，基坑邻近既有建筑、道路、地铁线路等重要设施，一旦支护结构变形控制不当，可能引发周边结构沉降、裂缝甚至功能性破坏，产生极大经济损失与社会影响。因此，施工前需开展详尽的周边环境调查与变形预测分析，制定针对性的风险防控措施。尤其在超深基坑或大型联络通道施工中，施工周期长、开挖影响范围广，对支护系统的稳定性和耐久性提出更严苛的要求。此外，地铁施工常需分段交叉作业，与主体结构施工、盾构始发对接等互相交叉，进一步增加了支护体系设计与施工协调的复杂性。

在此背景下，支护技术的选型与优化不仅需满足结构安全与功能要求，更要兼顾经济性、施工便捷性及环保性等多重目标。例如，采用组合支护体系（如地下连续墙联合内支撑或锚杆支护），可根据地层变化与空间条件灵活调整结构形式，提高抗变形能力与施工适应性。然而，支护形式选择往往受限于场地条件与施工工艺，同时对设计人员提出更高专业水平与经验判断的要求。加之城市施工对工期和扰民控制极为敏感，支护方案需具备快速施工、低扰动、降噪减振等特点，进一步压缩了设计冗余空间[2]。因此，深基坑支护在技术实践中呈现出多目标、多约束、需动态优化调整的综合工程特性，必须在工程实施过程中持续监测、动态反馈、实时优化，方能实现安全、高效、可控的地铁施工目标。

二、深基坑支护结构的优化设计方法与技术路径

深基坑支护结构的优化设计是确保地铁工程安全、高效推进的重要环节，必须在充分理解地质、水文及周边环境等多项边界条件的基础上进行综合分析。设计初期需通过详尽的勘察资料建立可靠的地质模型，明确各类土层的强度指标、变形特性及地下水位变化趋势。通过有限元数值模拟或极限平衡法等方法进行多方案比选，评估不同支护结构在荷载作用下的稳定性和变形响应，从而选定最优支护形式。同时，需依据施工阶段不同，结合分层开挖、支撑同步安装等施工工艺对支护系统进行动态设计，确保其在各阶段均具备足够的安全裕度和变形控制能力[3]。

优化设计还应注重支护结构的组合创新与材料性能的合理利用。当前常用的支护形式包括地下连续墙、钢筋混凝土排桩、钢支撑、混凝土内支撑以及土钉墙、锚杆等，各种形式在刚度、抗滑稳定性及施工便捷性上存在差异。通过组合使用不同支护手段，可根据基坑深度、空间条件和地层结构进行有针对性的匹配，如在软弱地层中设置双排桩加预应力锚杆结构，以提高整体抗侧能力并减小周边沉降。在施工材料方面，采用高强度钢材、低收缩混凝土、环保型喷锚材料等新型材料，不仅提升了结构性能，也满足了绿色施工和可持续发展的要求。同时，优化施工顺序和结构布置也有助于减少支护结构之间的应力重叠，提高受力协同效果。

技术路径方面，应积极引入信息化手段提升支护设计与施工的精细化水平。通过布设自动化监测系统，实现对支护结构内力、围护墙变形、周边沉降以及地下水位的实时监控，为设计优化与施工调整提供数据支撑。采用BIM 建模与地质信息集成，可在设计阶段进行多维度模拟分析，提前识别潜在冲突与风险点，提高设计决策的准确性与前瞻性。此外，在施工过程中建立支护结构健康管理机制，结合监测数据与施工反馈，实施动态调整与二次设计优化，有效提升了支护系统的适应性与安全性[4]。这种设计与施工全过程深度融合的技术路径，正逐步成为深基坑工程中的主流趋势，体现出技术与管理协同发展的现代工程理念。

三、典型工程案例分析与支护优化成效评估

在广州地铁十一号线员村站施工过程中，基坑开挖深度达22.5 米，处于典型的软土分布区，周边分布有高层住宅、主干道及管线密集区域，对支护结构的稳定性和沉降控制提出极高要求。初步设计采用 800mm 厚地下连续墙+三道混凝土内支撑的常规形式，但在方案评审阶段，通过三维建模及变形预测分析发现，该结构在施工高峰阶段存在侧向位移超标的风险，可能对周边建筑造成不良影响。为提升结构刚度并控制墙体变形，项目团队将方案优化为地下连续墙联合钢管混凝土支撑系统，增设角撑节点并提前布设监测点位，确保基坑响应在可控范围内。

施工过程中，监测数据显示优化支护结构在不同开挖阶段的最大侧移控制在 9.6mm ，远低于初设的预测值 15mm ，周边道路最大沉降值为 4.2mm ，未对既有设施产生不良影响。为进一步验证优化效果，施工单位联合第三方监测机构对关键结构节点进行应力与变形反演分析，确认支护结构始终处于弹性工作阶段，具备良好安全储备。此外，由于钢管混凝土支撑构件具有较高的施工便捷性，整体工期较原方案缩短约11 天，降低了因开挖时间延长可能带来的地表沉降风险，同时为后续结构施工预留更多工期空间，体现出良好的工程经济效益[5]。

该案例表明，在高风险城市地铁深基坑工程中，传统支护设计难以应对复杂环境变化，通过精细化建模分析、施工期结构响应监测以及高性能支护材料的引入，可有效实现技术与风险的动态平衡。广州地铁十一号线员村站的支护优化不仅提升了结构本体性能，更在保障周边安全、加快施工节奏、控制成本方面取得显著成效，为类似深基坑支护设计与管理提供了可借鉴的实践路径，具有广泛的推广价值与技术参考意义。

结语：

深基坑支护作为地铁工程中的核心环节，其设计优化与工程实践对保障施工安全、控制周边环境变形具有重要意义。面对复杂地质条件与多变的城市环境，需综合运用多种支护形式与信息化技术，提升支护系统的稳定性与适应性。通过典型案例的分析验证，科学合理的优化设计不仅提升了工程质量与安全水平，也实现了成本控制与施工效率的统一。未来，深基坑支护技术将持续朝着智能化、集成化方向发展，为城市轨道交通建设提供更坚实的支撑。

参考文献

[1]王磊,郅彬.南宁地铁某车站深基坑工程设计优化研究[J].住宅与房地产,2020,(04):95-96.

[2]范兆东.对地铁深基坑支护结构设计及支护施工技术的探讨[J].四川水泥,2020,(04):316.

[3]危俊鑫,吴能森,施静怡,等.花岗岩地层深基坑支护方案优化设计研究[J].河南城建学院学报,2022,31(02):26-31.DOI:10.14140/j.cnki.hncjxb.2022.02.005.

[4]史宁强,靳晓光,吴祥祖,等.山地城市轨道交通深竖井围岩压力特征及支护参数优化研究[M].重庆大学出版社:202306.233.

[5]甘俊峰.深基坑支护施工技术在建筑工程中的应用[J].城市建设理论研究(电子版),2024,(20):139-141.DOI:10.19569/j.cnki.cn119313/tu.202420046.