随着我国城市化进程不断加快，地铁成为城市建设的重要组成部分。地铁车站一般采取明挖法施工，不可避免需对土体进行开挖和支护。在复杂地质条件下，基坑支护结构设计和开挖面临更加严峻的挑战。传统支护设计理论往往强调强度控制，但在复杂地质条件下，基坑深度和开挖面积不断增大，对基坑变形也有更严格的要求，特别在周边敏感环境条件下，基坑开挖引起的变形甚至会对周边建（构）筑物造成破坏，因此，基坑支护的变形控制成为目前最重要的设计方法^[1,2,3]。此外，基坑工程降水止水也是设计和施工的重要内容，应确保基坑开挖过程中土体不因水的渗流发生破坏，同时要保证基坑在干燥的环境下施工^[4]。本文结合基坑工程实例，介绍复杂地质条件下基坑工程结构设计方法和降水措施，以供类似工程项目参考。

某地铁站为地下2层单柱两跨明挖岛式站台车站，总建筑面积12 541.65m²，其中主体建筑面积8 367.34m²，附属建筑面积4 174.31m²。有效站台中心里程为DK22+035.665，车站起点里程为右DK21+954.965，车站终点里程为右DK22+161.465，外包总长206.5m，标准段总宽19.7m，站台宽度为11m，车站埋深约17.5m。

该车站采用明挖法施工，基坑围护结构采用地下连续墙+4道内支撑结构形式，地下连续墙厚度为1 000mm，首道钢筋混凝土支撑尺寸为800mm×1 000mm，混凝土等级为C35，其余3道为φ800mm钢支撑，壁厚16mm，地下连续墙以冠梁连接，冠梁尺寸为1 000mm×1 200mm。地铁基坑支护纵剖面如图1所示。

根据车站场区所揭露地层的地质年代、成因类型、岩性特征、风化程度等工程特性，将场区各土层描述如下。

1)(1)₂杂填土杂色，稍湿～湿，松散～中密，均匀性较差，主要为人工堆填的黏性土，夹杂有混凝土块等建筑垃圾。

2)(2)_4-4淤泥夹砂深灰色，流塑～可塑，饱和，以黏粒为主，有腥臭味，摇振反应中等，无光泽，干强度及韧性低，局部钻孔下部含有较多贝壳等杂质。

3)(2)₅（含泥）中砂深灰色，稍密状为主，局部松散或中密，饱和，主要成分为石英，以中砂为主，另含少量淤泥，级配较差。

4)(3)₃（含泥）中砂浅黄色，饱和，中密～密实为主，主要成分为石英，粒径不均匀，局部混有少量淤泥。

5)(3)_5-1淤泥夹砂深灰色，流塑～软塑，饱和，以黏粒为主，有腥臭味，摇振反应中等，无光泽，干强度及韧性低。

6)(4)₂（含泥）粗中砂浅黄色，饱和，中密为主，主要成分为石英，粒径不均匀，以粗砂和中砂为主，局部混有少量淤泥、淤泥质土，局部含少量砾石。

7)(4)₈卵石浅灰色，中密～密实为主，饱和，卵石多呈椭球状，磨圆度较好，含石英及长石，中等风化，粒径一般为3～20cm，最大粒径>50cm，含量为55%～85%，间隙主要由中粗砂充填。

8)(7)_1-1强风化花岗岩（砂土状）灰黄色，较硬，稍湿，含大量中粗粒石英颗粒、白云母片及长石，风化强烈，原岩组织结构已大部分风化破坏，岩石坚硬程度属极软岩，岩体完整程度属破碎，岩体基本质量等级分类属Ⅴ类。

9)(8)₁中风化花岗岩灰白色、灰色，含大量中粒石英颗粒、白云母片及长石，中粗粒结构，块状构造，岩质较坚硬，锤击声脆，不易击碎，结构部分破坏，原岩结构清晰可辨，岩性主要为中粗粒花岗岩，中等风化。母岩为燕山晚期花岗岩。岩体基本质量等级分类属Ⅲ～Ⅳ类。

本场地揭示的地下水按埋藏条件包含上层滞水和承压水2种类型，如表1所示。

地铁基坑安全等级为一级，支护结构重要性系数γ₀取1.1，小里程端开挖深度为19.50m，地下连续墙嵌固深度为17.00m；大里程端开挖深度为18.80m，地下连续墙嵌固深度为22.00m；标准段开挖深度为17.46m，地下连续墙嵌固深度为17.00m。地面超载大里程和小里程端采用30kPa，标准段采用20kPa。基坑外侧水位深度取3.10m，坑内降水为基坑底以下1.0m。以小里程端设计为例，分析结果如下。

基坑设计和计算时采用的土体参数如表2所示，均采用m法计算。

基坑支护结构的内力和变形包络图如图2所示。从图2中可看出，地下连续墙的位移大致呈抛物线形，地表位移不是最大位移，支护结构的弯矩值在墙身范围内变化较大，最大位移和最大正弯矩出现在基坑底以上一定距离，最大负弯矩在基坑底以下一定距离。其中最大位移值为22.97mm，最大正弯矩值为1 812.65kN·m，最大负弯矩值为1 099.72kN·m。

基坑开挖不可避免会扰动周围土体，土体内部产生次应力并发生应力重分布，进而引起沉降。在基坑周边存在建筑物、地下管网、高架桥梁、道路等敏感环境时，基坑周边土体沉降值是设计时应考虑的重要指标，以确保基坑在施工时地表土体不超过规范限制和周边环境的容许值。根据三角形法、指数法和抛物线法计算地表沉降曲线，如图3所示。从图3中可看出三角形法计算沉降曲线呈线性，最大沉降量为32mm，发生在基坑边缘；指数法计算沉降曲线呈指数变化，最大沉降为49mm，发生在基坑边缘；抛物线法计算沉降呈抛物线，最大沉降为25mm，发生在距离基坑边缘13m处。

基坑开挖造成的临空面削弱了被动区土压力，影响周围土体和支护结构的整体稳定性。

1）基坑整体稳定性计算本研究采用瑞典条分法对基坑的整体稳定性进行分析，计算中采用总应力法，条分法中的土条宽度为0.4m，得出滑裂面的圆弧半径R=33.971m，圆心坐标x=-4.836m，圆心坐标y=16.466m，整体稳定安全系数K_s=1.594>1.350，满足规范要求。

2）基坑抗倾覆验算得出抗倾覆系数安全系数为1.25。

3）基坑抗隆起验算从支护底部开始，逐层验算抗隆起稳定性，计算公式如下所示。

由此可得出，支护底部稳定系数K_s=5.459，高程41.000m处稳定系数K_s=12.010，高程44.800m处稳定系数K_s=18.594，均大于1.800，抗隆起稳定性均满足要求。

基坑开挖引起基坑内外水头差，地下水在土体中产生渗流，为避免周边土体在降水过程中产生沉降，同时也防止引起基坑突涌等渗流破坏，对基坑往往需采取相应的地下水控制措施。本工程属于复杂降水工程，基坑降水以管井降水为主，排水沟明排为辅，井点平均间距为13～15m。基坑降水布置如图4所示。

1）降水要求根据坑内承压水观测井实际水位按需降压，确保不发生坑底突水、涌砂等不良现象；控制地下水位降低引起的地面沉降，减小差异沉降，确保周边环境与设施安全问题。

2）减压降水措施基于地下连续墙未将承压含水层完全隔断，但进入承压含水顶板以下的长度足够大的工程特点，以及一级周边环境对基坑降水苛刻的要求，采用“坑内减压降水”方案。考虑基坑施工中降水安全储备及其他不可预见因素，应按30%比例在基坑内布置减压降水备用井（兼坑内承压水位观测井）。

3）降水井深度疏干井进入坑底以下不小于6m，但不得超过封底层顶面；小里程端一侧采用地下连续墙隔断；大里程端一侧封底层为(3)_5-1淤泥夹砂层，备用降压井过滤器设置在封底层底面以下，但不得超过连续墙底面。

在复杂地质条件下，基坑工程支护结构设计和开挖施工面临严峻的挑战，基坑深度和开挖面积不断增大，对基坑变形也有更严格的要求，此外基坑工程降水止水也是设计和施工的重要内容，需引起足够重视。本文结合基坑工程实例，介绍复杂地质条件下的基坑工程结构设计方法和降水措施，以供类似工程项目参考。