1、浅谈地铁车站基坑支护设计的要点摘要：随着城市地铁轨道交通建设的蓬勃发展，对地铁车站这一客流聚集区的开发也越来越受到重视，基坑工程也向大深度、大面积方向发展。深基坑工程的围护结构是保证基坑安全的首要条件，是地下工程的前期保障，在施工过程中，支护结构发挥着挡土和止水功能，也是节约施工空间、解决约束条件的可行途径。本文首先对某工程的工程概况进行了说明，然后比较了几种支护形式，选定了地下连续墙的围护结构，然后对其支撑轴力和稳定性分别做了计算和分析，最后对本工程采取的其他技术措施进行了探讨。 关键词：地铁车站；基坑支护；地下连续墙；支撑轴力；稳定性计算 Abstract: with the vigoro
2、us development of the city subway rail transit construction, the development of the passenger flow accumulation in metro station is becoming more and more attention, also to develop in the direction of great depth, large area foundation pit engineering. Retaining structure of deep foundation pit eng
3、ineering is the first condition of ensure the safety of foundation pit, is in the early period of the underground engineering protection, in the process of construction, supporting structure plays a soil retaining and water stop function, also save construction space, the feasible ways to solve cons
4、traints. Firstly of the general situation of the engineering project, and then compares several supporting form, and selected the palisade structure of the underground continuous wall, and then respectively on the stability of the supporting axial force and do the calculation and analysis, finally t
5、his project other technical measures are discussed in this paper. Key words: subway station; Foundation pit supporting; The underground continuous wall; Supporting axial force; Stability calculation. 中图分类号：U231+.4 文献标识码：A 文章编号：2095-2104(2013) 工程概况 某地铁车站有效站台中心里程为 YCK3+504.2，车站总长 196.8m，标准段宽 18.8m。基坑深
6、度约 16.6m，基坑宽 18.822.5m，呈条形；停车线左线长 244.33m，右线长 91.885m，基坑深约 16.16m，双线段基坑宽度约为 1920m，单线段基坑宽度约为 12m，基坑的安全等级为一级。该工程有如下特点： 1、基坑影响深度范围内的地质条件较差，地面以下有淤泥、淤泥质土、淤泥质砂土及较厚的饱水砂层，淤泥及淤泥质土层厚度 2.512m，淤泥质砂层厚度 26m；车站底板位于淤泥、残积土层及强风化岩层，地下水位较高。围护设计应对基坑的防渗止水、抗管涌及不良地质等对围护体施工的影响等予以充分考虑。 2、该工程开挖深度深，基坑开挖影响范围比较大。 3、基坑周边距离铁路较近，对铁
7、路的沉降控制要求高，四周外为道路或邻近建筑，路下有大量管线。基坑南侧和北侧调度楼对变形相当敏感。 4、铁路的行车时间密，路基离基坑近，要充分考虑铁路路基及列车荷载产生的附加应力。 因此该工程对基坑支护工程的选型和设计提出了较高要求。 基坑支护形式的选择 本工程所处地层为饱和含水淤泥地层，土层强度低，地下水位高，基坑深度深，要求基坑围护结构既要有较大的刚度，又能承受水土压力并有较理想的止水能力。可采用的围护结构形式有钻孔灌注桩加止水帷幕、咬合桩、地下连续墙等，将对几种支护形式进行、经济、技术比较。钻孔灌注桩和咬合桩 车站标准段基坑深度 16.6m，而地下水位埋深较高。由于钻孔桩本身防水性能差，桩
8、间需要旋喷桩或搅拌桩止水，采用跳桩施工时，施工质量不易保证，桩间易渗水。本站地下水位高，根据当地的地质条件看，对止水帷幕施工要求高。钻孔咬合桩属新技术、新工艺和新工法，施工精度要求高，对混凝土配合比要求较高，且需要专门的施工机具；施工工艺较复杂；同时咬合桩一般只适用于 15m 以内基坑，受国内施工设备的影响，基坑深度大于 15m 以上时，造价相应提高。 地下连续墙 地下连续墙刚度大，对控制地表沉降与周边建筑管线变形有利；可为单层结构，亦可与内衬墙组成叠合结构或重合结构共同受力。地下连续墙施工工艺成熟，施工难度小，防水效果好，并且适用于较大的基坑深度；其施工工期比钻孔灌注桩加止水帷幕法减少 1/
9、3l/2，能有效控制工期。因此，本站选用地下连续墙为围护结构。 支撑体系 支撑体系可以采取钢管支撑和钢筋混凝土支撑。 钢筋混凝土支撑具有整体性好的优点。而钢管支撑可以施加预加力，可以根据计算分析及监测情况针对围护结构不同部位施加不同的预加力，有效控制围护结构的变形，且架设方便，拆除容易。 支撑轴力的计算 地下墙围护结构的内力分析，考虑沿车站纵向取单位长度按弹性地基梁理论，并联按基坑开挖、支撑架设、回筑内部结构及拆除支撑的施工过程和完成后的使用阶段等工况进行内力计算。支护结构截面设计按内力包络图控制，支撑轴力取各阶段计算的最大值。围护结构开挖阶段计算时，必须计入结构的先期位移值以及支撑的变形，按
10、“先变形，后支撑”的原则进行结构分析。 计算工况一：标准段基坑。墙厚 600 mm，基坑开挖宽度 19.5m，基坑深度 15.94m，连续墙嵌固深度 12m，支撑间距 3m，地面超载 20kPa。 计算工况二：端头井基坑。墙厚 800mm，基坑开挖宽度 23.7mm，基坑深度 17.59m，连续墙嵌固深度 14m，支撑间距 3m，地面超载 30kPa。 根据计算，本站基坑各道支撑的设计轴力见下表： 表 基坑各支撑设计轴力包络值 根据上表分析可知，标准段基坑支撑长度为 19.5m，最大支撑轴力在第三道支撑处为 2299.96kN；端头井基坑支撑长度为 23.7m，最大支撑轴力在第三道支撑处为 2
11、740.67kN。因此，支撑稳定性分析均围绕这两道支撑展开。 支撑稳定性分析 标准段基坑分析:单向压弯构件的整体失稳分为弯矩作用平面内和弯矩作用平面外两种情况分别计算。 1、弯矩作用平面内的稳定性 支撑主要发生弯曲失稳，其计算公式为： 各参数的取值如下：计算构件内最大弯矩 kNM=111.2kNM；毛截面面积 A=29807.43mm2； 稳定系数 x=0.6914；等效弯矩系数 mx=1.0；欧拉力NEx=7010.69kN。经计算，弯矩作用平面内支撑最大应力=156.94N/mm2f=215N/mm2，满足稳定性要求。 2、弯矩作用平面外的稳定性 支撑主要发生弯曲扭转失稳，其计算公式为 各
12、参数取值如下：稳定系数 y=0.6914；等效弯矩系数 tx 截面影响系数 =0.7；整体稳定系数 b=1.0。经计算，弯矩作用平面外支撑最大应力 =144.57N/mm2f=215N/mm2，满足稳定性要求。 3、支撑不稳定处理措施 由上述可知：标准段基坑支撑稳定性满足要求。因此，设计采用设置临时立柱桩措施，通过增加中间支撑点，减小支撑跨度，以达到满足支撑稳定性要求。根据以上分析，只需验算弯矩作用平面内稳定性即可。本工程采用的其他技术措施 （1）端头井位置结构梁板换撑设计 整体基坑施工完毕后，在拆撑阶段为控制端头井的位移，需利用车站标准段结构梁板对地铁车站端头井进行换撑。由于上部几道支撑部分
13、杆件撑在端头井临时封堵墙上，临时封堵墙需待整体基坑地下结构全部施工完毕后方可从上向下逐层凿除，因此在车站标准段结构梁板和临时封堵墙之间需设置换撑传力措施。 为了便于后期地铁车站标准段结构梁板与端头井结构梁板顺利连接，标准段结构梁板混凝土浇筑面与临时封堵墙之间留出约 1.5m 的距离，以确保结构梁板外伸预留钢筋满足后期连接要求。在车站标准段结构梁板和临时封堵墙之间采用型钢换撑。型钢一端与在车站标准段结构板内预埋锚板连接，一端撑在临时封堵墙上设置的双拼型钢围檩上，型钢水平间距约为 2.53.0m，以确保水平力的均匀传递。在整体基坑地下结构梁板全部施工完毕后，将临时封堵墙在每层结构梁板标高在平面上分
14、段凿除，并及时跟进将结构梁板分段连接。 （2）基坑施工对端头井及在建隧道影响的数值分析 为了分析整体基坑施工对东西端头井和在建区间隧道的影响，本工程采用岩土工程专业有限元分析软件 Phxis 进行基坑开挖过程的有限元数值模拟。计算结果表明：端头井外墙的最大水平变形为 8.90mm；在建隧道位置基坑开挖引起的最大水平位移 460mm，最大竖向沉降5.80mm。计算结果表明整体基坑支护设计方案可以满足对邻近地铁东西端头井和在建区间段隧道的保护要求。 （3）对地下连续墙的水平位移监测 下图为地下连续墙侧向位移图，地下连续墙侧向位移最大值在 80mm左右，且最大位移发生在基底位置。目前本工程地下室已经
15、完工，地下连续墙整体状况良好。 图地下连续墙水平位移 结论 根据计算，在该地区粉砂、粉土及淤泥质粉质黏土等软弱地层，对应表中标准段和端头井段最大支撑轴方时，本文中所选用的支撑截面参数及立柱措施是合理的，支撑体系是有效的、安全的。 基坑工程中，支撑计算模型的建立应综合考虑计算长度、构件与支护结构的连接及施工过程中其它因素(如施工活载、日常监测等)对支撑稳定性的影响，因此，支撑计算是较为复杂的，不能简单地按实腹式轴心受力构件考虑。 针对各个基坑的不同情况，需要因地制宜地采取多种支护形式，找到既确保安全又经济合理的基坑支护方案。 参考文献 1马昌龙，王家磊.南京小红山汽车客运站基坑支护设计形式初探J. 城市建筑，2013.2. 2李继业，段绪胜，许晓华.建筑工程施工一实用技术手册M.北京：中国建材工业出版社，2007 3拓守盛，王育波，段云英.地铁车站明挖基坑内支撑技术J.西部探矿工程，2005.4. 4吴宇飞.岩土工程中的深基坑支护设计问题探讨J.黑龙江科技信息，2009.28.
