地鐵車站深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)優(yōu)化策略探討

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摘要：以馬鑾中心站為例，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)水文條件，對(duì)其深基坑支護(hù)體系設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析，提出了優(yōu)化策略，以期給深基坑工程的順利開展施工提供保障。

關(guān)鍵詞：地鐵車站；深基坑支護(hù)；設(shè)計(jì)優(yōu)化

1工程概況

馬鑾中心站位于蕓彎路與灌新路交叉口東側(cè)，為雙島四線平行換乘車站，采取地下3層的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。該站總長(zhǎng)220．0m，標(biāo)準(zhǔn)段長(zhǎng)46．6m，軌面埋深約17．8m，站臺(tái)寬13m，配置4個(gè)出入口、2組風(fēng)亭。明挖法為本車站的主要施工工法，基坑支護(hù)為重要工作，采取放坡＋800mm厚地下連續(xù)墻＋內(nèi)支撐相結(jié)合的方式。

2地質(zhì)水文條件

本站所在處為馬鑾灣灘涂區(qū)，由于發(fā)展所需，當(dāng)?shù)卮迕窀脑旌笮纬闪舜笠?guī)模魚塘，塘堤呈縱橫交錯(cuò)的布設(shè)形式?，F(xiàn)場(chǎng)地勢(shì)平坦，地面標(biāo)高－3．1～2．2m，地層缺乏穩(wěn)定性，分布人工填土、軟土等；賦存松散巖類孔隙水、風(fēng)化殘疾孔隙裂隙水等，彼此間并未形成隔水層，存在較明顯的水力聯(lián)系，大氣降水為重要補(bǔ)給形式。此外，地表水與地下水未得到分隔，兩者也具有水力聯(lián)系。表1為基坑支護(hù)設(shè)計(jì)土體參數(shù)。

3深基圍護(hù)設(shè)計(jì)分析

3．1支護(hù)型式

馬鑾中心站主體基坑長(zhǎng)221．0m，標(biāo)準(zhǔn)段寬46．6m。主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用800厚地下連續(xù)墻＋3道內(nèi)支撐體系，第一道支撐為鋼筋混凝土支撐，間距8～9m；第二道除盾構(gòu)井段采用鋼筋混凝土支撐，間距4～6m，其余均為609鋼支撐，壁厚t＝16mm，間距2．5～3．0m。第三道盾構(gòu)井段800鋼支撐，壁厚t＝16mm，間距2．5～3m，其余均為609鋼支撐，壁厚t＝16mm，間距2．5～3．0m?；又虚g設(shè)兩排臨時(shí)立柱，臨時(shí)立柱樁基礎(chǔ)采用φ1500mm的鉆孔灌注樁兼做抗拔樁，臨時(shí)立柱采用4L160×16鋼格構(gòu)柱。圖1為基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)平面布置圖。

3．2支護(hù)參數(shù)

根據(jù)本工程特點(diǎn)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用800mm厚地下連續(xù)墻作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)。地下連續(xù)墻在施工階段按施工過程進(jìn)行受力計(jì)算分析，開挖期間地下連續(xù)墻作為支擋結(jié)構(gòu)，承受全部的水土壓力及路面超載引起的側(cè)壓力。圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用彈性支點(diǎn)法計(jì)算，被動(dòng)區(qū)土壓力用彈簧進(jìn)行模擬，其水平抗力系數(shù)根據(jù)土層采用m法，粘性土按照水土合算，砂性土按照水土分算。圍護(hù)結(jié)構(gòu)嵌固深度應(yīng)滿足坑底抗隆起穩(wěn)定性要求；基坑內(nèi)側(cè)土壓力標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)不超過圍護(hù)結(jié)構(gòu)嵌固段上的被動(dòng)土壓力標(biāo)準(zhǔn)值；錨拉式、懸臂式支擋結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足整體滑動(dòng)穩(wěn)定性要求；懸臂式、單層錨桿和單層支擋結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足嵌固穩(wěn)定性要求［1］。

3．3荷載計(jì)算

馬鑾中心站圍護(hù)荷載計(jì)算時(shí)，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)重度γ為25kN／m3，施工階段采用朗金主動(dòng)土壓力作為側(cè)壓水土壓力，靜水壓力中的水容重為10kN／m3，并以土彈簧模擬方式計(jì)算側(cè)向土體抗力；地面超載按20kN／m2考慮，對(duì)盾構(gòu)井等處施工期間的較大地面超載、盾構(gòu)機(jī)始發(fā)、吊出對(duì)工作井的附加力（在盾構(gòu)拼裝、吊入和吊出工作處的荷載應(yīng)根據(jù)實(shí)際施工情況確定并≥70kPa；工作井的地面超載≥30kPa）。施工機(jī)具荷載及人群荷載一般不超過10kPa，基航開挖過程中混凝土支撐上的施工荷載一般可按2kN／m考慮，鋼支撐上不得施加荷載。又因本工程圍護(hù)結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為一級(jí)，在驗(yàn)算構(gòu)件強(qiáng)度時(shí)要根據(jù)相關(guān)規(guī)定取值。

3．4抗浮計(jì)算

馬鑾中心站施工擬建場(chǎng)地沿線地勢(shì)平緩，場(chǎng)地地下水位埋深變化不大，測(cè)得地下水穩(wěn)定水位埋深為0．3～1．5m，水位標(biāo)高為－0．06～0．79m。依據(jù)地勘報(bào)告，本站抗浮設(shè)防水位按規(guī)劃地面標(biāo)高考慮，經(jīng)計(jì)算，車站主體結(jié)構(gòu)計(jì)入地下連續(xù)墻自重及地連墻基底下摩阻力后，抗浮安全系數(shù)不滿足要求，需增加抗拔樁抗浮，并通過増加3排抗拔樁＋2排臨時(shí)立柱樁（兼抗拔樁）抗浮，抗浮安全系數(shù)＞1．15，方可滿足要求。本工程中，抗浮驗(yàn)算包括大、小里程端頭井和標(biāo)準(zhǔn)段的計(jì)算，以小里程端頭井抗浮驗(yàn)算為例做闡述。由于車站為地下3層，結(jié)構(gòu)高度22．45m，端頭井寬度50．5m，基底下設(shè)置抗拔樁，抗拔樁和圍護(hù)結(jié)構(gòu)共同抗浮，該斷面覆土為2．9m。采用sap建模計(jì)算得到端頭井中立柱樁及圍護(hù)結(jié)構(gòu)抗浮力。通過計(jì)算得知，該段抗浮系數(shù)為1．15，不考慮連續(xù)墻摩阻力時(shí)抗浮系數(shù)為1．05。

3．5施工關(guān)鍵及注意事項(xiàng)

本工程中，地下連續(xù)墻為基坑支護(hù)的施工關(guān)鍵點(diǎn)。其具體工藝為：導(dǎo)墻施工→連續(xù)墻成槽和泥漿護(hù)壁→下連墻鋼筋籠制作及吊裝→澆灌混凝土→下一幅段循環(huán)。導(dǎo)墻形式和分段澆筑長(zhǎng)度宜根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況確定并于地下連墻的接頭錯(cuò)開，保證導(dǎo)墻與土面密貼，防止坍塌。在成槽和泥漿護(hù)壁方面，垂直精度≥0．2％，接頭處箱梁兩槽的中心線在任一深度偏差≤60mm。在鋼精籠入槽至設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，用槽鋼穿入鋼精籠豎向桁架上端的吊環(huán)內(nèi)將其擱置在導(dǎo)墻上。混凝土澆筑前利用導(dǎo)管進(jìn)行15min以上的泥漿循環(huán)，鋼筋入槽6h內(nèi)開始澆灌混凝土，且澆灌上升速度≥3m／h，導(dǎo)管埋入混凝土中長(zhǎng)度控制在2～4m。砼的澆筑高度應(yīng)保證鑿除浮漿后墻頂標(biāo)高符合設(shè)計(jì)要求。在圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工前，應(yīng)查明車站范圍內(nèi)的地下管線位置、埋深、管線材質(zhì)及基礎(chǔ)形式，并匯同業(yè)主、監(jiān)理、設(shè)計(jì)及有關(guān)管線權(quán)屬部門共同協(xié)商和研究地下管線的遷改、加固和懸吊方案，保證管線的安全和正常使用，在施工中加強(qiáng)對(duì)地下管線的監(jiān)測(cè)，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采取注漿加固或地下水回灌等措施，以免管線破壞，造成不必要的損失。管線改遷、保護(hù)及監(jiān)控方案必須報(bào)管線主管部門批準(zhǔn)后方可實(shí)施［2，3］

4深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)優(yōu)化策略

4．1合理選擇施工工法

深基坑支護(hù)體系的設(shè)計(jì)工作需兼顧多方面的因素，基本前提在于選擇合適的施工工法?？v觀現(xiàn)階段的地鐵車站深基坑工程發(fā)展?fàn)顩r，如暗挖法、明挖順作法、蓋挖逆作等都得到廣泛應(yīng)用。以本工程現(xiàn)場(chǎng)及周邊的環(huán)境為參考，經(jīng)分析后決定采用明挖順作法，其優(yōu)勢(shì)在于安全性好、技術(shù)可行性高、施工質(zhì)量易控制，且可以減少施工成本投入。

4．2合理選擇支護(hù)體系

深基坑支護(hù)體系的選擇直接關(guān)乎施工現(xiàn)場(chǎng)的安全狀況，可選的支護(hù)型式較多，具體要從技術(shù)可行性、安全性等方面作對(duì)比分析，選擇與施工需求相符的支護(hù)型式［4，5］。伴隨支護(hù)型式的不同，其對(duì)應(yīng)的工程造價(jià)也存在差別，為提高工程項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益，相關(guān)設(shè)計(jì)人員需兼顧支護(hù)型式在應(yīng)用中的成本問題?，F(xiàn)階段，鉆孔灌注樁、地下連續(xù)墻等都是較為可行的方法。地下連續(xù)墻作為一種成熟的施工工藝，非常適用于深基坑施工中。相比鉆孔灌注樁施工，它既可以作為基坑的維護(hù)，也可以當(dāng)做基坑的內(nèi)襯墻使用，且適用基坑深度較深的地方，如地鐵車站或較深的建筑項(xiàng)目。此外，地下連續(xù)墻止水效果較一般基坑支護(hù)形式好，再配合鋼支撐或混凝土支撐可提升擋土的效果，保持基坑的穩(wěn)定性，雖然施工成本略高，但具備效果好和安全系數(shù)高等優(yōu)點(diǎn)，在眾多地鐵車站深基坑支護(hù)工程中應(yīng)用較為廣泛。

5結(jié)語

地下連續(xù)墻施工時(shí)振動(dòng)小、噪音低，非常適于城市施工，且墻體剛度大，在基坑開挖后可承受很大的土體壓力，極少發(fā)生地基沉降或塌方事故，值得應(yīng)用和推廣。

參考文獻(xiàn)：

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［3］楊葵鳳．地鐵深基坑支護(hù)形式優(yōu)化選型分析［D］．鄭州：鄭州大學(xué)，2015．

［4］朱偉強(qiáng)．某地鐵車站基坑支護(hù)設(shè)計(jì)與分析［J］．建材與裝飾，2017（13）：239～240．

［5］楊軍彩，趙乃志．地鐵車站超深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)優(yōu)化與施工［J］．四川建材，2020（4）：55～56，63．

作者：朱晶晶 單位：廣州地鐵設(shè)計(jì)研究院股份有限公司