地铁车站深基坑围护结构设计研究 何立军

地铁车站深基坑围护结构设计研究何立军

发表时间：2019-09-21T10:34:38.407Z 来源：《基层建设》2019年第19期作者：何立军[导读] 摘要：随着城市地铁建设的快速发展，在建筑密集、高层次、深高风险等复杂条件下，越来越多的深基坑围护使地铁建设成为可能。

南京先行交通工程设计有限责任公司江苏省南京市 210000 摘要：随着城市地铁建设的快速发展，在建筑密集、高层次、深高风险等复杂条件下，越来越多的深基坑围护使地铁建设成为可能。同时岩土工程也面临着前所未有的机遇和挑战，由于周围的边界条件和控制因素，地下基坑的形状远远超过标准模型，基坑深度不断加深，增加了基坑围护工程的风险。如何在地铁车站施工中选择科学合理的围护系统，如何设计施工过程中的安全性以及周围建筑物和地下

管线的安全性，这些问题都是基坑工程技术人员必须考虑的问题。

关键词：地铁；深基坑；围护结构；设计引言

随着城市的快速发展，城市地面交通越来越拥堵，为了缓解交通压力，很多城市开始修建地铁。在地铁的修建过程中，地铁车站一般位于城市建筑、人口比较密集的位置，由于受周边复杂环境的影响，地铁车站基坑工程引起设计单位和施工单位的关注，基坑围护结构的选型和施工方案受周边环境影响较大。 1内撑式围护结构的特点

目前，基坑围护结构的类型主要有放坡开挖、内撑式围护结构、悬臂式围护结构和重力式围护结构。由于内撑式围护结构具有刚度大、变形小的特点，因此在地铁车站项目中较为应用广泛，分为挡土结构和内支撑结构。其传力路径明确，由土压力和水压力到挡土结构再到内支撑，在地下水较浅或较多的地方挡土结构还可以作为止水帷幕，有效承担了水压力和防止了水体的渗漏问题，常用的挡土结构有混凝土排桩、钢板桩、地连墙等。内支撑结构有混凝土支撑和钢支撑，在一些工程项目中会采用混合支撑，即第一道采用混凝土支撑，第二、三道采用钢支撑，钢支撑施工灵活、安全环保，混凝土支撑刚度大、整体性好，变形小，混凝土支撑把力安全有效传递给钢支撑，解决了基坑的变形和稳定问题，绿色环保，有效缩短了工期，保证了施工质量。 2基坑围护结构的定义及常见围护形式地铁基坑中使用的围护结构种类很多，有很多的设计方法，由于技术和施工机器不同，因此应考虑基坑的深度、工程地质和水文地质条件等。通过技术与经济的综合比较，确定城市发展的特征。地铁基坑工法多种多样，有明挖顺做、逆作、盖挖、半盖挖法等，而在最常见的明挖法地铁基坑设计中，一般都是围护结构结合内支撑或者是外拉锚杆，而常见的围护结构主要有以下几种：（1）地连墙：多使用于地下水位高的软土地区，施工时振动小、噪声低，能在建筑物、构筑物密集地区施工。地下墙具有的刚度大，能承受较大的水平侧向荷载，基坑开挖时变形较小，周围地面的沉降少，能够较好地控制和减少对邻近建（构）筑物和地下管线的影响的特点，且防水效果好，在深基坑工程中应用较广泛。但其造价高，同时，在富水砂层，应注意墙缝止水，通常采用搅拌桩或者旋喷桩来解决墙缝止水问题。（2）钻孔灌注桩：适用于多种地质条件，分干作业（旋挖桩等）、湿作业（泥浆护壁置换）等。地下水位高时，辅以止水帷幕，地下水位很低或无地下水时，不设帷幕。其刚度较地下墙小。造价较高。在地下水位较低，土层条件较好的地区采用较多。在软土地区，基坑深度10～15ｍ左右可作为比选对象，综合条件较优时采用。（3）钻孔咬合桩：整体刚度比地下墙低，比钻孔灌注桩高。施工工艺相对比较复杂，对施工设备及施工队伍要求较高，在实施时对初凝时间的控制不好可能引起墙体渗水，对桩体垂直度的控制要求也很高，在深厚砂层中可能出现颈缩现象。在地铁基坑工程采用较少。其造价较高，适用于深度15m以下的基坑。（4）SMW工法桩：采用搅拌桩形成均匀的挡土墙后将型钢插入搅拌桩中以形成刚性复合围护结构。具有止水性好、结构简单、设计速度快的特点，并且钢可部分回收能够进行再利用。多运用于软土地区周边环境条件相对较好、基坑深度较浅（一般不大于10米）的情况。在软土地区车站附属结构围护中采用较多。 3深基坑围护结构计算方式分析

3.1单元计算方式

对地铁车站基坑南北两侧的围护结构进行计算时，使用理正深基坑计算软件完成单元计算，使用主动土压力对基坑外的迎土面土压力模拟，假定基坑开挖面下方的土压力为矩形分布模式，对基坑内的开挖面下方土压力使用被动土压力。在计算过程中，支撑支锚刚度取值操作一定要按照相关规范进行。为确保深基坑围护结构稳定性，要对基坑抗渗流等指标进行确定，保证指标达到要求标准。在基坑两侧使用不同设计方式，主要是因为深挖荷载与坑顶荷载存在差异，基坑南侧桩身的最大计算位移为25.9mm，基坑北侧桩身的最大计算位移为17.3mm。南侧围护桩变形情况比北侧围护结构变形情况更大。

3.2二维有限元数值模拟计算

这种计算方式主要是模拟深基坑围护结构的二维平面模型，在选择计算区域时，一般会选择深基坑开挖深度的2倍范围内。模型计算区域的宽度是85m，高度是35m，利用有限元模型中土体结构模型使用的是摩尔-库伦模型，而岩土体则使用二维平面应变四节点单元进行模拟。在模拟过程中要注意地下水对深基坑围护结构的影响。对深基坑围护结构模型进行计算后，发现基坑南侧围护桩与侧壁土体都存在向北偏移的情况，同时基坑南侧的坑顶土体还存在沉降趋势。 4处理地铁车站深基坑开挖围护结构的原则 4.1基坑安全性

地铁深基坑工程项目的综合性比较强，但风险也较大，这就要求施工技术人员在选型时，一定要将理论知识与实际施工经验进行较好的结合，具体问题具体分析，对基坑基础性结构的特点进行深入探讨，科学合理地选择最佳的施工方案，从而使整个施工过程得以顺利开展。

4.2维护基坑挖掘结构

在施工项目运行时，施工的便利性一定要得到保障，施工单位采取的施工方案一定要具有较强的科学性，创建完善的高水平施工体系，严格控制工程项目的各项支出，从而使工程管理工作的实效性得到较好的实现。施工单位在施工时，一定要以理论为基础结合施工技术不断提升工程的施工效率，从而使深基坑围护结构的挖掘工作水平得到不断提高。 5地铁工程深基坑挖掘围护结构施工