上海地鐵內江路站基坑支護結構設計

李曙光，劉志祥

(1.中鐵工程設計咨詢集團有限公司鄭州設計院，鄭州 450001;

2.北京康順通工程項目管理有限公司，北京 100176)

1 工程概況

上海市軌道交通12號線內江路站位于楊浦區愛國路與規劃長陽路交叉路口東側，呈東西向布置，車站全長164.4 m。站位為棚戶拆遷區(圖1)，場地東北側距1號出入口附屬結構21 m外有白洋淀綠苑小區7層磚混結構樓房1幢;西南方向距3號出入口附屬結構23 m外有建設新苑小區14層框架結構樓房1幢;緊鄰站位東側有白洋淀地下人防工程1處;沿既有愛國路有φ800 mm鋼筋混凝土雨水管1根、φ150 mm和φ300 mm鑄鐵給水管各1根，管線距離車站約10 m。

圖1 內江路站平面位置

車站主體采用雙柱三跨地下兩層結構，4個附屬外掛為地下一層(局部設電纜夾層)結構，根據車站總體布置情況，確定施工順序為:先施作主體結構，后施作附屬結構。主體基坑標準段深約17.5 m、寬21.5 m，端頭井深19.4 m、寬24.6 m，基坑保護等級為二級;4個附屬基坑深約11 m，4號附屬基坑局部因設置電纜夾層深約12.5 m，基坑保護等級均為二級。

站位緊臨黃浦江，場地內地層主要為流塑狀淤泥質黏土(圖2)，地下水位埋深約1 m，其中⑦1層為承壓水層，承壓水水位埋深3.0～11.0 m，并呈幅度不等的周期性變化。

圖2 站位地質剖面(單位:m)

內江路站基坑較深，地質條件極差。參照上海地區類似工程的建設經驗［1-3］，該車站主體基坑支護結構采用地下連續墻+內支撐的設計方案，內部結構采用疊合墻體系，即地下連續墻在基坑施工期間作為圍護結構，在后期使用階段和內襯墻一起作為主體受力結構。附屬基坑采用樁+內支撐的支護體系。

2 主體基坑設計

2.1 地下連續墻結構計算

車站主體結構標準段基坑開挖深度約17.5 m，寬約21.5 m，圍護結構采用800 mm厚地下連續墻，400 mm厚內襯墻，初擬連續墻插入比為0.85，墻趾位于⑦1層。基坑豎向設置5道內支撐，其中第1道為800 mm×800 mm鋼筋混凝土支撐，其余4道為φ609 mm(t=16 mm)鋼管支撐;橫向按照混凝土支撐間距約6 m、鋼支撐間距約3 m的原則布置。

根據疊合墻的受力特點，對于地下連續墻結構在基坑開挖階段采用總量法計算，在內部結構回筑階段采用內力增量分步疊加法計算，另考慮各種工況下疊合墻體系的內力包絡值對連續墻和內部結構進行配筋設計。場地土層物理力學指標見表1。

表1 場地土層物理力學指標

對地下連續墻結構施工階段的受力分析，采用SAP84有限元程序建立荷載-結構模型，并取表1中固結快剪 c、φ 值的0.7 倍進行計算［4～8］，模型如圖3 所示。

將開挖及回筑施工分為10個荷載步驟，分別為:(1)基坑開挖到第1道支撐底部;(2)安裝第1道支撐并開挖到第2道支撐處，超挖控制在支撐中心線以下約0.6 m;(3)安裝第2道支撐并開挖到第3道支撐處;(4)安裝第3道支撐并開挖到第4道支撐處;(5)安裝第4道支撐并開挖到第5道支撐處;(6)安裝第5道支撐并開挖到基坑底部;(7)澆筑底板并拆除第5道支撐;(8)澆筑中板并拆除第3、4道支撐;(9)澆筑頂板并拆除第2道支撐;(10)拆除第1道支撐。地層參數見表1，連續墻結構各階段的變形和彎矩內力詳見圖4、圖5。

根據上海市標準《城市軌道交通設計規范》(DGJ08—109—2004)［5］10.4.1 條，基坑保護等級為計算最大水平位移33.4 mm≤52.5 mm，滿足規范對二級基坑的控制標準。當然，該算法并未考慮基坑施工的“時空效應”［3］，基坑圍護結構最終變形跟施工工藝、工序及施工節奏有很大關系。

另外，根據啟明星軟件對坑底抗隆起穩定性以及圍護結構變形及穩定性計算的結果，將標準段基坑地下連續墻插入比優化至0.81。

車站主體結構端頭井基坑開挖深度約19.4 m，寬約24.6 m，圍護結構采用1 000 mm厚地下連續墻，600 mm厚內襯墻，連續墻插入比為0.82。基坑豎向設置6道內支撐，其中第1道為800 mm×800 mm鋼筋混凝土斜撐，其余5道為φ609 mm(t=16 mm)鋼管斜撐。二級時，圍護結構最大水平位移≤0.3%H(H為基坑 開挖深度)。此處，連續墻

圖3 地下連續墻荷載-結構模型

圖4 地下連續墻變形

2.2 主體結構計算

因站位地下水位較高，基坑施工期間需采取降水作業，結構施工完成并回填土后，達到該階段的最不利狀態(自重工況)［9］，考慮的荷載有土壓力、覆土重、結構自重、地面活載、站廳及站臺層活載。隨著地下水位逐步升高，結構底板承受的浮力逐漸加大，達到該階段的最不利狀態(浮力工況)，考慮的荷載有土壓力、覆土重、結構自重、底板承受的浮力。地鐵正常運營時，也是必須計算的受力狀態(運營工況)，考慮的荷載有土壓力、覆土重、結構自重、底板承受的浮力、地面活載、站廳及站臺層活載。

沿車站縱向選取1 m帶寬的橫向平面框架建立計算模型，底板豎向邊界條件為GAP單元(只受壓力不受拉力的彈簧)，連續墻位于底板以下部分設置水平向土彈簧邊界。另對前述3種狀態分別計算并取彎矩包絡值如圖6所示。

綜合前述施工階段、使用階段內力計算結果，即可對疊合墻體系中地下連續墻結構和內部結構進行配筋設計。

圖6 標準段主體結構計算模型及彎矩包絡圖(單位:kN·m)

2.3 內支撐體系設計

2008年11月15日杭州地鐵湘湖站基坑坍塌，大家在調查原因、吸取教訓之時［10］，認為若第1道采用鋼筋混凝土支撐，則可以承受一定的拉力，那么引起的破壞可能會小一些。鑒于此，內江路站基坑均采用鋼筋混凝土支撐作為第1道撐。主體基坑標準段及端頭井支撐豎向布置詳見圖7、圖8;主體基坑第1道支撐平面布置詳見圖9。標準段鋼支撐不設圍檁，直接撐在地墻上;端頭井處大多為斜撐，鋼管斜撐焊接在地下墻的預埋鋼板上。鋼支撐的預加力按照支撐軸力計算值的70%施加。

內支撐的拆除順序:標準段基坑在澆筑底板并達到設計強度后拆除第5道撐;繼續澆筑側墻和中板再拆除第3道撐;隨后澆筑側墻、頂板并拆除第2、4道撐;最后回填土，拆除第1道撐。端頭井基坑在澆筑底板后拆除第6道撐;其余5道支撐在澆筑頂板后一起拆除。

3 附屬基坑設計

4個外掛附屬基坑均為地下一層結構(局部含電纜夾層)，其均采用φ800 mm@950 mm(局部落深處采用φ900 mm@1050 mm)排樁作為圍護結構，圍護樁插入比約為1;鑒于地下水位較高，在排樁外采用φ850 mm@600 mm水泥土三軸攪拌樁作為止水帷幕。基坑豎向設置3道支撐，第1道均為鋼筋混凝土支撐(支撐平面布置詳見圖9)，其余為φ609 mm(t=16 mm)鋼管支撐，東南角2號出入口附屬基坑因面積較大，第2道撐也采用鋼筋混凝土支撐。

支撐的拆除順序為:澆筑結構底板并達到設計強度后拆除第3道鋼支撐;然后澆筑側墻，并在設計位置架設換撐和拋撐(從底板處上拋25°)，之后再拆除第2道撐;澆筑剩余側墻及頂板，最后回填土，拆除第1道支撐。

圖7 標準段基坑支撐布置剖面(單位:mm)

圖8 端頭井基坑支撐布置剖面(單位:mm)

圖9 內江路站基坑第1道支撐平面布置

4 基坑降水

鑒于場地地下水位較高，主體基坑較深，地下連續墻結構插入了⑦1承壓水含水層，根據內江路站地質詳勘資料進行計算可知:主體基坑標準段與端頭井坑底土抗突涌穩定性不滿足規范要求，標準段基坑承壓水水位需要降至-11.0 m以下;端頭井處承壓水水位須降至-13.6 m以下，施工中通過監測承壓水頭確定深層降水的實施。4個附屬基坑開挖施工期間僅需抽降潛水即可滿足要求。

5 地基加固

因場地土層強度極低，根據計算需要，在基坑開挖前應對坑底土體進行高壓旋噴樁復合地基加固。主體基坑標準段采用抽條加固的方式，抽條加固體尺寸為3 m(寬)×3 m(深)，間距3 m;端頭井采用裙邊+抽條相結合的加固方式。另外，還須對主體基坑陽角外土體適當加固。

4個附屬基坑采用裙邊+抽條相結合的加固方式，裙邊加固體尺寸為3 m(寬)×4 m(深)。

6 結論

針對站位場地主要為富水軟土地層的特點，該車站主體基坑采用地下連續墻+內支撐的支護結構設計方案，這種結構體系具有剛度大、整體性好、抗滲性強等優點。目前內江路站主體結構已經完工，4個附屬結構也已完成3個，工程進展順利，說明支護結構設計方案合理，可供類似工程借鑒。

［1］王衛東，王建華.深基坑支護結構與主體結構相結合的設計、分析與實例［M］.北京:中國建筑工業出版社，2007.

［2］叢藹森.地下連續墻的設計施工與應用［M］.北京:中國水利水電出版社，2001.

［3］劉國彬，王衛東.基坑工程手冊［M］.2版.北京:中國建筑工業出版社，2009.

［4］袁明武.SAP84微機結構分析通用程序［M］.北京:北京大學出版社，1992.

［5］上海市隧道工程軌道交通設計研究院.DGJ08—109—2004 城市軌道交通設計規范［S］.上海:上海市建設工程標準定額管理總站，2003.

［6］馮世進，陳曉霞，高廣運，等.迭代增量法分析地下連續墻的受力性狀［J］.巖土力學，2009，30(1):226-230.

［7］袁慶利.某地鐵車站深基坑圍護結構的優化設計［J］.鐵道標準設計，2012(2):81-84.

［8］李剛.地鐵車站深基坑地下連續墻變形特征分析［J］.鐵道標準設計，2008(6):100-103.

［9］龔杰，梁偉，張自根.三維有限元模型在復雜車站結構設計中的成功嘗試［J］.地下工程與隧道，2001(4):17-22.

［10］張曠成，李繼民.杭州地鐵湘湖站“08.11.15”基坑坍塌事故分析［J］.巖土工程學報，2010，32(1):338-342.