地鐵車站基坑開挖穩定性研究

摘 要：地鐵車站基坑開挖過程中易出現失穩的情況，針對某車站具體情況，通過對地質情況分析和力學計算，分析了其開挖過程對已有結構的影響分析，采取了有效措施，預防了兩者失穩現象的發生，采用相關技術手段針對施工中易出現的問題，采取了有效措施，通過實際證明了所采取的技術手段的有效性。

關鍵詞：地鐵車站 基坑 穩定性

中圖分類號：U231文獻標識碼：A文章編號：1674-098X（2013）04（b）-0015-01

1 工程概況

本段范圍上覆第四系全新統人工填筑土，其下分別為第四系上更新統冰水-流水沉積的粘性土及卵石土，局部夾砂層，下伏上白堊統灌口組泥巖。

2 結構模型

采用荷載-結構模型，模擬老街站三號線車站采用蓋挖法施工時，對建成的一號線的結構的影響。車站結構（圍護、主體、柱等）采用彈性梁單元模擬，圍護樁與側墻采用剛性藕合連接（疊合結構），地層對結構作用用彈簧模擬。開挖過程中側土壓力對圍護樁作用采用朗肯主動壓力（水土分算），按“荷載增量法”對整個施工開挖過程進行模擬計算分析。施工工序為：第一步開挖，施作頂板結構；第二步開挖，施作一層中板；第三步開挖，施作二層中板；第四步開挖，施作底板。計算模型如下圖1。

三號線開挖對一號線是有較大影響的，開挖前后，一號線中二板最大增幅為36%，底板最大增幅為10%，頂板最大增幅為9%，圍護樁（即側墻）和中一板影響較小（有所減小）。

開挖第一至三步時，一號線結構內力變化較大，而第四步開挖時，一號線結構內力有所改善，主要是由于開挖過程造成一號線受偏載作用，而開挖完成后，荷載為對稱荷載。

最大水平變形為20.4 mm，變形滿足要求。三號線開挖對一號線是有影響的，但大部分結構受影響較小，因此，只要控制一號線結構的偏載作用（如控制開挖縱向尺寸，及時澆注結構板等），該方案有一定的可行性。

3 主體結構尺寸

基坑采用放坡開挖時，邊坡坡度（高寬比）在粘性土層采用1∶1，在卵石土層采用1∶0.75，邊坡表面噴射5 cm厚的C20混凝土。

土釘墻結構型式：土釘水平和豎向間距為2.0 m，土釘采用直徑φ40鋼花管或采用直徑φ32鋼筋，土釘長度2.0～6.0 m，噴射面層采用150 mm厚的網噴鋼筋混凝土結構，混凝土強度采用C20，鋼筋網采用單層、直徑為φ6間距為200 mm的鋼筋；土釘墻的邊坡（高寬比）采用1∶0.2。

無論采用放坡開挖還是采用土釘墻支護結構，均須進行基坑外管井降水。管井直徑采用φ300 mm，深度不小于15 m，沿基坑兩側錯開布置，單側管井的距離為30 m。

車站頂板厚度為600 mm，側墻厚度為600 mm，底板厚度為700 mm，中柱采用700×700 mm矩形截面柱，底板下的抗拔樁采用φ1200 mm人工挖孔樁，樁深8 m。

主體框架結構按作用在彈性地基上的等代閉合框架結構進行計算，其地層的作用以一系列彈簧模擬，計算采用SAP84有限元通用結構計分析程序，結構計算按永久荷載、可變荷載、施工荷載和偶然荷載的各種組合工況進行。根據本站工程地質和水文地質的特點，考慮施工完成初期階段、近期使用階段和遠期使用階段水浮力分別按0%、50%、100%進行計算分析比較；荷載按結構最不利受力情況進行組合。車站結彎矩圖如圖2所示。

計算分析表明，由于結構周邊土體的約束作用，地震力對地下結構的影響較小，由于構件計算中，地震組合工況僅進行強度檢算，而地鐵車站在其他工況計算時，其多數構件計算主要由裂縫檢算來控制。因此，地震作用工況對構件設計為非控制工況，結構設計時僅需按抗震構造要求進行處理，車站對房屋基礎地震影響與原場地相同。計算結果還表明，在有人防荷載作用的工況，計算結果不控制結構構件的設計。

4 施工步驟

施工期間南都西路進行封閉，車站采用明挖順筑法施工。主要施工步驟如下。

（1）施工場地圍擋，施工降水井。

（2）進行基坑開挖，施工降水隨開挖深度逐級超前降水，噴射混凝土護坡；同時基坑逐層開挖，并逐層施工土釘墻。

（3）施工底板抗拔樁、接地網、墊層及底板防水層。

（4）順序施工車站底板、側墻及側墻防水層。

（5）施工車站頂板及防水層、覆土、同時敷設管線。

（6）施工道路、路面及綠化。

（7）施工車站附屬結構；方案一附屬結構可與主體結構同步施工，方案二附屬結構與主體結構分別施工。

5 結語

通過計算分析，采用該方案能有效地控制結構的失穩，并給出了具體的主體結構尺寸和施工步驟，對于類似工程的施工有一定的指導意義。

參考文獻

[1]方江華.深基坑支護技術綜述[J].西部探礦工程，2003，82（3）：23-26.

[2]馮玉寶.深基坑工程問題與進展[J].中國地質災害與防治學報，1998（9）：56-58.