地鐵車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法探討

摘要：本文結(jié)合實(shí)際案例，針對(duì)大型地鐵車站基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法進(jìn)行闡述，其中連續(xù)墻設(shè)計(jì)、支撐設(shè)計(jì)和抗浮設(shè)計(jì)為主要設(shè)計(jì)內(nèi)容，以實(shí)際數(shù)據(jù)為依托，說(shuō)明了基坑設(shè)計(jì)的必要性和基坑安全的重要性，望同行之間指導(dǎo)交流，促進(jìn)大型地鐵基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的進(jìn)一步發(fā)展。

關(guān)鍵詞：地鐵車站；圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；基坑；支撐；抗浮

1 工程概況

本站是某市軌道交通的某個(gè)站，為1號(hào)線與2號(hào)線的同臺(tái)島-島換乘站。本站設(shè)置10個(gè)出入口（含物業(yè)）、5個(gè)消防口、4組風(fēng)亭、一組冷卻塔。本站站后設(shè)2號(hào)線折返渡線，車站兩端相鄰區(qū)間均采用盾構(gòu)法施工，車站北端頭設(shè)盾構(gòu)吊出井，南端設(shè)盾構(gòu)始發(fā)井。本站為1、2號(hào)線雙島四線同臺(tái)平行換乘站，車站選用雙島12m站臺(tái)三層三柱四跨矩形結(jié)構(gòu)型式。車站總長(zhǎng)265m，車站有效站臺(tái)長(zhǎng)度120m，標(biāo)準(zhǔn)段結(jié)構(gòu)外包尺寸為44.7m（寬）（不含圍護(hù)結(jié)構(gòu)）×18.83m（高），頂板覆土厚度從北往南為2.5～2.2m。車站抗浮采用抗拔樁和壓頂梁的組合型式。車站基坑寬度為46.7m，深21.23～22.25m，采用連續(xù)墻+內(nèi)支撐支護(hù)方案。

2 設(shè)計(jì)原則

1）車站基坑安全等級(jí)為一級(jí)，基坑側(cè)壁重要性系數(shù)γ0=1.1；

2）地面最大沉降允許值≤0.15%，最大水平位移允許值≤0.25%H（H為基坑深度），且不得超過(guò)30mm。

3）圍護(hù)結(jié)構(gòu)鋼管內(nèi)支撐預(yù)加壓力值不宜大于支撐設(shè)計(jì)軸力值的40%～60%。

4）永久荷載

（1）結(jié)構(gòu)自重：鋼筋混凝土自重按25kN/m3。

（2）覆土重：按豎向全土重計(jì)，覆土容重按20kN/m3。

（3）側(cè)向水土壓力：施工階段按朗肯主動(dòng)土壓力進(jìn)行計(jì)算，對(duì)砂性土層采用水土分算，其余土層采用水土合算。計(jì)算中計(jì)及地面荷載和鄰近建筑物以及施工機(jī)械等引起的附加水平側(cè)壓力。

（4）水浮力：全水位。

5）可變荷載

（1）施工荷載：一般的施工荷載按5kPa計(jì)。

（2）地面超載：一般按20kN/m2考慮。

（3）建筑物引起的地面超載：每層按15kN/m2考慮。

6）淺埋結(jié)構(gòu)在地下水位以下，整體結(jié)構(gòu)還要考慮水浮力，進(jìn)行整體抗浮穩(wěn)定性驗(yàn)算。不考慮側(cè)壁摩阻力時(shí)，結(jié)構(gòu)抗浮安全系數(shù)不得小于1.05；計(jì)及側(cè)壁摩阻力時(shí)抗浮安全系數(shù)不得小于1.15。

7）圍護(hù)結(jié)構(gòu)是基坑開挖階段的支檔結(jié)構(gòu)，其內(nèi)力計(jì)算根據(jù)先開挖后支撐的實(shí)際情況，采用“增量法”原理模擬施工全過(guò)程。圍護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算采用《理正深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件F-SPW5.3》軟件進(jìn)行計(jì)算，矩形荷載模式。

3 圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法

3.1 支護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)

1）車站主體基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用連續(xù)墻+內(nèi)支撐的支護(hù)形式，連續(xù)墻厚度為 1000mm，連續(xù)墻采用C35、P10 水下混凝土。

2）內(nèi)支撐系統(tǒng)采用 4 道砼支撐+1 道換撐-鋼支撐：第 1、2 道支撐采用 800X800 砼支撐，第 3道支撐采用 1000×1000 砼支撐，第 4 道支撐采用 1000×1000 砼支撐，換撐采用Φ600（t=16mm）的鋼管支撐。

3）基坑橫向設(shè)三道臨時(shí)中立柱，中立柱采用兩根工63a型鋼雙拼焊接，連系梁采用工45c型鋼雙拼焊接。基礎(chǔ)采用Φ2000mm 鉆孔灌注樁（兼抗拔樁）。

3.2 車站基坑計(jì)算

1）基坑穩(wěn)定性分析

經(jīng)計(jì)算，基坑整體穩(wěn)定安全系數(shù) Ks = 1.827；

抗隆起驗(yàn)算：Ks =7.783 ≥1.1，滿足規(guī)范要求。

抗管涌驗(yàn)算：Ky= 2.275 ≥1.5，滿足規(guī)范要求。

2）嵌固深度確定

嵌固深度設(shè)計(jì)值 hd = 9.0m

由于基坑底為強(qiáng)透水的粉砂層，為保證基坑抗管涌和基坑穩(wěn)定，要求連續(xù)墻插入泥巖層不小于2.0米。

3）計(jì)算結(jié)果及分析

車站主體結(jié)構(gòu)基坑深度為22.63m，基坑安全等級(jí)為一級(jí)，重要性系數(shù)為1.1。基坑變形控制保護(hù)等級(jí)為一級(jí)。采用《理正深基坑支護(hù)F-SPW6.0》軟件進(jìn)行受力計(jì)算，計(jì)算簡(jiǎn)圖、結(jié)果見(jiàn)表。

4 主體結(jié)構(gòu)抗浮驗(yàn)算

本站車站結(jié)構(gòu)覆土按 2.2～2.5m 計(jì)。結(jié)構(gòu)的抗浮計(jì)算時(shí)地下水位按最不利水位計(jì)，取至地面。

本站當(dāng)結(jié)構(gòu)自重抗浮不能滿足抗浮需要時(shí)，首先考慮采用抗浮壓頂梁考慮措施，當(dāng)僅采用抗浮壓頂梁不能滿足抗浮要求時(shí)，考慮采用抗浮壓頂梁+抗拔樁結(jié)合進(jìn)行抗浮。壓頂梁尺寸為700*600mm。

4.1 主要計(jì)算參數(shù)

（a）車站上覆土土層厚度為：2.2～2.5m，重度取為覆土容重18kN/m3，浮重度取為8kN/m3，水的重度取為10kN/m3。

（b）混凝土重度取為25kN/m3。

（c）抗浮水位取至地面。

（d）取每延米進(jìn)行計(jì)算

（e）抗浮安全系數(shù)：不考慮側(cè)摩阻力時(shí) 1.05，考慮側(cè)摩阻力時(shí) 1.15，結(jié)構(gòu)自重及上覆土自重荷載組合系數(shù)取為 1.0。

4.2 標(biāo)準(zhǔn)段抗浮計(jì)算

1、抗浮驗(yàn)算