地鐵車站圍護結構設計的方法探討

摘要：本文結合實際案例，針對大型地鐵車站基坑圍護結構設計的方法進行闡述，其中連續墻設計、支撐設計和抗浮設計為主要設計內容，以實際數據為依托，說明了基坑設計的必要性和基坑安全的重要性，望同行之間指導交流，促進大型地鐵基坑圍護結構設計的進一步發展。

關鍵詞：地鐵車站；圍護結構設計；基坑；支撐；抗浮

1 工程概況

本站是某市軌道交通的某個站，為1號線與2號線的同臺島-島換乘站。本站設置10個出入口（含物業）、5個消防口、4組風亭、一組冷卻塔。本站站后設2號線折返渡線，車站兩端相鄰區間均采用盾構法施工，車站北端頭設盾構吊出井，南端設盾構始發井。本站為1、2號線雙島四線同臺平行換乘站，車站選用雙島12m站臺三層三柱四跨矩形結構型式。車站總長265m，車站有效站臺長度120m，標準段結構外包尺寸為44.7m（寬）（不含圍護結構）×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，采用連續墻+內支撐支護方案。

2 設計原則

1）車站基坑安全等級為一級，基坑側壁重要性系數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30mm。

3）圍護結構鋼管內支撐預加壓力值不宜大于支撐設計軸力值的40%～60%。

4）永久荷載

（1）結構自重：鋼筋混凝土自重按25kN/m3。

（2）覆土重：按豎向全土重計，覆土容重按20kN/m3。

（3）側向水土壓力：施工階段按朗肯主動土壓力進行計算，對砂性土層采用水土分算，其余土層采用水土合算。計算中計及地面荷載和鄰近建筑物以及施工機械等引起的附加水平側壓力。

（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。

（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）淺埋結構在地下水位以下，整體結構還要考慮水浮力，進行整體抗浮穩定性驗算。不考慮側壁摩阻力時，結構抗浮安全系數不得小于1.05；計及側壁摩阻力時抗浮安全系數不得小于1.15。

7）圍護結構是基坑開挖階段的支檔結構，其內力計算根據先開挖后支撐的實際情況，采用“增量法”原理模擬施工全過程。圍護結構計算采用《理正深基坑支護結構設計軟件F-SPW5.3》軟件進行計算，矩形荷載模式。

3 圍護結構設計方法

3.1 支護結構參數

1）車站主體基坑圍護結構采用連續墻+內支撐的支護形式，連續墻厚度為 1000mm，連續墻采用C35、P10 水下混凝土。

2）內支撐系統采用 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）基坑橫向設三道臨時中立柱，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。基礎采用Φ2000mm 鉆孔灌注樁（兼抗拔樁）。

3.2 車站基坑計算

1）基坑穩定性分析

經計算，基坑整體穩定安全系數 Ks = 1.827；

抗隆起驗算：Ks =7.783 ≥1.1，滿足規范要求。

抗管涌驗算：Ky= 2.275 ≥1.5，滿足規范要求。

2）嵌固深度確定

嵌固深度設計值 hd = 9.0m

由于基坑底為強透水的粉砂層，為保證基坑抗管涌和基坑穩定，要求連續墻插入泥巖層不小于2.0米。

3）計算結果及分析

車站主體結構基坑深度為22.63m，基坑安全等級為一級，重要性系數為1.1。基坑變形控制保護等級為一級。采用《理正深基坑支護F-SPW6.0》軟件進行受力計算，計算簡圖、結果見表。

4 主體結構抗浮驗算

本站車站結構覆土按 2.2～2.5m 計。結構的抗浮計算時地下水位按最不利水位計，取至地面。

本站當結構自重抗浮不能滿足抗浮需要時，首先考慮采用抗浮壓頂梁考慮措施，當僅采用抗浮壓頂梁不能滿足抗浮要求時，考慮采用抗浮壓頂梁+抗拔樁結合進行抗浮。壓頂梁尺寸為700*600mm。

4.1 主要計算參數

（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）取每延米進行計算

（e）抗浮安全系數：不考慮側摩阻力時 1.05，考慮側摩阻力時 1.15，結構自重及上覆土自重荷載組合系數取為 1.0。

4.2 標準段抗浮計算

1、抗浮驗算