哈爾濱地鐵文化宮站車站基坑支護方案優化設計

程東輝 王 博

(東北林業大學土木工程學院，黑龍江 哈爾濱 150040)

哈爾濱地鐵文化宮站車站基坑支護方案優化設計

程東輝 王 博

(東北林業大學土木工程學院，黑龍江 哈爾濱 150040)

為了使地鐵深基坑工程更加安全、經濟、合理，應用啟明星軟件進行計算分析，對哈爾濱地鐵文化宮站的基坑支護工程進行優化設計，結果表明優化后的新方案在圍護結構受力變形上更加合理且造價更低，對相似地質條件的深基坑支護具有借鑒意義。

地鐵車站,基坑,支護,優化設計

0 引言

伴隨著城市的建設、地下空間的發展，地鐵工程在世界各大中城市得到了充分的開發利用。而地鐵工程中深基坑支護結構又是一項復雜的系統工程，基坑支護結構具有臨時性的特點，同時兼顧安全系數和經濟效益最大化成為了深基坑支護設計的一大難點。如何使深基坑工程做到安全、經濟、合理，是一個亟待解決的問題，因此，合理的進行基坑支護方案優化設計就顯得尤為重要[1]。

1 工程概況

本文所述的地鐵文化宮站位于哈爾濱市中山路工人文化宮附近，沿中山路布置，呈西北～東南走向，橫跨革新街和巴陵街。該站地處哈爾濱市市區中心繁華地區，市域交通南北干道上，用地緊張，交通量大。文化宮站為地下2層標準島式車站。車站內包尺寸長224.2 m，寬18.3 m(盾構加寬處寬22.1 m)，站臺寬度為11.0 m，地下1層設置為站廳層，地下2層則為站臺層。底板埋深約為16.985 m，頂板覆土厚約為3.125 m。

根據初步勘察，工程沿線地層主要由第四紀地層所覆蓋，缺失第三紀地層，場內地層自上而下依次為：雜填土層；沖積層：由粉質粘土、中砂和粗砂組成；殘積層：粉質粘土等。根據本線路所處地貌單元勘探揭示的地層結構，勘探深度內場地地下水可分為上層滯水、孔隙潛水、孔隙承壓水。場地地質條件和計算參數建議值見表1。

2 基坑設計方案優化

2.1 支護結構設計原則

在進行支護結構設計時，通常有以下幾個原則：1)支護結構的設計必須滿足強度、穩定性、變形要求，必須保證地下管道以及周圍環境的安全；2)在確保支護結構安全指標的基礎上，如何選擇可靠的支護結構是重中之重，我們應該從施工場地、施工環境、

施工設備以及環境保護等方面進行全方位的考慮，確定支護方案；3)影響支護造價的因素很多，但是起決定性作用的是基坑支護方案的選擇。在進行預算時除了應考慮支護方案的造價外還應考慮到施工費、監測費等，以求達到經濟合理的目的；4)根據具體工程的需求，保證各指標下最大限度地縮短工期。基坑工程施工工期占整個工程的很小一部分，但是必須保證在安全可靠的原則下才能縮短工期[2]。

表1 場地地質條件和計算參數建議值

2.2 原基坑支護設計方案

本工程基坑安全等級定為一級，即要求地面最大沉降量不大于0.1%H，圍護結構最大水平位移不大于0.14%H(H為基坑開挖深度)。結構自重，水土側壓力及地面超載是施工期間圍護墻承受的主要荷載。結構自重按建筑結構荷載規范采用；水土側壓力按黑龍江省DB 23/902—2005建筑地基基礎設計規范規定取值。圍護結構內力計算沿結構縱向取單位長度按豎向彈性地基梁計算，按基坑開挖、澆筑頂板、開挖、支撐、樓板依次澆筑、拆撐、澆筑側墻的施工過程和完成后的使用階段等工況進行內力計算。

圍護結構開挖階段計算時必須計入結構的先期位移值以及支撐的變形，按“先變形，后支撐”的原則進行結構分析。計算參數選取如下:土加權天然重度γ取19.5 kN/m3;土彈簧—考慮“時空效應”的經固化后的土彈簧剛度;地面超載取20 kN/m2;側向荷載，施工階段粘性土按水土合算，砂性土按水土分算，采用朗金土壓力公式計算，C，φ取固結快剪推薦值。

基坑原設計方案為明挖順筑法施工,圍護結構為φ1 000@1 200鉆孔灌注樁，φ900@600旋噴樁止水帷幕，豎向采用3道鋼支撐(φ609，t=16)體系。原設計方案中因施工時樁間縫隙較大，雖設置止水帷幕，但仍易造成基坑外側水土帶入坑內，且坑外大量抽水使得地表沉降較大，造成周圍路面、土體、建筑物以及地下管線的沉降位移較大。

2.3 新基坑支護設計方案

考慮上述的影響，擬采用新的設計方案：600厚地下連續墻,豎向采用第一道混凝土支撐，二，三道鋼支撐(φ609，t=16)體系。采用地連墻的新設計方案施工機械化更高，相比于鉆孔灌注樁施工時速度更快、精度更高、振動較小、噪聲微小，適用于城市中更為密集的建筑群以及夜間施工，結構強度可靠，承壓力大，兼具防滲、截水、承重以及擋土的功能，能應用于更為廣泛的地質條件，并且無需放坡，開挖回填的土方量小，澆筑混凝土時無需支模養護，可低溫施工，成本更為低廉，施工時間更為精簡，施工安全度更為可靠，不會因引起水位的降低而造成周圍地基的沉降，進而能夠保證施工質量。另一方面，把第一道內支撐由鋼支撐換為混凝土支撐，可以增大施工時的操作空間，進而縮短工期，增大節點的抗拉能力，增加其整體性，減少安全事故[3，4]。

2.4 新舊方案計算結果對比

以本車站標準斷面計算結果為例,應用啟明星軟件進行計算,計算模擬了施工過程，考慮了先開挖后支撐時結構已變形的實際情況。優化設計前后兩種方案的對比計算結果如圖1,圖2所示。

從計算結果來看，原設計方案的三道豎向鋼支撐軸力分別為：612.1 kN，2 376.9 kN，1 844.2 kN；新設計方案的第一道混凝土支撐和第二、三道鋼支撐軸力分別為：151.2 kN，1 605 kN，1 977.6 kN。內支撐所受軸力均小于原設計方案且支撐穩定性滿足規范要求，最大位移、彎矩、剪力均滿足規范要求，且較原方案更為合理。此外，新基坑支護設計方案所需花費總價約為14 586.51萬元,較原設計方案總價16 457.15萬元大約節省20%～25%。

3 結語

本文通過對哈爾濱地鐵文化宮站基坑支護方案的優化和比較，對基坑開挖以及支護過程進行計算分析，主要考察圍護結構及支撐結構的內力以及變形，不僅能滿足基坑支護安全系數，保證施工安全、方便，并且具有明顯的經濟效益和社會效益。對其他相似地質條件的深基坑支護具有借鑒意義。

[1] 王 垚,馮 超.地鐵車站深基坑圍護樁優化及其數值分析[J].中國安全生產科學技術,2013(10)：54-58.

[2] 白洪潮.深基坑支護技術方案的選擇及其優化設計[D].荊州：長江大學,2012.

[3] 孫 勇.基于價值工程的某深基坑支護方案優選研究[D].廣州：華南理工大學,2012.

[4] 朱川鄂.天津地鐵基坑支護結構研究[D].成都：西南交通大學,2005.

Optimal design of Harbin subway culture palace station foundation support scheme

Cheng Donghui Wang Bo

(CollegeofCivilEngineering,NortheastUniversityofForestry,Harbin150040,China)

In order to make deep subway foundation safer, more economic and rational, the paper applies Qimingxing software for computation analysis, and carries out optimal design for Harbin subway culture palace station foundation support engineering. Results show that: the optimized scheme realizes more rational and lower cost in the aspect of enclosure structure stress deformation, which has certain guiding meaning for deep foundation support under similar geological conditions.

subway station, foundation, support, optimal design

2015-08-25

程東輝(1971- )，男，教授； 王 博(1992- )，女，在讀碩士

1009-6825(2015)31-0052-02

TU463

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