某地鐵基坑換撐的優化計算分析

姜 志 毅

(中鐵第一勘察設計院集團有限公司，陜西 西安 710043)

0 引言

由于地鐵車站基坑可能面對軟土等不良工程地質、地鐵車站結構的板間間距較大等問題，為保證基坑的受力及變形要求，局部位置支撐不宜直接拆撐，需要利用換撐來替代對應支撐的受力。但是常規的換撐方法通常存在工程量大、操作難度大、模板支立及拆除吊裝困難等問題，因此本文結合實際工程對地鐵深基坑的換撐優化進行探討。

1 工程概況

某地鐵基坑工程基坑巖土物理力學性質指標如表1所示。

表1 基坑巖土物理力學參數表

本基坑深約17.08 m，采用800 mm厚地下連續墻，基坑支護采用一道混凝土支撐(第1道混凝土支撐尺寸900×800)+三道鋼支撐(第2道鋼支撐為φ609，t=16，第3道、4道鋼支撐為φ800，t=16)+一道換撐(第3道鋼支撐換撐為φ609，t=16)。支撐布置及樓板剖面示意如圖1所示。基坑采用明挖順作法施工，主要施工步驟為：依次開挖并施作第1道～第4道支撐；澆筑底板并當其達到設計強度后拆除第4道鋼支撐；澆筑側墻至第3道支撐下方，當側墻達到設計強度后，架設換撐；然后依次拆除第3道～第1道支撐并依次施作中板、側墻及頂板。

2 換撐優化分析

若去掉第3道支撐換撐，由計算可知，支護結構變形及內力最大值發生第3道鋼支撐拆除工況條件下，此時底板中心與第2道鋼支撐中心間的距離為10.3 m，跨度較大對支護結構的受力及變形均為不利。因此需盡可能降低第2道支撐標高。

下壓第2道支撐標高時，第2道支撐中心與第1道支撐中心間距拉大。計算過程中可能出現第1道支撐架設后且第2道支撐架設前的開挖工況基坑一次開挖深度過大，支護結構內力及基坑變形急劇增加而成為整個基坑開挖過程的控制工況。因此在下壓第2道支撐的同時在有條件的情況下需同時下壓第1道支撐保證基坑的受力合理。

第2道支撐下壓的同時，也需滿足各道支撐的間距、最下一道支撐與基坑底的間距合理，因此需調整第3，4道支撐的標高。各道支撐標高經優化調整后的布置如圖2所示。

3 換撐優化計算

采用同濟啟明星軟件對優化前與優化后的基坑支擋結構進行對比計算分析，對比計算結果如圖3，圖4所示。

對比計算結果可知：通過優化支撐布置，取消換撐后的基坑變形與未取消換撐的基坑變形基本一致，均能滿足規范要求；地連墻內力值變化幅度不大，經過配筋優化調整可滿足承載力要求；第1道、3道、4道支撐軸力值變化幅度不大，原支撐形式經計算后均能滿足承載能力要求；由于在第3道支撐拆撐且中板未澆筑工況下，第2道支撐與底板間距增大，因此第2道支撐軸力偏大顯著，應將原φ609，t=16鋼支撐調整成φ800，t=16鋼支撐或采用混凝土支撐。

4 結語

本文結合某地鐵車站工程實例，對換撐優化進行了計算分析。取消換撐后，通過采取下壓第2道支撐標高以減小拆撐工況下第2道支撐與底板間距及調整其他道支撐標高，增加第2道支撐強度，對地連墻進行配筋調整等措施，基坑的變形內力能滿足要求。這說明優化換撐在一定條件下是可行的。該地鐵車站位于交叉路口，第1道支撐同時也作為臨時路面系統的一部分，下壓標高方案難以成立，但是對于其他具備下壓條件的相似工程而言具有一定的參考意義。