柳條湖地下車站基坑支護設計與施工

喬鵬洋

（東北石油大學，黑龍江 大慶163318）

1 引言

地下室結構部分在基坑開挖施工環節，為了保證該部分工程達到安全性與穩定性的要求，避免存在坍塌、滑移等缺陷，要結合工程的具體狀況做好基坑支護施工，嚴格執行設計方案，從而保證項目施工達到技術標準的要求。

2 工程概況及地質條件

柳條湖站為十號線與遠期八號線的換乘車站，位于南北向柳條湖街與東西向崇山東路交口西南角，高架橋南側，玉環花苑門前停車場內，崇山東路面下，車站主體基本為東西走向。崇山東路為北一環路，道路紅線寬60m，雙向10 車道，道路兩側人行道較寬，柳條湖街道路紅線寬35m，雙向6 車道，兩側的人行道較窄；兩條道路均已實現規劃，東西和南北向道路交通流量都比較大[1]。

B 出入口位于車站西北象限，“L”型設置，出入口部位于柳條湖賓館南側，B 出入口與車站銜接里程為右K11+925.613，通道全長91.62m，其中，暗挖段長70.37m，明挖段長21.25m，出入口暗挖段預留接口。其中，與主體相接段橫通道下穿崇山東路路面，結構外皮距橋樁最小距離為8m 左右，采用礦山法施工，最大開挖寬度8.9m，最大開挖高度8.3m，拱頂覆土厚3.5m；B 出入口距于洪區紅十字醫院和柳條湖賓館最小距離為6.8m；出入口下穿多條市政管線，部分距離隧道拱頂較近；周邊建筑物密集[2]。

根據堪察報告場地地基土主要由第四系全新統和更新統黏性土、砂類土及碎石類土組成，各層主要物理力學參數推薦值表見表1。

本站位于沖洪積扇中部，沉積的地層顆粒粗，分布連續，局部地段上覆黏性土層。本站范圍內的地下水賦存于圓礫、礫砂等土層中，按埋藏條件劃分，屬第四系孔隙潛水。勘察期間地下水穩定水位埋深為9.8～10.5m，標高37.45～37.88m，含水層厚度約21.1m。

表1 各層主要物理力學參數推薦值表

3 基坑支護設計

3.1 B 出入口圍護結構工程概況

出入口明挖段的圍護結構采用鉆孔灌注樁加樁間采用錨噴支護及土釘墻支護型式，基坑保護等級為一級，圍護結構為鉆孔灌注樁+內支撐[3]。標準段鉆孔灌注樁采用φ600mm 鋼筋混凝土樁，間距1 000mm，鉆孔樁嵌固深度為4.65m；基坑豎向共設3 道支撐，3 道支撐均采用Q235φ609mm，t=16mm 鋼管支撐，水平間距2m，各道支撐豎向間距分別為1.9m、3.5m、1.5m；第一道支撐端部設600mm×800mm 混凝土冠梁，其他各道鋼管支撐端部設鋼腰梁，腰梁采用2 根Ⅰ45C 加綴板組合而成；剖面基坑深度為11m（見圖1）。

圖1 基坑剖面圖（單位：m）

3.2 主要結構計算及設計

3.2.1 主體結構主要尺寸擬定

出入口明挖段的圍護結構采用鉆孔灌注樁+內支撐支護及土釘墻支護型式，基坑保護等級為一級，圍護結構具體設計參數見表2。

3.2.2 計算結果及分析

圍護結構受力計算模擬開挖及回筑施工過程，按“增量法”原理，分階段采用“北京理正基坑計算軟件”進行結構模擬計算，標準段第一道支撐設計軸力588.12kN，第二道支撐設計軸力1 493.58kN，第三道支撐設計軸力927.42kN。

表2 圍護結構設計參數

經計算分析，標準段最不利工況發生在拆除第三道支撐以后；此時樁最大彎矩184.06kN·m，圍護結構最大水平位移值為9.55㎜，小于0.15H%（H為基坑深度），且小于30mm；最大地表沉降值為13mm，小于0.15%H，均滿足總體組下發《沈陽地鐵十號線工程施工設計技術要求》。為減少樁體在基坑開挖過程中的位移和減少支撐軸力，標準段第一、二道橫撐分別施加預應力300kN、750kN。斜撐時，預加軸力應除以系數sinα（α為斜撐與基坑邊的夾角）[4]。

暗挖段CRD 法施工結構斷面參數見表3。

3.3 結構設計

3.3.1 考慮因素

結構設計考慮地質條件、埋設深度、荷載、結構形式、施工工序等因素，按照信息化進行結構設計，工程類比法確定結構參數，并進行施工階段的承載計算分析。

3.3.2 計算荷載及計算參數

1）結構設計所考慮的計算荷載主要有3 種：恒載、活載和偶然荷載。恒載：結構自重、圍巖壓力、設備重量等；活載：地面汽車荷載、施工荷載（作用于結構底板）；偶然荷載：7 度地震作用，6 級人防荷載。

表3 暗挖段CRD 法施工結構斷面參數表

2）主要計算參數：地層的物理力學指標依據工程地質勘察報告取值。地面活荷載20kPa；結構材料的物理力學指標根據規范選用[5]。

3.3.3 計算模型及方法

復合式襯砌的初期支護應按主要承載結構設計，并能夠承受施工期間的所有荷載，其參數可采用工程類比法確定，施工中通過監控量測進行修正。淺埋、大跨度、圍巖或環境條件復雜、形式特殊的結構，應通過理論計算進行檢算。二次襯砌承擔使用階段的全部荷載，并能有效控制地層變形。

計算模式采用荷載-結構模式。結構應按施工階段和正常使用階段進行結構強度計算，必要時還應進行剛度和穩定性計算。結構計算模式應符合結構的實際工作條件、反映結構與地層的相互作用。施工階段采用朗肯主動土壓力計算，使用階段采用靜止土壓力計算；使用階段按底板支撐在彈性地基上的平面封閉框架進行結構內力分析；使用階段的車站結構應對永久荷載、可變荷載及偶然荷載（地震荷載、人防荷載）進行組合計算。

結構設計時根據所采用的結構類型與施工方法，按GB 50157—2013《地鐵設計規范》中有關荷載規定，對結構整體或構件采用規定荷載進行計算。在決定荷載的數值時，考慮施工和使用過程中發生的變化。

4 基坑支護施工

4.1 施工方法

從技術、經濟、工程地質、水文地質和施工條件、施工工期以及施工過程中對附近居民工作和生活的影響、國家和當地政府對工程施工的有關規定和限制以及對環境保護的要求、施工對地面交通的干擾影響、對地下管線正常使用的影響、對附近大型建筑物的安全與穩定的影響等各項要求考慮。

B 出入口部分需垂直下穿崇山東路及東一環高架橋，斷路施工對交通影響過大，故采用礦山法施工（CRD），過路之后可在出地面爬坡段采用明挖法施工，即所謂明暗挖結合的方法施工[6]。

4.2 主要施工步驟

4.2.1 明挖段施工步序

（1）基坑外降水；（2）施做基坑圍護結構；（3）由上向下邊開挖土層邊架設支撐至基底標高；（4）自下而上施作結構；（5）回填土方。

4.2.2 暗挖段施工步序

設計采用短臺階法和CRD 工法開挖，施工中可根據開挖中的實際工程地質及水文地質情況確定施工方法。初期支護完成后，施作二次襯砌。施工中應嚴格遵照“管超前，嚴注漿，短開挖，強支護，勤量測，早封閉”的原則進行施工和管理，確保施工安全[7]。

5 結語

按照本文所描述的設計方案進行地下室基坑支護項目的施工，在施工過程中進行全面的質量檢查，發現全部符合設計方案與技術標準，沒有存在坍塌、滑移等問題，整個項目的質量全部合格，可以保證建筑工程的安全性和穩定性。