某城市地鐵車站圍護結構變形特性分析

陳 揚 周 帥

(1.深圳市交通公用設施建設中心，廣東 深圳 518040；2.中鐵西南科學研究院有限公司，四川 成都 610031)

0 引言

隨著我國經濟和基礎設施建設的快速發展,改善城市交通條件、建設城市軌道交通顯得日益重要。而城市軌道交通的建設必將涉及大量的深基坑工程,而這些深基坑工程往往又處于人口密度大、道路交通繁忙、地下管線密集的地區，控制基坑施工引起的變形是十分必要的。

本文通過對某城市地鐵1號線車站明挖基坑的施工過程和監測數據分析，對比了不同內支撐體系約束下圍護結構的變形情況，總結了不同支撐體系約束下圍護結構的變形規律。

1 工程概況

某城市地鐵1號線和平醫院站、烈士陵園站地處交通繁忙的城市主干道——中山西路上，其中和平醫院站位于白求恩國際和平醫院東北方位，是1號線與遠期5號線的換乘站；烈士陵園站位于華北軍區烈士陵園門前，是本期工程中三大關鍵節點之一，承擔著按時完成車站封頂、盾構區間貫通、全線線路鋪軌的重要任務。

和平醫院站地點里程為K6+268.160，終點里程為K6+499.260，站臺中心里程為K6+417.000。車站主體基坑總長232.7 m，其中標準段基坑長79.0 m和103.7 m，寬度分別為22.95 m和21.80 m，平均深度均為16.90 m。

烈士陵園站起點里程為K7+489.300，終點里程為K7+714.700，站臺中心里程為K7+573.000。車站主體基坑總長為225.6 m，其中標準段基坑長為165.36 m，寬度為19.8 m，軌排井段(含鋪蓋段)基坑長31.05 m，寬度為21.0 m，平均深度為16.49 m。

2 工程地質及支護結構形式

車站范圍主要分布地層為雜填土、素填土、黃土狀粉質粘土、黃土狀粉土、粉細砂、中粗砂、粉質粘土，底板以下為細中砂、中粗砂(含卵石)、卵石層。

其中和平醫院站底板位于粉質粘土層，典型剖面顯示底板向上地層分別為3.0 m厚粉質粘土層、0.7 m厚中粗砂層、5.5 m厚粉細砂層、6.8 m厚黃土狀粉質粘土、0.8 m厚雜填土。

烈士陵園站研究段底板位于粉質粘土層，典型剖面顯示底板向上地層分別為3.8 m厚粉質粘土層、1.2 m厚中粗砂層、2.7 m厚粉細砂層、5.2 m厚黃土狀粉質粘土及粉土層、1.5 m厚雜填土及素填土層。

兩座車站基坑圍護結構均采用鉆孔灌注樁+內支撐體系，標準段和盾構端頭井段鉆孔灌注樁采用φ800 mm@1 300 mm，烈士陵園站軌排井段采用φ1 000 mm@1 500 mm，樁間采用80 mm厚掛網噴射混凝土，樁頂設800×800 mm冠梁(局部φ1 000 mm樁冠梁采用1 000×800)。

基坑標準段內的支撐均采用三道φ609鋼管支撐+2Ⅰ45b組合鋼結構腰梁支護體系，其中烈士陵園站軌排井標準段采用4道預應力錨索+2Ⅰ28b組合鋼結構腰梁支護體系。后考慮和平醫院站基坑北側現有樓房未完成拆除工作，基坑第一道鋼支撐變更為混凝土支撐，標準段圍護樁加密(φ800 mm@1 200 mm)。

3 監測點位布置情況

為保證深基坑安全，施工過程中分別對周邊地表、管線、建構筑物、圍護樁體變形、支撐軸力等項目進行了監測，其中圍護樁體變形最能直接反映支護體系的受力變形情況，也是對支護體系有效性的最好證明。

樁體變形監測點按照規范及設計文件要求，布置在每邊中部、基坑陽角等關鍵部位，其點位分別見圖1,圖2。

在樁體變形監測對應斷面，為進行變形對照同時設置了支撐軸力、錨索拉力等監測項目。

4 監測結果及分析

圖3為和平醫院站西側基坑的圍護樁體變形點ZQT02位置的時程曲線圖。由圖3可知，當第一道采用混凝土支撐、第二、三道采用鋼支撐時，其圍護結構最大變形值為11.38 mm，位于地面以下13 m處；冠梁處最大變形值為0.80 mm，二者比值為14.23。

圖4為烈士陵園站軌排井范圍基坑的圍護樁體變形點ZQT16位置的時程曲線圖。由圖4可知，當采用四道錨索支撐時，其圍護結構最大變形值為6.80 mm，位于地面以下7 m處；冠梁處最大變形值為4.84 mm，二者比值為1.41。

圖5為烈士陵園站軌排井與標準段交界處基坑的圍護樁體變形點ZQT15位置的時程曲線圖。由圖5可知，當采用鋼支撐+四道錨索支撐時，其圍護結構最大變形值為9.55 mm，位于地面以下9 m處；冠梁處最大變形值為2.25 mm，二者比值為4.24。

圖6為烈士陵園站軌排井小里程方向標準段基坑的圍護樁體變形點ZQT18位置的時程曲線圖。由圖6可知，當采用三道鋼支撐時，其圍護結構最大變形值為8.40 mm，位于地面以下9.5 m處；冠梁處最大變形值為4.37 mm，二者為1.92。

圖7為烈士陵園站軌排井大里程方向標準段基坑的圍護樁體變形點ZQT08位置的時程曲線圖。由圖7可知，當采用三道鋼支撐時，其圍護結構最大變形值為14.32 mm，位于地面以下9.5 m處；冠梁處最大變形值為7.77 mm，二者比值為1.97。

在進行樁體變形監測的同時，對支撐軸力、錨索應力等項目同時進行了監測。監測結果顯示，支撐軸力及錨索拉力在預加時實測數據普遍比設計軸力偏小，其中鋼支撐實測預加力約為設計值的30%，錨索實測鎖定值約為設計值的65%。且鋼支撐軸力監測周期內隨溫度變化波動較大，而錨索應力較穩定。

5 結論與討論

通過對某城市地鐵1號線和平醫院站、烈士陵園站圍護結構在不同支撐體系下的變形研究和監測分析，可以得出以下結論：

1)第一道采用混凝土支撐時，其強大的支撐剛度能有效控制圍護結構頂部變形。

2)采用錨索做支撐體系時，有利于控制圍護結構最大變形量，且能較好地控制基坑開挖過程中超挖、支撐架設滯后等情況，但不能有效控制圍護結構頂部變形。

3)采用鋼支撐做內支撐體系時，其對圍護結構頂部變形的控制作用較好，但最大變形量與支撐架設的及時性密切相關，隨支撐架設及時性的增大而減小，且發生位置在第二道、第三道鋼支撐之間逐漸上移。

4)采用不同支護形式做內支撐時，圍護結構最大變形與頂部變形的比值隨支撐剛度尤其是第一道支撐剛度的增大而增大，其中采用錨索支撐時該比值約為1.2～2.5，采用鋼支撐時該比值約為1.7～3.2，采用混凝土支撐時該比值約2.8～16。