地鐵車站基坑開挖穩(wěn)定性研究

摘 要：地鐵車站基坑開挖過程中易出現(xiàn)失穩(wěn)的情況，針對(duì)某車站具體情況，通過對(duì)地質(zhì)情況分析和力學(xué)計(jì)算，分析了其開挖過程對(duì)已有結(jié)構(gòu)的影響分析，采取了有效措施，預(yù)防了兩者失穩(wěn)現(xiàn)象的發(fā)生，采用相關(guān)技術(shù)手段針對(duì)施工中易出現(xiàn)的問題，采取了有效措施，通過實(shí)際證明了所采取的技術(shù)手段的有效性。

關(guān)鍵詞：地鐵車站 基坑 穩(wěn)定性

中圖分類號(hào)：U231文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1674-098X（2013）04（b）-0015-01

1 工程概況

本段范圍上覆第四系全新統(tǒng)人工填筑土，其下分別為第四系上更新統(tǒng)冰水-流水沉積的粘性土及卵石土，局部夾砂層，下伏上白堊統(tǒng)灌口組泥巖。

2 結(jié)構(gòu)模型

采用荷載-結(jié)構(gòu)模型，模擬老街站三號(hào)線車站采用蓋挖法施工時(shí)，對(duì)建成的一號(hào)線的結(jié)構(gòu)的影響。車站結(jié)構(gòu)（圍護(hù)、主體、柱等）采用彈性梁單元模擬，圍護(hù)樁與側(cè)墻采用剛性藕合連接（疊合結(jié)構(gòu)），地層對(duì)結(jié)構(gòu)作用用彈簧模擬。開挖過程中側(cè)土壓力對(duì)圍護(hù)樁作用采用朗肯主動(dòng)壓力（水土分算），按“荷載增量法”對(duì)整個(gè)施工開挖過程進(jìn)行模擬計(jì)算分析。施工工序?yàn)椋旱谝徊介_挖，施作頂板結(jié)構(gòu)；第二步開挖，施作一層中板；第三步開挖，施作二層中板；第四步開挖，施作底板。計(jì)算模型如下圖1。

三號(hào)線開挖對(duì)一號(hào)線是有較大影響的，開挖前后，一號(hào)線中二板最大增幅為36%，底板最大增幅為10%，頂板最大增幅為9%，圍護(hù)樁（即側(cè)墻）和中一板影響較?。ㄓ兴鶞p小）。

開挖第一至三步時(shí)，一號(hào)線結(jié)構(gòu)內(nèi)力變化較大，而第四步開挖時(shí)，一號(hào)線結(jié)構(gòu)內(nèi)力有所改善，主要是由于開挖過程造成一號(hào)線受偏載作用，而開挖完成后，荷載為對(duì)稱荷載。

最大水平變形為20.4 mm，變形滿足要求。三號(hào)線開挖對(duì)一號(hào)線是有影響的，但大部分結(jié)構(gòu)受影響較小，因此，只要控制一號(hào)線結(jié)構(gòu)的偏載作用（如控制開挖縱向尺寸，及時(shí)澆注結(jié)構(gòu)板等），該方案有一定的可行性。

3 主體結(jié)構(gòu)尺寸

基坑采用放坡開挖時(shí)，邊坡坡度（高寬比）在粘性土層采用1∶1，在卵石土層采用1∶0.75，邊坡表面噴射5 cm厚的C20混凝土。

土釘墻結(jié)構(gòu)型式：土釘水平和豎向間距為2.0 m，土釘采用直徑φ40鋼花管或采用直徑φ32鋼筋，土釘長度2.0～6.0 m，噴射面層采用150 mm厚的網(wǎng)噴鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，混凝土強(qiáng)度采用C20，鋼筋網(wǎng)采用單層、直徑為φ6間距為200 mm的鋼筋；土釘墻的邊坡（高寬比）采用1∶0.2。

無論采用放坡開挖還是采用土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)，均須進(jìn)行基坑外管井降水。管井直徑采用φ300 mm，深度不小于15 m，沿基坑兩側(cè)錯(cuò)開布置，單側(cè)管井的距離為30 m。

車站頂板厚度為600 mm，側(cè)墻厚度為600 mm，底板厚度為700 mm，中柱采用700×700 mm矩形截面柱，底板下的抗拔樁采用φ1200 mm人工挖孔樁，樁深8 m。

主體框架結(jié)構(gòu)按作用在彈性地基上的等代閉合框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算，其地層的作用以一系列彈簧模擬，計(jì)算采用SAP84有限元通用結(jié)構(gòu)計(jì)分析程序，結(jié)構(gòu)計(jì)算按永久荷載、可變荷載、施工荷載和偶然荷載的各種組合工況進(jìn)行。根據(jù)本站工程地質(zhì)和水文地質(zhì)的特點(diǎn)，考慮施工完成初期階段、近期使用階段和遠(yuǎn)期使用階段水浮力分別按0%、50%、100%進(jìn)行計(jì)算分析比較；荷載按結(jié)構(gòu)最不利受力情況進(jìn)行組合。車站結(jié)彎矩圖如圖2所示。

計(jì)算分析表明，由于結(jié)構(gòu)周邊土體的約束作用，地震力對(duì)地下結(jié)構(gòu)的影響較小，由于構(gòu)件計(jì)算中，地震組合工況僅進(jìn)行強(qiáng)度檢算，而地鐵車站在其他工況計(jì)算時(shí)，其多數(shù)構(gòu)件計(jì)算主要由裂縫檢算來控制。因此，地震作用工況對(duì)構(gòu)件設(shè)計(jì)為非控制工況，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)僅需按抗震構(gòu)造要求進(jìn)行處理，車站對(duì)房屋基礎(chǔ)地震影響與原場(chǎng)地相同。計(jì)算結(jié)果還表明，在有人防荷載作用的工況，計(jì)算結(jié)果不控制結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計(jì)。

4 施工步驟

施工期間南都西路進(jìn)行封閉，車站采用明挖順筑法施工。主要施工步驟如下。

（1）施工場(chǎng)地圍擋，施工降水井。

（2）進(jìn)行基坑開挖，施工降水隨開挖深度逐級(jí)超前降水，噴射混凝土護(hù)坡；同時(shí)基坑逐層開挖，并逐層施工土釘墻。

（3）施工底板抗拔樁、接地網(wǎng)、墊層及底板防水層。

（4）順序施工車站底板、側(cè)墻及側(cè)墻防水層。

（5）施工車站頂板及防水層、覆土、同時(shí)敷設(shè)管線。

（6）施工道路、路面及綠化。

（7）施工車站附屬結(jié)構(gòu)；方案一附屬結(jié)構(gòu)可與主體結(jié)構(gòu)同步施工，方案二附屬結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)分別施工。

5 結(jié)語

通過計(jì)算分析，采用該方案能有效地控制結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)，并給出了具體的主體結(jié)構(gòu)尺寸和施工步驟，對(duì)于類似工程的施工有一定的指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)

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