城市地鐵車站基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形施工控制技術(shù)

王德林

摘要：在城市建筑密集區(qū)域進(jìn)行深基坑施工時，其圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形對周圍建筑物的安全性能影響十分重大。為此，提出一種城市地鐵車站基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形施工控制技術(shù)。首先，對基坑周圍的四個陽角進(jìn)行加固，從根本上增強(qiáng)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和承載能力。其次，采用倒角加固的形式，通過增加支撐剛度進(jìn)一步控制基坑變形。最后，通過支撐換撐的方式確?？拥乐苓呁馏w穩(wěn)定。根據(jù)工程概況，確定施工工藝流程，對基坑維護(hù)周圍樁頂?shù)乃轿灰七M(jìn)行監(jiān)測。試驗(yàn)結(jié)果證明，基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形結(jié)構(gòu)安全性滿足要求，能夠提高施工過程的安全性和穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：基坑圍護(hù)；基坑圍護(hù)變形；施工方法；變形控制

0? ?引言

近年來，在地鐵車站施工過程中，如何有效控制基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形成為了一個亟待解決的難題[1]。陽角加固作為一種有效的基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形控制技術(shù)，通過在陽角位置增加支護(hù)結(jié)構(gòu)，改善圍護(hù)結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，提高其穩(wěn)定性[2]。

設(shè)置內(nèi)支撐和外拉錨等，能夠顯著增強(qiáng)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，防止因支撐剛度不足而引起的變形。特殊換撐措施包括柔性支撐和智能支撐等，是近年來發(fā)展起來的新型支撐技術(shù)[3]。柔性支撐通過采用高彈性模量的材料，提高支撐的適應(yīng)性；智能支撐則通過實(shí)時監(jiān)測基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形情況，實(shí)現(xiàn)動態(tài)調(diào)整支撐力的目的。這些特殊換撐措施的應(yīng)用，不僅能提高基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，還能有效降低施工成本。

為了確?；訃o(hù)結(jié)構(gòu)變形結(jié)構(gòu)安全性滿足要求，本文以佛山地鐵三號線的興業(yè)路站為依托，根據(jù)工程概況，確定施工工藝流程，之后對基坑維護(hù)周圍樁頂?shù)乃轿灰七M(jìn)行監(jiān)測。

1? ?工程概況

佛山地鐵三號線的興業(yè)路站為地下主體兩層11m島式車站，局部3層，全長193.1m，標(biāo)準(zhǔn)段寬為19.9m，車站基坑開挖深度為20.40～22.98m?；又苓呌绊懟拥墓芫€主要有φ1800、φ2000供水管、φ200煤氣管、220kV高壓電纜、φ800雨水管。該工程位于城市中心地帶，周邊建筑密集，車流量大，地形復(fù)雜。車站主體結(jié)構(gòu)為地下二層，局部三層基坑深度約20m，形狀為矩形?；又苓叚h(huán)境復(fù)雜，包括高層建筑、地下管線及市政道路等。本文從陽角加固、增加支撐剛度和特殊換撐措施三個方面，詳細(xì)探討了城市地鐵車站基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形的施工控制技術(shù)[4]。

2? ?基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形施工控制方法

2.1? ?陽角加固

2.1.1? ?圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形機(jī)理

基坑開挖過程中，會顯示出明顯的空間效應(yīng)。具體而言，當(dāng)進(jìn)行長方形基坑開挖時，4個角部的圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形量相較于沿長邊方向中間位置的圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形量要小得多。這種差異的產(chǎn)生主要源于角部的土體約束大于長邊中部土體，導(dǎo)致中部位置的圍護(hù)結(jié)構(gòu)承受更大的力，從而更容易發(fā)生變形。

2.1.2? ?陽角加固方法

通常在基坑的四個角落或者陽角處[5]，確定需要加固的陽角位置，增加支撐截面面積，或采用高強(qiáng)度材料制作支撐，從而提高支撐的承載能力。在支撐與圍護(hù)結(jié)構(gòu)之間設(shè)置節(jié)點(diǎn)板或加強(qiáng)板，以增強(qiáng)支撐與圍護(hù)結(jié)構(gòu)之間的連接，防止節(jié)點(diǎn)破壞。在支撐體系中增加斜撐或?qū)?，以提高支撐體系的整體穩(wěn)定性。為了防止陽角處圍護(hù)結(jié)構(gòu)與支撐結(jié)構(gòu)之間的剪切破壞，可以在圍護(hù)結(jié)構(gòu)與支撐結(jié)構(gòu)之間設(shè)置抗剪切裝置，如抗剪鍵、抗剪螺栓等。陽角加固方法如圖1所示。

2.1.3? ?陽角加固要點(diǎn)

在具體實(shí)際操作中，位于基坑?xùn)|部的陽角支點(diǎn)可能會因?yàn)橥馏w的不均勻分布而導(dǎo)致其支撐力度相對較弱。這種情況可能會引發(fā)土體的過大變形，進(jìn)而產(chǎn)生安全隱患[6]。為了防止可能出現(xiàn)的危險(xiǎn)，需要采取應(yīng)急措施，對基坑陽角進(jìn)行加強(qiáng)。這不僅有利于提高陽角的支撐力度，也有效地減小了土體的變形量，提高了整個施工過程的安全性和穩(wěn)定性。

2.2? ?增加支撐剛度

2.2.1? ?倒角加固機(jī)理

為了進(jìn)一步控制基坑變形，結(jié)合實(shí)際情況，可采取倒角加固的方式措施來增加支撐剛度，提高圍護(hù)的水平極限強(qiáng)度。倒角加固是指在基坑四個陽角處設(shè)置支撐結(jié)構(gòu)，通過增加支撐剛度來減小基坑變形的幅度。倒角加固方法如圖2所示。

倒角加固可采用鋼支撐、混凝土加固或加固樁等方式。通過在基坑陽角處設(shè)置支撐結(jié)構(gòu)，可以限制土體的水平位移，減小土體側(cè)壓力對基坑結(jié)構(gòu)的影響，從而減小基坑的變形。同時，倒角加固還能增加基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的整體剛度和穩(wěn)定性，提高基坑的安全性和承載能力。

2.2.2? ?倒角加固要點(diǎn)

為了增強(qiáng)底板的水平約束，可在基坑?xùn)|側(cè)的底板墊層上加設(shè)300mm的混凝土層。這一舉措不僅可以提高底板的水平約束，還能夠有效地防止底板變形。

針對陽角處第2道主撐的力量支撐不夠的問題，可將主撐截面尺寸增大到1.2m×1.0m。如此這道主撐能夠更好地支撐起整個結(jié)構(gòu)，從而減少陽角處的變形。為了保證基坑后續(xù)施工安全，采取了以下措施：

為使斜撐能夠有效地支撐起該區(qū)域的土體，防止其發(fā)生位移，在西南角增設(shè)了一道斜撐，其截面尺寸為500mm×2000mm。采用有限元軟件ABAQUS模擬不同倒角尺寸下支撐應(yīng)力集中的現(xiàn)象，得倒角應(yīng)力變化如圖3所示。從圖3可以看出，隨著角尺寸的增加，應(yīng)力集中的消除變得越來越不明顯。

2.3? ?采取特殊換撐技術(shù)

2.3.1? ?特殊換撐技術(shù)機(jī)理

基坑特殊換撐技術(shù)是一種在隧道或坑道施工時，為確?？拥乐苓呁馏w穩(wěn)定，同時又需對已經(jīng)施工的結(jié)構(gòu)進(jìn)行支撐而采取的一種施工工藝。該技術(shù)主要適用于因結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)變更、施工誤差等原因?qū)е碌囊咽┕そY(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)要求不符，需要在已有的支撐結(jié)構(gòu)上重新進(jìn)行支撐的情況，以保障結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和施工安全。