上海某地鐵換乘車站深基坑圍護結構設計

羅文浩

摘 要：隨著我國社會的不斷發展，城市地鐵線網也在不斷地深化，地鐵車站的數量與日俱增，因此，該文以上海地鐵14號線與15號線換乘車站-銅川路站深基坑圍護結構設計為例，介紹了換乘車站圍護結構的設計方法。

關鍵詞：換乘車站 深基坑 圍護結構 設計方法

中圖分類號：U231.+4 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）06（b）-0057-02

1 工程概況

銅川路站位于銅川路與大渡河路交叉口，為14號線與15號線的T型換乘車站（如圖1所示），其中14號線車站沿銅川路道路下方東西向布置，為地下二層雙柱島式車站，開挖深度為17.8～19.5 m；15號線車站沿大渡河路下方南北向布置，為地下三層雙柱島式車站，開挖深度為25.5～27.4 m。車站周邊環境比較復雜，基坑周邊1倍開挖深度范圍內有多棟建構筑物需保護。因此，車站基坑圍護結構的設計至關重要。

2 地質概況

2.1 工程地質

車站范圍位于正常沉積區，在75.39 m的探孔范圍內由上至下發育土層主要有以下幾個方面。

1-1雜填土：土質不均勻，結構松散，以粘性土為主，含植物根莖及有機質，工程性質差。

1-2浜填土：含生活垃圾，含水量高，土質差。

2-1褐黃～灰黃色粉質粘土：強度相對較高。

2-3灰色粘質粉土夾淤泥質粉質粘土：滲透性較大，不利于成槽。

3灰色淤泥質粉質粘土、4灰色淤泥質粘土：高含水量、高壓縮性、低強度軟土，工程性質較差。

5-11灰色粘土、5-12灰色粉質粘土：工程性質一般，是深基坑回彈的主要土層。

5-1j灰色砂質粉土、5-2灰色砂質粉土：微承壓含水層，基坑可能產生突涌，其中5-2層厚度較大處可考慮作為格構柱樁基持力層。

6暗綠色粉質粘土：工程性質較好，對基坑開挖有利。

7-12草黃色砂質粉土：層頂埋深約27.3～28.9 m，靜探Ps平均值約10.45 MPa，標準貫入擊數N平均值約28.7擊，中密～密實狀態。

7-2草黃～灰色粉砂：層頂埋深約32.0～34.8 m，靜探Ps平均值約15.78 MPa，標準貫入擊數N平均值約42.6擊，密實狀態，工程性質好，強度高。7-12、7-2層為上海地區常用的樁基持力層，均為承壓含水層，且互相連通，基坑開挖可能產生突涌。

8-1灰色粉質粘土：靜探Ps平均值約2.65 MPa，工程性質一般，為相對隔水層，車站主體基坑止水帷幕考慮進入或穿過該層。

8-22灰色粉質粘土與粉土互層：層頂埋深約46.0～49.8 m，靜探Ps平均值約4.67 MPa，性質一般，為承壓含水層，對15號基坑影響較大。

9灰色粉砂：層頂埋深約61.0～63.8 m，靜探Ps平均值約16.99MPa，標準貫入擊數N平均值約57.9擊，土質密實，強度高，工程性質良好。

2.2 水文地質

車站范圍內，2-3層為主要潛水含水層，其穩定水位埋深為1.10 ～2.10 m，相應水位標高1.58 ～2.64 m，平均水位埋深1.41 m，平均水位標高2.24 m。設計偏保守的按照地面以下0.5 m計算潛水埋深。

車站北區范圍內（銅川路以北），最淺層頂埋深約為14.0 m，5-2層和7層相互連通；7-12、7-2層相互連通，除局部受古河道切割缺失外，一般均有分布，最淺層頂埋深入約為32.0 m；8-22、9層相互連通，車站范圍內均有分布，最淺層頂埋深約為46.0 m，北部5-2、7-2、8-22層互相連通。地質分區15號線車站北部地質分區內微承壓含水層、承壓含水層分布較復雜。

3 圍護結構選型

14號車站主體基坑標準段開挖深度為17.8 m，端頭井開挖深度為19.5 m；15號車站主體基坑標準段開挖深度為25.5 m，端頭井開挖深度為27.4 m，均屬于深大基坑。

車站位于銅川路與大渡河路交叉口，銅川路與大渡河路交通均較為繁忙，過往車輛荷載及行駛過程中產生的振動會對基坑圍護結構產生不利影響。

車站基坑范圍內各種市政管線密布，對車站環境保護等級要求較高。

車站周邊環境比較復雜，基坑周邊1倍開挖深度范圍內樓房密集，其中車站西北側普陀區圖書館距離14號基坑最近處只有3.5 m。

根據《上海市工程建設規范基坑工程技術規范》（DG/TJ08-61-2010）[1]相關規定，該車站基坑工程的環境保護等級為一級，即基坑開挖期間，地面最大沉降量≤0.1%H，圍護結構最大水平位移≤0.14%H（H為基坑開挖深度），KS≥2.2（KS為繞最下道支撐圓弧滑動的抗隆起安全系數）。

綜合車站各種因素，車站主體基坑均采用施工振動小、止水效果好、整體性好且剛度較大的地下連續墻[2]作為圍護結構，并把地下墻作為使用階段側墻的一部分承受側向荷載，與內襯墻按照疊合墻設計。

此外，為保護基坑周邊眾多的建構筑物，在基坑底部利用高壓旋噴樁在車站基坑內沿車站布置一圈4 m寬的“裙邊”加固，同時沿車站長度方向每隔9 m布置一道3 m寬的“抽條”加固，以此來減少基坑開挖對周邊環境的影響。

4 圍護結構設計

4.1 圍護尺寸

根據以往工程經驗，14號線車站采用800厚地下連續墻，插入比取0.8，則地下墻有效長度取32 m。同時，由于7-12、7-2層承壓水對基坑影響較大，為增長地下水的繞流路徑，在地墻底部加設7 m長素砼。同時，沿基坑豎向布設5道支撐（第一道為混凝土支撐，其余為鋼支撐）。

15號線車站采用1 200厚地下連續墻，插入比取0.85，則地下墻有效長度取48 m。同時，沿基坑豎向布設7道支撐（第一、五道為混凝土，其余為鋼支撐）。

4.2 計算方法

車站圍護結構的計算采用上海地區深基坑支護工程分析常用軟件同濟啟明星（FRWS）。

地下墻和內部結構計算模型為支承在彈性地基上的平面框架結構[3]，按平面變形問題考慮，沿結構縱向取1 m單位寬度，框架底下土抗力用土彈簧模擬[4]。按基坑分布開挖、架設支撐、回筑結構板以及拆除支撐等工況逐步疊加，最后得到地下墻的彎矩包絡圖，并根據最終包絡后的最不利內力進行配筋。

4.3 計算結果與分析

根據以上模擬工況，求得地下墻的內力及位移包絡圖如圖2、圖3所示。

從圖2中可以看出，14號線車站基坑地下墻的最大位移為23.6 mm≤0.14%H=24.5 mm，基坑外土體繞最下道支撐圓弧滑動的下滑力為4 064.9 kN/m，抗滑力為9 714.8 kN/m，抗隆起安全系數KS=2.39≥2.2；從圖3中可以看出，15號線車站基坑地下墻的最大位移為33.3 mm≤0.14%H=35.7 mm，基坑外土體繞最下道支撐圓弧滑動的下滑力為6 162.8 kN/m，抗滑力為13 969 kN/m，抗隆起安全系數KS=2.29≥2.2。即車站基坑在開挖過程中地下墻變形及基坑的抗隆起安全系數均滿足要求。同時，根據計算結果可以看出，圍護結構的選型及插入比均比較合理。

5 結論

該文以上海地鐵銅川路站圍護結的設計方法為例，詳細介紹了軟土地區換乘車站深基坑圍護結構的設計方法，并提出如下建議。

（1）車站深基坑圍護結構的選型應根據車站周邊環境、基坑開挖深度及車站范圍內地層情況來確定。

（2）在上海等軟土地區，車站圍護結構的插入比取0.8～0.85較為合理。

參考文獻

[1] 石廣銀.北京地鐵元氣雙線換乘站換乘形式分析[J].隧道建設，2014，34（1）：24-31.

[2] 上海市城鄉建設和交通委員會.DG/TJ 08-61-2010，上海市工程建設規范基坑工程技術規范[S].中國標準出版社，2010.

[3] 張慶賀，朱合華，莊榮.地鐵與輕軌[M].北京：人民交通出版社，2006.

[4] 黃強.深基坑支行工程設計技術[M].北京：中國建材工業出版社，1999.

[5] 崔江余，梁仁旺.建筑基坑工程設計計算與施工[M].北京：中國建材工業出版社，1999.