地鐵車站下穿式立交橋一體化施工對支護結構和圍巖的影響研究

何花

摘要：由于城市發展速度的逐步加快，交通擁堵問題已經在許多城市顯現出來，為了讓城市交通進行有效緩解，就需要落實地鐵工程的建設。目前各地陸續開通了地鐵運營，在開建過程中也就會暴露更多的巖土工程技術問題，本文將針對下穿式立交橋一體化施工過程中由于開挖方式的不同而產生的對于支護結構和圍巖的影響進行具體分析。

關鍵詞：地鐵車站；下穿式立交橋一體化；支護結構；圍巖

大規模建設地鐵的時代即將來臨，而地鐵車站的建設因為危險性較大就需要尤為注意，目前其設計多為單體地下兩層結構，并未出現設計、施工以及投入使用同時進行的案例，但是由于近幾年國家逐步加強對城市交通規劃的重視，地鐵與市政交通工程同期實施也是重要趨勢之一。

一、深基坑的特點

首先，其通常為典型的長條形大基坑，多數城市都會采用地下兩層的結構來進行建造，而針對不同城市的交通壓力狀況，對于深基坑的結構也有了創新，有部分城市已經開始運用城市下穿橋與車站一體化建設的三層結構。然后，地鐵車是一種多支撐支護體系，并且運用多種圍護結構來進行建設。其次，其圍護結構的受力情況與施工方法、開挖工序以及施工措施具有密切相關的聯系。再次，因為地鐵一般被建立在城市的繁華地段，所以在施工過程中就提出了較高的環境保護要求[1]。最后，由于城市交通壓力的逐漸惡化，就要求地鐵車站的工期較短且必須保證正常通行。

二、地鐵車站與下穿式立交橋一體化理論

該理論的誕生是為了解決現代城市交通的壓力，針對城市交通擁擠的這個老大難的問題來提出的方案。就目前而言，大部分城市道路的路口所采用的都是平交路口，各路車輛與行人都會在路口聚集，只能通過道路上交通指示燈或者交警的疏導來導向，這就很容易產生交通擁堵的情況。下穿式立交橋一體化在城市軌道交通中的應用，就是將基坑的深度設計進行加深，實現三層設計，上步一層作為城市下穿橋梁，將城市平交路口改良為立體交通，由此減少不同方向車輛之間的影響。這種方法也不會增加過多的造價，所以是一種極具優勢的地鐵車站建設方法[1]。

三、圍護結構形式

（一）SMW工法樁

這種圍護結構最早出現在日本，其具有工期短且造價低的優點，但是SMW工法樁容易受到地層條件的限制，從當下國內的建設水平來看，一旦被使用在飽和粉土和粉砂層的時候就會產生較差的成樁效果，所以并不能滿足大型工程的需要。

（二）鉆孔灌注樁與水平鋼支撐相結合

該混合圍護結構主要就是將承載力較強的樁在豎向運用，而水平方向上則用的是剛度較大的支撐體系，能夠適應于大多數地基土的建設，這種結構不僅施工方便，成孔效果表現也比較良好，但是在碎石與巖石地層是不能進行應用的，所以在施工前要做好充分的地質監測[2]。

（三）鉆孔咬合樁

這是一種新型的基坑圍護結構，主要是通過機械來進行鉆孔施工，從而使得相鄰的排樁之間能夠實現咬合，并且在平面上進行排列。其具有優良的防水效果，也能夠在一定程度上節約工程經費，鉆孔咬合樁能夠在黏土、粉土、砂土、人工回填土和淤泥質土以部分含有卵石與碎石的地層進行應用，運用特殊鉆機進行施工時，鉆孔深度甚至可以達到一百二十米。

（四）地下連續墻

地下連續墻在近幾年來已經在地鐵車站建設當中獲得了更為廣泛的應用，因為其既可以作為永久結構來進行受力，并且具有良好的剛度和防滲性能，施工技術也較為成熟，施工時間上具有一定的優勢。期比較適合在成槽效果好的土層當中進行利用，如果遇到孤石、大顆粒卵礫石等土層，成槽效果就會減弱。

四、具體影響

接下來要說的兩種施工方式主要是建立在地鐵車站是長條形深基坑，理想化的將模型中的介質設為連續介質，土體采用實體單元，總體采用摩爾庫倫彈塑性模型，以地下連續墻作為支護結構的基礎上來進行探討的。

（一）整體開挖和復合開挖的異同點

根據相關研究模型的得出，整體開挖時墻體水平位移會逐漸增加，但是增加量會逐漸減小，與復合開挖相比，最大水平位移要多出近一半，而且還要對水平位移在施工過程中進行不斷地監測。整體開挖方式會使得地表沉降跟隨基坑開挖深度的增加也隨之增加，當開挖深度較淺時，最大沉降距離基坑較近，而隨著開挖深度不斷增加，地表沉降最大值也就產生了變化，整體開挖方式所造成的地表沉降深度上和復合開挖基本一致，但是因為之后開挖方式的不同，最終造成的最大地表沉降值依舊比復合開挖要大，而且在基坑中心具有最大隆起值[3]。

而復合開挖時對于墻體的水平位移只需要在開挖面轉移的時候進行重點監測，相對整體開挖而言具有較強的安全性，其第一層開挖與整體開挖的過程中基本是相同的，所以復合開挖與整體開挖顯示的地表沉降值基本接近，但是在后續開挖過程中就產生了變化，復合開挖方式所造成最大地表沉降終值是比整體開挖要更加的低。

（二）圍護結構

圍護結構在復合開挖與整體開挖的過程中均展現出較為明顯的“弓曲效應”，并且如果在圍護結構的底部嵌入強度比較高的風化巖層之后，圍護結構在基坑地面以下就基本不會產生位移[3]。地表沉降的變化不論在哪一種開挖形勢下，都基本呈現先增大后減小再增大的趨勢，并且無論是復合開挖與整體開挖過程中最大沉降值產生的位置都是基本一致的。而如果采用了永久結構板作為內支撐體系，因為永久結構板要比鋼支撐的剛度更大，所以在地表沉降上會呈現回彈趨勢。

綜上所述，在復合開挖與整體開挖施工方式的對比之下，從圍護結構的水平位移情況，還有周圍土體的沉降情況，以及基坑內土體的隆起狀態來看，都可以體現出地鐵車站長條基坑比較適用于復合開挖方式，其具有較高的安全性與可靠性，并且配合地下連續墻的設計，也能夠對地下水的流動做到較好的阻隔，確保的地鐵車站運行的使用安全[4]。

五、結束語

地下水滲流問題在基坑工程中也是非常重要的一個部分，但因為地下連續墻本身具有較好的止水效果，所以本文就沒有對其進行具體討論。

參考文獻：

[1]盛飛國.地鐵車站下穿式立交橋一體化施工對支護結構和圍巖的影響研究[D].安徽建筑大學，2016.

[2]侯公羽.圍巖-支護作用機制評述及其流變變形機制概念模型的建立與分析[J].巖石力學與工程學報，2008，S2：3618-3629.

[3]帥紅巖，陳少平，曾執.深基坑支護結構變形特征的數值模擬分析[J].巖土工程學報，2014，36S2：374-380.

[4]張獻.下穿式立交橋的防水技術[J].浙江建筑，2012，2904：58-60.

（作者單位：中鐵十二局集團第二工程有限公司）