地鐵圍護結構優(yōu)化設計研究

喻青儒+宋虎

摘 要：地鐵圍護結構在設計階段，圍護結構的形式往往取決于地質情況、安全風險、經濟合理、工期可靠以及可實施性來進行考慮。為保證地鐵圍護結構設計及施工的科學合理、經濟可靠，在設計或施工階段進行結構的優(yōu)化是有必要的。

關鍵詞：圍護結構；地連墻；鉆孔灌注樁

中圖分類號：S611 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）21-0096-03

地鐵車站是一條地鐵線路最為重要的組成部分，合理的設計往往會對施工安全和社會效益提供比較直觀的效果。一個地區(qū)周邊環(huán)境的復雜性、施工的經濟合理性以及基坑安全性等因素決定了地鐵車站圍護結構的設計形式。國內地鐵圍護結構的形式有許多種，主要形式有放坡支護、地連墻、鉆孔灌注樁、SMW工法墻、咬合樁等形式，隨著工程建設水平的不斷發(fā)展以及安全要求越來越高，圍護結構設計的安全性能也越來越高。

基坑的圍護結構主要承受基坑開挖卸荷所產生的土壓力和水壓力，并將此壓力傳遞給支撐，是穩(wěn)定基坑的一種擋墻結構。在設計階段，圍護結構的形式往往取決于地質情況、安全風險等級、經濟合理、工期可靠以及可實施性來進行考慮。

本文以佛山軌道交通2號線其中一個車站為實例，主要探討研究地鐵圍護結構幾種主要形式比對的相關內容，總結該車站在優(yōu)化設計方面的經驗，并為今后同類型地質條件及相似外部因素的情況下提供一定的參考與借鑒。

1 工程概況

本文選取佛山地鐵2號線石灣站圍護結構作為研究對象，該車站位于佛山市禪城區(qū)石灣公園旁，車站為兩層島式結構，總長度為329.788m，基坑深度約為16.1m～18.8m。根據地質勘探揭示該處的原始地貌為丘陵地段，站址部分位于低矮山丘，部分區(qū)域基巖較高（如圖1）。

本站點地質從上至下主要為人工填土、粉砂（部分軟土）、全風化泥質砂巖、強風化泥質砂巖、中風化泥質砂巖等。站址地下水類型主要是第四系松散層空隙水和基巖裂隙水，地下水位較高，受佛山地區(qū)降雨量影響，補充水系發(fā)達，尤其是雨季降水量對地層含水量影響較大。

2 圍護結構比選

2.1 方案初步選擇（如表1）

根據《建筑基坑支護技術規(guī)程》JGJ 120-2012規(guī)定及廣東省相關技術要求，本車站基坑變形控制保護等級為一級。一級基坑支護結構一般采用：地下連續(xù)墻、人工挖孔樁、鉆孔灌注樁等。支護結構的選擇主要取決于車站所處站位、周圍環(huán)境、地下管線及地質條件。

綜合考慮車站基坑規(guī)模、所處環(huán)境、地質及水文條件、施工安全，本站擬采用地下連續(xù)墻作為車站圍護結構，地下連續(xù)墻止水效果好，整體性好，有利于周邊建筑物安全及控制地面沉降。然而，中風化巖層中地連墻施工成孔效率低下，考慮投資和工期籌劃等因素，將對本站采用鉆孔灌注樁+旋噴樁止水作為車站圍護結構進行進一步比選。

2.2 優(yōu)化方案設計

根據地連墻及圍護樁兩種優(yōu)化方向的選擇，在安全、經濟及工效等方面進行分析，得出最優(yōu)的結構來進行圍護結構施工圖的優(yōu)化工作，并指導現場的施工。

方案一設計情況概述：

第一種方案為地下連續(xù)墻+內支撐的圍護結構形式，設計地連墻厚度為標準0.8m，標準幅寬度為6m，墻體材料為C30水下混凝土。圍護結構嵌固深度為0.2H（H為基坑深度），冠梁尺寸為0.8m×0.8m，支撐為1道砼支撐+2道鋼支撐。

方案二設計情況概述（比選方案）：

第二種方案為旋挖樁（旋噴樁止水帷幕）+內支撐的形式，鉆孔樁樁徑為1m，樁間距為1.2m，鉆孔樁材料為C30水下混凝土。樁間旋噴樁采用600@450mm咬合式進行止水，樁底伸入到不透水層為止。基坑的支撐設計與方案一基本一致。

2.3 方案對比分析

2.3.1 結構安全性能驗算比對

計算的方式方法：（1）計算分析采用荷載-結構模式，模擬施工及回筑階段結構的受力及變形特點。圍護結構內力按彈性地基桿系有限元法計算分析，模擬開挖、支撐的實際施工過程。（2）圍護結構采用荷載結構模式，按荷載"增量法"進行計算。（3）圍護結構僅作為臨時基坑支護用。（4）圍護結構滿足整體穩(wěn)定性、抗滑移、抗傾覆、及基底土體的抗隆起和抗?jié)B流穩(wěn)定性驗算要求。（5）計算分析對象為縱向每延米的連續(xù)墻，并選擇最不利位置（側土壓最大處）進行計算。

依據詳細勘察階段巖土工程勘察報告的結果和參數，選取標準段對基坑支護相對不利的地勘鉆孔進行計算。（如圖2、圖3）

根據計算結果發(fā)現，在該種地質條件下，地連墻與鉆孔樁在受力及安全穩(wěn)定方面均能滿足車站結構在最不利情況下的施工需求。

2.3.2 止水效果

因該站點臨近周邊建構筑物，對地表沉降控制要求非常高，圍護結構的止水效果與地表沉降緊密關聯(lián)。地連墻形式的圍護結構連接緊密，止水效果較好。鉆孔樁加止水樁的形式止水效果主要依靠樁間的止水效果，在實際施工過程中可能因對地質判斷不準有可能在夾層位置存在止水效果較差的情況。實際施工過程種，兩種圍護結構形式均有可能出現漏水的情況，但漏水的情況均能夠在后續(xù)土方開挖過程中進行解決，對周邊影響可以減到最小。

2.3.3 工期比較（如表2）

按照以往工程及同類型工程經驗，地下連續(xù)墻施工采用“液壓抓斗成槽機+沖擊鉆孔機”組合模式時，針對巖面以上的粉細砂、粘土層，采用液壓抓斗成槽機，成槽速度：0.5幅/天/組；針對<6>、<7>、<8>號全風化、強風化、中風化巖層，采用沖擊鉆孔機，成槽速度：0.5幅/天。鉆孔灌注樁施工采用旋挖鉆機時，成孔速度：3～4孔/天/機。

2.3.4 造價對比（如表3）

方案一總價：3467.9萬；方案二總價：3240.2萬；方案二造價減少227.7萬。

3 結語

（1）通過對各種指標的對比分析，在該站點地質條件總體較好，從安全可靠、經濟最優(yōu)以及工效等方面綜合考慮，選擇第二種圍護結構體系更能體現優(yōu)化設計的理念。（2）該站點圍護結構優(yōu)化后的成果，在后續(xù)同類型地質條件及周邊環(huán)境下的地鐵車站及民用建筑基坑設計中有可借鑒的意義。（3）不同施工工藝對工效的影響非常大，工效分析應根據實際條件、周邊環(huán)境以及投入的設備性能綜合進行總結比對。目前鉆孔樁以及地連墻施工的設備有多種，對于不同地層選取不同的設備應做充分的論證和分析。（4）圍護結構體系主要是來保證土體的壓力及水土的流失不對基坑及周邊建構筑物造成安全方面的影響，優(yōu)化設計過程中應對支撐體系及基坑土體中水的流失進行合理的設計。（5）投資項目中設計優(yōu)化工作對節(jié)省投資來說是一項系統(tǒng)的工作，對管理者來說應有充分的認識，并促進投資項目的健康發(fā)展。

參考文獻

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