武漢某地鐵車站基坑圍護結構設計

朱政

摘 要：本文章詳細介紹了武漢某復雜地鐵車站主體圍護結構工程設計，根據相關的規范要求，對圍護結構的支撐、圍護樁的內力、變形、穩定性系數等進行了驗算。并對基坑開挖周邊重要的風險源分別進行有限元計算，對基坑開挖的設計、施工組織提供了有力的支持與指導。

關鍵詞：車站;深基坑;有限元計算

1 工程概況

本車站為武漢地鐵5號線工程的第26個車站，場地行政區域位于武漢市洪山區，在國鐵武漢火車站東廣場下，沿東廣場南北向呈一字型布置，所在位置是進出國鐵武漢站主要通道。車站外包長度為241.5m，標準段外包寬度為22.1m，開挖面積約為8193.53m²。武漢火車站地下結構標準段開挖深度約23.431m，小里程端盾構井明挖寬度為26.550m，深度為24.460m。

2 地質概況

擬建場地位于剝蝕堆積垅崗區（Ⅲ級階地），原始地形起伏較大，場地東南側分布有水塘，修建國鐵武漢站主體時部分回填，之后修建國鐵武漢站東廣場時，又進行大面積挖填整平。現地形平坦，地表高程介于22.46m～23.37m之間，最大高差約0.91m。基坑開挖土層由上至下分別為：（1-1）雜填土、（1-2）素填土、（1-3）淤泥質粘土（局部分布）、（10-1）粘土、（10-1d）粘土、（13-1）殘積土、（20c-1）強風化泥巖、（20c-2）中風化泥巖。基底均處于（20c-2）中風化泥巖。由于擬建車站基巖普遍被厚度為約2-5m的黏土層覆蓋，且泥巖節理、裂隙多被泥質充填而水量極貧乏。

3 圍護結構選型與設計

3.1 工法選擇

在進行車站主體圍護結構設計計算之前，第一步應根據工程的實際情況選擇合適的施工工法。目前在武漢地區車站地下結構采用比較多的較為成熟的工法有有明挖順作、暗挖法及蓋挖逆作。本工程不在城市主干道上，在國鐵武漢站的東廣場上，場地開闊，無建構筑物及大型市政管線，根據本工程特點及工程造價比較，選擇武漢車站基坑諸多施工方法中最為經濟、且技術安全可靠的為明挖順作法施作車站主體^[1]。

3.2 基坑支護型式

綜合本站周邊環境、地質條件和工程造價，本站主體圍護結構選用圍護樁+內支撐作為圍護結構方案。車站標準段基坑第一道支撐支撐采用現澆鋼筋砼支撐，支撐在冠梁上，其余三道支撐為鋼支撐。路面蓋挖系統：路面板采用400mm厚現澆混凝土板，支撐系統采用型鋼格構柱，格構柱基礎采用鉆孔灌注樁。

3.3 基坑支護型式

目前武漢地鐵車站基坑的的主要有鋼筋混凝支撐和鋼支撐著兩種形式。內支撐體系的選擇應根據基坑土質情況、基坑深度、周邊環境情況以及圍護結構的形式確定。實施時，也可以將各種內支撐體系結合使用，揚長避短，在保證工程安全的情況下，以達到加快施工進度，降低工程造價的目的，根據武漢車站基坑的本地區工程經驗，為保證基坑整體穩定性，第一道支撐一般必須采用混凝土支撐;支撐多余三道的，宜采取不少于兩道混凝土支撐。經過比較考慮分析，本車站標準段采用一道混凝土支撐+三道鋼支撐，外掛段采用兩道混凝土支撐+兩道鋼支撐的形式，混凝支撐位800×1000mm，鋼支撐為609x16mm或800x16mm，當支撐角撐跨度超過16m、對撐超過20m時中間設置格構柱支撐，保證穩定性。

3.4 基坑計算結果

對于長條形這樣的地鐵基坑，兩側對稱開挖時，可視為平面問題，取1延米單片墻元，按豎彈性地基梁（或板）法進行計算，基坑開挖面以下的土體對墻的約束作用以一系列彈簧支座模擬。計算時考慮支撐點的位移、施工況及剛度影響，計入結構的先期位移以及支撐的變形，按“先變形后支撐”原則進行結構分析。按照現行的行業及地方基坑規范，應按承載能力極限狀態進行下列內容的驗算：樁的變形與內力，坑外地面沉降，整體穩定性、圍護結構繞最下一道支撐為圓心的圓弧滑動抗隆起穩定性、按樁底地基承載力模式驗算坑底抗隆起穩定性、圍護結構抗傾覆穩定性。

車站標準段的變形內力計算結果如圖 5所示，按湖北規范（（DB42/T159-2012））樁端抗隆起分析結果：計算抗隆起安全系數=2.12，滿足規范K不小于1.8的要求。車站主體基坑安全等級為一級，變形控制保護等級為一級。圍護結構最大水平位移≤30mm。對于本段23.210m深基坑，水平位移計算值23mm，滿足要求。

4 風險源分析應對措施

車站周邊環境復雜，均為國鐵武漢站配套設施，北側距4號線停車線區間和風亭最近處7.6m和2.6m（地下1層，基坑深度深度14m，柱下梁板式筏板基礎），南側為楊春湖客運中心A區（需要整體拆除），距離楊春湖客運中心B區（地上二層，無地下室，框架結構，獨立基礎）6.7m，西側距國鐵武漢站匝道橋樁（樁基礎，樁長30m）17m，西側距布丁酒店（地上3層，鋼筋混凝土框架結構，天然基礎，）15m，東側為停車場地下空間局部與車站重疊，需要局部拆除（局部拆除面積745m²，地下一層，基坑深度10m，柱下梁板式筏板基礎）。地鐵車站主體結構周邊環境復雜，工程施工必然會對周邊環境產生影響。鑒于此，將4號線區間、4號線6號風亭、停車場地下空間定格為Ⅰ級風險源，將楊春湖客運中心B區定格為Ⅱ級風險源根據《城市軌道交通地下工程建設風險管理規范》（GB50652-2011），須針對該風險源進行專項設計，并組織行業專家進行專項審查。

5 結語

通過對武漢某地鐵車站圍護結構設計方案的分析以及工程實踐，對于武漢地區地鐵車站基坑工程的設計與施工，總結了以下幾條經驗：

5.1 在基坑圍護設計之前，應對周邊環境進行詳細的梳理，確定一個合理的保護等級;

5.2 對于武漢地區Ⅲ級基地的基坑，宜采用圍護樁+內支撐的體系，在保證有足夠的剛度及整體性、穩定性的前提下也能取得良好的經濟性;

5.3 在基坑旁側距離較近處的風險源需要進行專家論證，并且要加強監測，提前做好應急預案及保護措施，保證周邊環境的安全。

參考文獻（Reference）：

[1] 劉國彬，王衛東.基坑工程手冊（第二版）[M].中國建筑工業出版社，2009.

[2] GB50157-2013 地鐵設計規范[R]

[3] GB50652-2011城市軌道交通地下工程建設風險管理規范[R]

[4] DB42/T 159-2012湖北省基坑工程技術規程[R]

[5] JGJ311-2013建筑深基坑工程施工安全技術規范[R]