地下連續墻在某地鐵車站基坑圍護中的應用分析

張航，諶小麗

（1.江蘇城鄉建設職業學院，江蘇 常州 213147；2.常州鐵道高等職業技術學校，江蘇 常州 213011）

1 引言

南京地鐵5號線科寧路站為中間站，采用明挖順作法施工，車站主體基坑長 512.0m， 標 準 段 寬 21.1m，深16.39～17.33m，一期基坑開挖深度16.84m，圍護結構采用0.8m地下連續墻。

土層參數如表1。

計算依據如下：

①地下水位埋深0.50m；

②計算簡圖如圖1所示；

③根據不同土層的情況采用水土分算或合算，見表2。

圖1 計算簡圖

2 主要計算原則及計算標準

①車站主體基坑安全等級為一級，重要性系數為1.1；基坑變形控制保護等級為一級（地面最大沉降量≤0.15%H；圍護結構最大水平位移≤0.2%H或≤30mm）。

土層層數圖 表1

②地下連續墻設計使用年限為100年，安全等級為一級，圍護結構應滿足基坑穩定要求，不產生傾覆、滑移和局部失穩，基坑底部不產生管涌、隆起，支撐系統不失穩。圍護結構構件不發生強度破壞。

③地面超載按20kPa計算。

④為減少墻體在基坑開挖時間的位移，對支護結構的水平支撐應施加預應力，其值可按軸力標準值的50%～80%計，結構的內力及變形計算應考慮支撐預應力作用。

⑤圍護結構內力計算為沿車站縱向取單位長度按彈性地基梁進行計算，地層對墻體的抗力作用采用一系列彈簧進行模擬，計算時計入結構的先期位移以及支撐的變形，按“先變形，后支撐”的原則進行結構分析，并計算內部結構回筑階段各工況的內力組合。

3 支撐與拆撐順序

本工程基坑開挖共設置四道支撐，其中第一道為800×1000鋼筋混凝土支撐，其余各道采用φ609x16鋼管支撐，混凝土支撐縱向間距一般為9m，鋼支撐縱向間距一般為3m。

支撐剛度如表3所示。

支撐與拆撐順序（工況）如表4所示。

4 圍護結構內力與變形分析

針對基坑開挖的各種工況，采用有限元軟件進行建模，通過軟件計算得出地連墻的內力和變形曲線如圖2所示。

①預加軸力

土層m值、k值的計算圖 表2

支撐剛度 表3

支撐與拆撐順序（工況） 表4

地連墻最大抗力與位移 表5

支撐的反力 表6

②不預加軸力

通過分析得知，采用預加軸力的內支撐工況下，地連墻的位移比不預加軸力的工況要小，如表5所示。

圖2 地連墻抗力、位移包絡圖（預加軸力）

圖3 地連墻抗力、位移包絡圖（不預加軸力）

其中，雖然兩種工況下地連墻的最大抗力都達到250kN/m，但采用預加軸力的工況下，地連墻的平均抗力要比不采用預加軸力的工況要小。其次，地連墻的位移變形相差較大，其中采用預加軸力的工況下，地連墻的最大位移達到16mm，而不采用預加軸力的工況下，地連墻的最大位移達到21mm。

另外，通過軟件計算得知支撐的反力如表6所示。

均滿足要求。

5 圍護結構穩定性驗算

5.1 墻底抗隆起計算

地基承載力計算：

圖4 墻底抗隆起計算簡圖

地基的極限承載力為：

R=qN+cN

其中N和N稱為承載力系數，是土的內摩擦角φ的函數：

注：

①坑內側向外16.8m范圍內總荷載為11593.9kN/m；

②驗算斷面處土體內聚力：40.0kPa；內摩擦角：18.0。

圖5 墻體抗傾覆計算簡圖

③ 安 全 系 數 ：k=2362.3 ×16.8/11593.9=3.43＞1.8，符合規范要求。

5.2 抗傾覆計算

抗傾覆安全系數：

6 結論

本論文根據南京地鐵5號線科寧路站一期基坑圍護項目，重點對采用地下連續墻圍護形式下的基坑進行受力分析，根據內力分析結果對基坑的穩定性進行了研究，結論如下。

①確定了地鐵車站圍護結構的受力分析方法。結果表明：采用地下連續墻的基坑圍護形式在地鐵車站深基坑中應用較好，基坑的穩定性較好，各項驗算結果符合規范要求，對后期主體結構施工安全至關重要。

②地鐵車站基坑支護采用地下連續墻+內支撐的結構設計形式能有效確保基坑的安全，為今后在類似施工環境和地質條件下進行深基坑結構形式選擇設計提供借鑒。