地鐵車站基坑支護結構造價影響因素研究

侯浙寧

摘要：為進一步探究地鐵車站基坑支護結構造價的主要影響因素，以某地鐵車站施工為實際案例，首先通過結合實際情況和理論分析，確定影響造價的幾個主要影響因素。而后通過仿真實驗，確定本次施工處于安全狀態時各個影響因素的范圍。最后基于已有數據信息，通過正交試驗確定各個影響因素的最優解，并將其作為實際施工參數。研究結果顯示，本次優化后的施工方案有效兼顧了造價和質量安全兩方面的要求，具有一定的理論和現實意義。

關鍵詞：地鐵車站；基坑支護結構；工程造價；影響因素

0? ?引言

在地鐵工程建設過程中，由于地質結構、既有地下構筑物等諸多因素的影響，使之施工難度居高不下，這同時也帶來了工程造價管理難度的增加，其中較為典型的則是地鐵車站基坑支護結構的施工環節。

如何在該施工環節兼顧施工質量和施工造價，歷來是工程領域的一項重要研究內容。對此需要結合當前先進的理論方法，準確識別分析地鐵車站基坑支護結構造價的影響因素，以確保該環節在保證質量的基礎上，將造價成本控制在較低水平。

1? ?項目概況

某新建地鐵車站采用地下兩層雙跨、三跨箱型框架結構，內部設計為11m島式站臺。同時，為該車站配備如下附屬結構：風亭2組、出入口4個、安全通道1個。通過前期地質勘查后發現，該車站所處位置地下水位較低，且地基硬度較高，對此設計單位決定采用“鉆孔樁+圈梁+鋼支撐”的支護體系作為該地鐵車站的基坑支護結構，支護結構體系示意圖如圖1所示。

該地鐵車站施工區域附近同時存在商業金融建筑工程項目施工等內容，且施工過程中可能因開挖等環節造成地面沉降等不利影響，因此該地鐵車站基坑支護結構設計工作的復雜性相對較高，如何在保證結構安全的情況下，將此環節的工程造價進一步降低，成為施工企業需要重點研究的一項內容。

2? ?施工安全性分析

根據本次工程作業的基坑支護結構概算表，得到各個方面的施工造價預算占比情況如圖2所示。

根據圖2可知，在本次基坑支護結構施工中，鉆孔樁施工的費用遠高于其他施工環節的費用，其工程量及影響也較為突出，因此本次主要針對鉆孔樁結構展開研究，結合以往經驗和相關參考文獻，確定本次研究工作需從以下幾個方面加以展開。

2.1? ?圍護樁樁徑對安全性的影響

參考圍護樁設計的初始方案，控制其他支護參數不變，將樁徑分別設置為800mm、1000mm、1100mm和1200mm，應用有限元分析軟件對以上條件下的圍護樁最大水平位移與最大地表沉降，得到的分析結果如圖3所示。

根據圖3可見，隨著樁徑的增加，理論上的最大水平位移和地表沉降量均呈下降態勢。在以上4種樁徑下，其水平位移和地表沉降均低于30mm的允許值，具有一定的安全性。但相對而言，當樁徑為800mm時，上述兩項指標與允許值較為接近，對于不可抗力因素的抗性稍差。

進一步分析地表沉降量變化后發現，當樁徑為800mm時，其水平位移和地表沉降變化趨勢線的“勺型”特征較為明顯，最高值均出現在距離坑邊15～17m的狹小范圍內。鑒于此種情況容易造成局部應力集中，因此不考慮此種條件，確定樁徑需在1000mm以上。

2.2? ?不同樁間距對施工方案安全性的影響

在本環節中，參考原設計方案，設定樁徑為1000mm，并控制其他參數不變，以此為基準，將樁間距分別設置為1.2m、1.4m和1.5m等3種，以探究樁間距如何影響安全性。本次仍以最大水平位移和地表沉降量為評價指標，得到評價結果如圖4所示。

根據圖4中的數據變化趨勢可見，隨著樁間距的不斷增大，樁身水平位移和地表沉降量均處于逐步上升的趨勢。由此可推斷出，縮短樁間距是提升圍護結構安全性的可能路徑。

相對而言，樁間距的調整對于樁身水平位移和地表沉降量的改變效果并不突出，在本次設置3中情況，其樁身水平位移和地表沉降量均有效控制在30mm的允許值以下。因此本次設置的1.2m、1.4m和1.5m樁間距，均可在安全性上滿足實際需要。

2.3? ?不同圍護樁嵌入比對施工方案安全性的影響

圍護樁嵌入比即圍護樁嵌入深度與圍護樁整體長度之比值。根據以往經驗可知，如結構底部嵌入深度過低，則會導致整個圍護結構出現傾斜變形甚至結構破壞等問題。而嵌入深度過高，又會導致工程造價顯著提升。

為兼顧工程安全和造價兩方面的要求，本次參考以往文獻資料和施工經驗，分別設置嵌入比為0.65、0.71、0.80，應用有限元分析方法對以上3種條件下的最大水平位移和地表沉降量進行仿真分析，得到分析結果如圖5所示。

根據圖5數據變化趨勢可知，隨著嵌入比數值的增大，樁頂水平位移的最大值和地表沉降量的最大值均顯著降低。由于樁身最大水平位移及地表沉降的容許值為30mm，因此在以上3種嵌入比的施工模式下，其最大水平位移和地表沉降量均符合要求。

3? ?施工方案優化

3.1? ?不同參數對造價的影響

根據上文針對安全性的分析可知，合理的樁徑參數可設置為1000mm、1100mm和1200mm；合理的圍護樁樁間距可設置為1.2m、1.4m和1.5m；同時合理的圍護樁嵌入比可設置為0.65、0.71和0.80。

對不同參數如何影響工程造價進行單因素分析，得到分析結果如表1所示。根據表1中的數據可得出如下推論：

施工整體費用與樁徑參數成正比，樁徑參數過高或將導致嚴重浪費，因此應當在安全性滿足要求的前提下，盡量縮短樁徑以降低造價。

當樁間距增大時，鉆孔樁的施工費用相應降低，但相對于不同樁徑對造價帶來的影響而言，樁間距的調整對于造價的影響幅度偏低，因此在造價有限的情況下，可通過適當縮短樁間距的方式來兼顧安全和成本。

當增大樁基嵌入比時，工程造價相較于初始值有小幅度上升，其影響效果與調整樁間距基本類似，因此在造價有限的情況下，可通過適當增大樁基嵌入比的方式來兼顧安全和成本。

3.2? ?正交試驗分析

針對圍護樁樁徑（影響因素A）、圍護樁間距（影響因素B）和維護樁嵌入比（影響因素C）等3個因素進行正交實驗分析。其中影響因素A的3個參數分別為1000mm、1100mm和1200mm；影響因素B的3個參數分別為1.2m、1.4m和1.5m；影響因素C的3個參數分別為0.65、0.71和0.80。對其進行正交試驗，得到正交試驗結果如表2所示。

根據表2中的數據結果，對數據進行整理后，再應用方差分析方法做進一步評價，評價結果如表3所示。

根據表3中的數據可知，對實驗結果起到顯著影響的因素主要為圍護樁樁徑和樁間距，而圍護樁嵌入比并不存在顯著影響，相對而言，圍護樁樁徑的影響更為突出，因此需要對支護樁徑和縮短樁間距兩項參數予以有效控制。

在此基礎上，通過分析可知，樁徑與工程造價呈現正相關，而樁間距與工程造價呈現負相關，因此在允許范圍內適當降低樁徑并適當提升樁間距較為可行。

據此，決定采用優化方案為A1B3C2，即圍護樁樁徑為1000mm，樁間距1.5m，且嵌入比控制為0.71，以此進行施工作業。

3.3? ?優 化結果與討論

在應用上文的優化參數后，針對施工結果進行評估。首先對施工作業的安全性進行評估，結果顯示，樁身最大水平位移為17.2mm，坑邊地表沉降最大值為20.9mm。雖稍高于仿真實驗的數值，但仍然顯著小于允許值30mm，整體處于安全狀態，證明了本次實驗的合理性。

在此基礎上進一步對比實際造價與預算金額，對比結果如表4所示。

根據表4的數據可見，在應用本次優化方案，能夠在整體基坑支護結構處于穩定的條件下，顯著降低造價，表明本次工作取得了初步成功。

4? ?結束語

本文針對地鐵工程車站基坑支護結構的造價影響因素，通過定性與定量相結合的方法，對施工方案中的幾項關鍵影響因素進行深入分析，并根據分析結果對優化后的施工方案進行布置。

從實際應用效果來看，本次優化后的施工參數有效兼顧了成本和質量兩方面的要求，相較于以往的主觀判斷模式而言，其呈現出進一步的優化改進特征。預計基于此種方法的研究也將成為未來造價管理工作的一個新發展方向。

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