地鐵車站附屬圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化研究

摘要 地鐵基坑建設(shè)呈現(xiàn)越建越大，越挖越深的趨勢(shì)，應(yīng)對(duì)基坑開(kāi)挖風(fēng)險(xiǎn)越發(fā)嚴(yán)峻，工程中可從工程設(shè)計(jì)源頭提高支護(hù)結(jié)構(gòu)抗風(fēng)險(xiǎn)能力。該文通過(guò)對(duì)依托工程周邊環(huán)境與地質(zhì)情況進(jìn)行分析，結(jié)合地面水位線對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力計(jì)算，對(duì)不同支護(hù)形式進(jìn)行工程投資對(duì)比等，對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行優(yōu)化研究，設(shè)計(jì)了安全、經(jīng)濟(jì)、高效的基坑支護(hù)方案。該設(shè)計(jì)思路旨在為類似工程設(shè)計(jì)提供參考。

關(guān)鍵詞 基坑工程；圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；支護(hù)形式；設(shè)計(jì)比選

中圖分類號(hào) U231 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2025）04-0082-03

0 引言

截至2023年年底，全國(guó)共有57個(gè)城市開(kāi)通運(yùn)營(yíng)城市軌道交通線路306條，運(yùn)營(yíng)里程10 566.55 km。隨著城市現(xiàn)代化不斷推進(jìn)，軌道交通建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，地下空間開(kāi)發(fā)速度加快，基坑建設(shè)呈現(xiàn)越建越大，越挖越深趨勢(shì)，引發(fā)的安全風(fēng)險(xiǎn)愈發(fā)突出。為避免風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生，應(yīng)從工程設(shè)計(jì)源頭對(duì)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行比選研究，提高支護(hù)結(jié)構(gòu)抗風(fēng)險(xiǎn)能力[1]。

1 工程概況

1.1 工程情況

重慶軌道交通24號(hào)線一期工程某車站為地下兩層明挖島式站臺(tái)車站，位于南岸區(qū)富源大道下方，南北向布置。車站西側(cè)為居民房屋，東側(cè)為荒地，周邊象限地塊均未開(kāi)發(fā)，如圖1所示。該站共設(shè)置4個(gè)出入口、2組風(fēng)亭、1個(gè)安全出口和1個(gè)消防水池及泵房，其中1、2號(hào)出入口位于車站西側(cè)，1號(hào)風(fēng)亭組與3號(hào)出入口合建。

1.2 地質(zhì)概況

擬建場(chǎng)地屬構(gòu)造剝蝕丘陵地貌，場(chǎng)地現(xiàn)狀地形起伏較大，最大高差約29 m；擬建場(chǎng)地位于川東南弧形地帶，華鎣山帚狀褶皺束東南部的次一級(jí)構(gòu)造；地層由上而下依次為第四系全新統(tǒng)人工填土層（Q4ml）、殘坡積層粉質(zhì)黏土（Q4el+dl）、侏羅系中下統(tǒng)沙溪廟組（J2s）巖層。巖層主要發(fā)育J1、J2兩組共軛“X”裂隙：J1優(yōu)勢(shì)產(chǎn)狀24°∠77°，屬硬性結(jié)構(gòu)面；J2：優(yōu)勢(shì)產(chǎn)狀115°∠65°，屬軟弱結(jié)構(gòu)面。

2 計(jì)算與分析

2.1 地質(zhì)條件

車站主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工后，場(chǎng)區(qū)范圍內(nèi)現(xiàn)狀為平地。除3號(hào)出入口及1號(hào)風(fēng)亭組基坑?xùn)|側(cè)與北側(cè)邊坡主要為巖土混合邊坡外，其余附屬結(jié)構(gòu)基坑側(cè)面主要為巖質(zhì)邊坡。各出入口人防段基坑北側(cè)邊坡穩(wěn)定性主要由巖體自身控制，南側(cè)邊坡穩(wěn)定性主要由J1裂隙控制，地質(zhì)條件整體較好，工程中擬采用樁撐支護(hù)形式；3號(hào)出入口及1號(hào)風(fēng)亭組基坑主要地質(zhì)條件為填土，擬采用樁撐支護(hù)與放坡開(kāi)挖；其余基坑側(cè)面存在不同程度的J2裂隙與巖層面的影響，擬采用樁撐支護(hù)、樁錨支護(hù)和放坡開(kāi)挖。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)條件

出入口敞口位置基坑深度較淺，約1.8 m，采用放坡開(kāi)挖不僅省時(shí)省力，施工效率還高。因此各出入口敞口位置擬采用放坡開(kāi)挖。

車站主體基坑采用排樁式樁錨支護(hù)，考慮施工便利與施工安全，靠近其側(cè)的附屬基坑應(yīng)盡量避免使用錨桿或錨索，防止其交叉布置、相互干擾。1、2號(hào)出入口位于車站西側(cè)，典型剖面如圖2所示，附屬基坑西側(cè)邊坡穩(wěn)定性主要受J2裂隙影響，距基坑約8 m處為1∶0.5格構(gòu)柱護(hù)坡處理的高邊坡；1、2號(hào)出入口基坑?xùn)|側(cè)靠近車站主體，為巖層外傾結(jié)構(gòu)面。在結(jié)構(gòu)滿足受力的條件下，考慮季節(jié)性雨水天氣，1、2號(hào)出入口基坑宜用樁撐支護(hù)。4號(hào)出入口與2號(hào)風(fēng)亭組位于車站東側(cè)，典型剖面如圖3所示。

基坑西側(cè)邊坡穩(wěn)定性主要受J2裂隙影響，東側(cè)為巖層外傾結(jié)構(gòu)面，東側(cè)距基坑11.5 m處為1∶2放坡后的邊坡。在滿足結(jié)構(gòu)受力條件下，4號(hào)出入口與2號(hào)風(fēng)亭組基坑宜用樁撐支護(hù)和樁錨支護(hù)。

2.3 水壓力作用

鄭州“7·20”事件反映在極端暴雨天氣情況下，水位線將達(dá)到地面線以上。結(jié)合類似案例與相關(guān)計(jì)算可知，水壓力作用下的圍護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)相較于無(wú)水作用會(huì)適當(dāng)增強(qiáng)。因此，水壓力統(tǒng)一按照地面標(biāo)高取值。

2.4 受力計(jì)算

《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB 50330—2013）對(duì)有無(wú)外傾結(jié)構(gòu)面的邊坡的側(cè)向土壓力計(jì)算有明確要求，不同地質(zhì)條件采用不同的巖土側(cè)壓力計(jì)算公式；對(duì)于巖層面邊坡，采用瑞典條分法進(jìn)行側(cè)壓力計(jì)算[2]。

圍護(hù)結(jié)構(gòu)工程樁內(nèi)力分析與配筋計(jì)算采用理正深基坑F-SPW軟件和理正巖土工程計(jì)算分析軟件。軟件輸入的相關(guān)參數(shù)根據(jù)工程實(shí)際情況選取；軟件中內(nèi)摩擦角值為等效內(nèi)摩擦角[3]，通過(guò)側(cè)壓土壓力與側(cè)壓力系數(shù)反算得到，選取各附屬結(jié)構(gòu)基坑的典型剖面進(jìn)行圍護(hù)結(jié)構(gòu)受力計(jì)算，各基坑邊坡的側(cè)向壓力與支護(hù)參數(shù)如表1所示。

經(jīng)分析，選取的支護(hù)類型與設(shè)計(jì)參數(shù)滿足結(jié)構(gòu)受力要求，符合相關(guān)規(guī)范要求。

2.5 工程投資

對(duì)照招標(biāo)清單單價(jià)表，對(duì)4號(hào)出入口東西兩側(cè)基坑擬采用樁撐支護(hù)和板肋式錨桿擋墻支護(hù)+樁錨支護(hù)兩種設(shè)計(jì)方案進(jìn)行工程總投資對(duì)比。經(jīng)計(jì)算，樁撐支護(hù)方案下的圍護(hù)結(jié)構(gòu)工程總投資約207.31萬(wàn)元，板肋式錨桿擋墻支護(hù)+樁錨支護(hù)方案下的圍護(hù)結(jié)構(gòu)工程總投資約164.95萬(wàn)元。

通過(guò)工程總投資計(jì)算，采用板肋式錨桿擋墻支護(hù)+樁錨支護(hù)方案比采用樁撐支護(hù)方案節(jié)省42.36萬(wàn)元。因此，在滿足現(xiàn)場(chǎng)條件與結(jié)構(gòu)安全的前提下，4號(hào)出入口基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用板肋式錨桿擋墻支護(hù)+樁錨支護(hù)的方案將更加合理。

3 結(jié)論

該文基于地質(zhì)條件與現(xiàn)場(chǎng)施工條件分析，對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)支護(hù)形式進(jìn)行初步選擇；根據(jù)規(guī)范要求與施工現(xiàn)場(chǎng)條件，進(jìn)行邊坡側(cè)向土壓力與圍護(hù)結(jié)構(gòu)支護(hù)參數(shù)計(jì)算，選取滿足基坑穩(wěn)定性的支護(hù)形式；考慮工程投資與施工安全，對(duì)多方案下的圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行比選、分析、研究，選擇安全、經(jīng)濟(jì)、方便的施工設(shè)計(jì)方案。基于現(xiàn)有的設(shè)計(jì)思路，明確工程設(shè)計(jì)重點(diǎn)，以期為類似工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的比選研究提供借鑒。

參考文獻(xiàn)

[1]建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范：GB 50330—2013[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社， 2013.

[2]王元戰(zhàn)，李新國(guó)，陳楠楠.擋土墻主動(dòng)土壓力分布與側(cè)壓力系數(shù)[J].巖土力學(xué)， 2005（7）：1019-1022.

[3]胡高.地鐵車站深基坑支護(hù)體系設(shè)計(jì)思路[J].工程技術(shù)研究， 2021（22）：97-98.

收稿日期：2024-08-30

作者簡(jiǎn)介：任聯(lián)璽（1994—），男，碩士研究生，助理工程師，研究方向：地下工程。