上海某地铁换乘车站深基坑围护结构设计

罗文浩

摘 要：随着我国社会的不断发展，城市地铁线网也在不断地深化，地铁车站的数量与日俱增，因此，该文以上海地铁14号线与15号线换乘车站-铜川路站深基坑围护结构设计为例，介绍了换乘车站围护结构的设计方法。

关键词：换乘车站 深基坑 围护结构 设计方法

中图分类号：U231.+4 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）06（b）-0057-02

1 工程概况

铜川路站位于铜川路与大渡河路交叉口，为14号线与15号线的T型换乘车站（如图1所示），其中14号线车站沿铜川路道路下方东西向布置，为地下二层双柱岛式车站，开挖深度为17.8～19.5 m；15号线车站沿大渡河路下方南北向布置，为地下三层双柱岛式车站，开挖深度为25.5～27.4 m。车站周边环境比较复杂，基坑周边1倍开挖深度范围内有多栋建构筑物需保护。因此，车站基坑围护结构的设计至关重要。

2 地质概况

2.1 工程地质

车站范围位于正常沉积区，在75.39 m的探孔范围内由上至下发育土层主要有以下几个方面。

1-1杂填土：土质不均匀，结构松散，以粘性土为主，含植物根茎及有机质，工程性质差。

1-2浜填土：含生活垃圾，含水量高，土质差。

2-1褐黄～灰黄色粉质粘土：强度相对较高。

2-3灰色粘质粉土夹淤泥质粉质粘土：渗透性较大，不利于成槽。

3灰色淤泥质粉质粘土、4灰色淤泥质粘土：高含水量、高压缩性、低强度软土，工程性质较差。

5-11灰色粘土、5-12灰色粉质粘土：工程性质一般，是深基坑回弹的主要土层。

5-1j灰色砂质粉土、5-2灰色砂质粉土：微承压含水层，基坑可能产生突涌，其中5-2层厚度较大处可考虑作为格构柱桩基持力层。

6暗绿色粉质粘土：工程性质较好，对基坑开挖有利。

7-12草黄色砂质粉土：层顶埋深约27.3～28.9 m，静探Ps平均值约10.45 MPa，标准贯入击数N平均值约28.7击，中密～密实状态。

7-2草黄～灰色粉砂：层顶埋深约32.0～34.8 m，静探Ps平均值约15.78 MPa，标准贯入击数N平均值约42.6击，密实状态，工程性质好，强度高。7-12、7-2层为上海地区常用的桩基持力层，均为承压含水层，且互相连通，基坑开挖可能产生突涌。

8-1灰色粉质粘土：静探Ps平均值约2.65 MPa，工程性质一般，为相对隔水层，车站主体基坑止水帷幕考虑进入或穿过该层。

8-22灰色粉质粘土与粉土互层：层顶埋深约46.0～49.8 m，静探Ps平均值约4.67 MPa，性质一般，为承压含水层，对15号基坑影响较大。

9灰色粉砂：层顶埋深约61.0～63.8 m，静探Ps平均值约16.99MPa，标准贯入击数N平均值约57.9击，土质密实，强度高，工程性质良好。

2.2 水文地质

车站范围内，2-3层为主要潜水含水层，其稳定水位埋深为1.10 ～2.10 m，相应水位标高1.58 ～2.64 m，平均水位埋深1.41 m，平均水位标高2.24 m。设计偏保守的按照地面以下0.5 m計算潜水埋深。

车站北区范围内（铜川路以北），最浅层顶埋深约为14.0 m，5-2层和7层相互连通；7-12、7-2层相互连通，除局部受古河道切割缺失外，一般均有分布，最浅层顶埋深入约为32.0 m；8-22、9层相互连通，车站范围内均有分布，最浅层顶埋深约为46.0 m，北部5-2、7-2、8-22层互相连通。地质分区15号线车站北部地质分区内微承压含水层、承压含水层分布较复杂。

3 围护结构选型

14号车站主体基坑标准段开挖深度为17.8 m，端头井开挖深度为19.5 m；15号车站主体基坑标准段开挖深度为25.5 m，端头井开挖深度为27.4 m，均属于深大基坑。

车站位于铜川路与大渡河路交叉口，铜川路与大渡河路交通均较为繁忙，过往车辆荷载及行驶过程中产生的振动会对基坑围护结构产生不利影响。

车站基坑范围内各种市政管线密布，对车站环境保护等级要求较高。

车站周边环境比较复杂，基坑周边1倍开挖深度范围内楼房密集，其中车站西北侧普陀区图书馆距离14号基坑最近处只有3.5 m。

根据《上海市工程建设规范基坑工程技术规范》（DG/TJ08-61-2010）[1]相关规定，该车站基坑工程的环境保护等级为一级，即基坑开挖期间，地面最大沉降量≤0.1%H，围护结构最大水平位移≤0.14%H（H为基坑开挖深度），KS≥2.2（KS为绕最下道支撑圆弧滑动的抗隆起安全系数）。

综合车站各种因素，车站主体基坑均采用施工振动小、止水效果好、整体性好且刚度较大的地下连续墙[2]作为围护结构，并把地下墙作为使用阶段侧墙的一部分承受侧向荷载，与内衬墙按照叠合墙设计。

此外，为保护基坑周边众多的建构筑物，在基坑底部利用高压旋喷桩在车站基坑内沿车站布置一圈4 m宽的“裙边”加固，同时沿车站长度方向每隔9 m布置一道3 m宽的“抽条”加固，以此来减少基坑开挖对周边环境的影响。

4 围护结构设计

4.1 围护尺寸

根据以往工程经验，14号线车站采用800厚地下连续墙，插入比取0.8，则地下墙有效长度取32 m。同时，由于7-12、7-2层承压水对基坑影响较大，为增长地下水的绕流路径，在地墙底部加设7 m长素砼。同时，沿基坑竖向布设5道支撑（第一道为混凝土支撑，其余为钢支撑）。

15号线车站采用1 200厚地下连续墙，插入比取0.85，则地下墙有效长度取48 m。同时，沿基坑竖向布设7道支撑（第一、五道为混凝土，其余为钢支撑）。

4.2 计算方法

车站围护结构的计算采用上海地区深基坑支护工程分析常用软件同济启明星（FRWS）。

地下墙和内部结构计算模型为支承在弹性地基上的平面框架结构[3]，按平面变形问题考虑，沿结构纵向取1 m单位宽度，框架底下土抗力用土弹簧模拟[4]。按基坑分布开挖、架设支撑、回筑结构板以及拆除支撑等工况逐步叠加，最后得到地下墙的弯矩包络图，并根据最终包络后的最不利内力进行配筋。

4.3 计算结果与分析

根据以上模拟工况，求得地下墙的内力及位移包络图如图2、图3所示。

从图2中可以看出，14号线车站基坑地下墙的最大位移为23.6 mm≤0.14%H=24.5 mm，基坑外土体绕最下道支撑圆弧滑动的下滑力为4 064.9 kN/m，抗滑力为9 714.8 kN/m，抗隆起安全系数KS=2.39≥2.2；从图3中可以看出，15号线车站基坑地下墙的最大位移为33.3 mm≤0.14%H=35.7 mm，基坑外土体绕最下道支撑圆弧滑动的下滑力为6 162.8 kN/m，抗滑力为13 969 kN/m，抗隆起安全系数KS=2.29≥2.2。即车站基坑在开挖过程中地下墙变形及基坑的抗隆起安全系数均满足要求。同时，根据计算结果可以看出，围护结构的选型及插入比均比较合理。

5 结论

该文以上海地铁铜川路站围护结的设计方法为例，详细介绍了软土地区换乘车站深基坑围护结构的设计方法，并提出如下建议。

（1）车站深基坑围护结构的选型应根据车站周边环境、基坑开挖深度及车站范围内地层情况来确定。

（2）在上海等软土地区，车站围护结构的插入比取0.8～0.85较为合理。

参考文献

[1] 石广银.北京地铁元气双线换乘站换乘形式分析[J].隧道建设，2014，34（1）：24-31.

[2] 上海市城乡建设和交通委员会.DG/TJ 08-61-2010，上海市工程建设规范基坑工程技术规范[S].中国标准出版社，2010.

[3] 张庆贺，朱合华，庄荣.地铁与轻轨[M].北京：人民交通出版社，2006.

[4] 黄强.深基坑支行工程设計技术[M].北京：中国建材工业出版社，1999.

[5] 崔江余，梁仁旺.建筑基坑工程设计计算与施工[M].北京：中国建材工业出版社，1999.