地铁围护结构优化设计研究

喻青儒+宋虎

摘 要：地铁围护结构在设计阶段，围护结构的形式往往取决于地质情况、安全风险、经济合理、工期可靠以及可实施性来进行考虑。为保证地铁围护结构设计及施工的科学合理、经济可靠，在设计或施工阶段进行结构的优化是有必要的。

关键词：围护结构；地连墙；钻孔灌注桩

中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）21-0096-03

地铁车站是一条地铁线路最为重要的组成部分，合理的设计往往会对施工安全和社会效益提供比较直观的效果。一个地区周边环境的复杂性、施工的经济合理性以及基坑安全性等因素决定了地铁车站围护结构的设计形式。国内地铁围护结构的形式有许多种，主要形式有放坡支护、地连墙、钻孔灌注桩、SMW工法墙、咬合桩等形式，随着工程建设水平的不断发展以及安全要求越来越高，围护结构设计的安全性能也越来越高。

基坑的围护结构主要承受基坑开挖卸荷所产生的土压力和水压力，并将此压力传递给支撑，是稳定基坑的一种挡墙结构。在设计阶段，围护结构的形式往往取决于地质情况、安全风险等级、经济合理、工期可靠以及可实施性来进行考虑。

本文以佛山轨道交通2号线其中一个车站为实例，主要探讨研究地铁围护结构几种主要形式比对的相关内容，总结该车站在优化设计方面的经验，并为今后同类型地质条件及相似外部因素的情况下提供一定的参考与借鉴。

1 工程概况

本文选取佛山地铁2号线石湾站围护结构作为研究对象，该车站位于佛山市禅城区石湾公园旁，车站为两层岛式结构，总长度为329.788m，基坑深度约为16.1m～18.8m。根据地质勘探揭示该处的原始地貌为丘陵地段，站址部分位于低矮山丘，部分区域基岩较高（如图1）。

本站点地质从上至下主要为人工填土、粉砂（部分软土）、全风化泥质砂岩、强风化泥质砂岩、中风化泥质砂岩等。站址地下水类型主要是第四系松散层空隙水和基岩裂隙水，地下水位较高，受佛山地区降雨量影响，补充水系发达，尤其是雨季降水量对地层含水量影响较大。

2 围护结构比选

2.1 方案初步选择（如表1）

根据《建筑基坑支护技术规程》JGJ 120-2012规定及广东省相关技术要求，本车站基坑变形控制保护等级为一级。一级基坑支护结构一般采用：地下连续墙、人工挖孔桩、钻孔灌注桩等。支护结构的选择主要取决于车站所处站位、周围环境、地下管线及地质条件。

综合考虑车站基坑规模、所处环境、地质及水文条件、施工安全，本站拟采用地下连续墙作为车站围护结构，地下连续墙止水效果好，整体性好，有利于周边建筑物安全及控制地面沉降。然而，中风化岩层中地连墙施工成孔效率低下，考虑投资和工期筹划等因素，将对本站采用钻孔灌注桩+旋喷桩止水作为车站围护结构进行进一步比选。

2.2 优化方案设计

根据地连墙及围护桩两种优化方向的选择，在安全、经济及工效等方面进行分析，得出最优的结构来进行围护结构施工图的优化工作，并指导现场的施工。

方案一设计情况概述：

第一种方案为地下连续墙+内支撑的围护结构形式，设计地连墙厚度为标准0.8m，标准幅宽度为6m，墙体材料为C30水下混凝土。围护结构嵌固深度为0.2H（H为基坑深度），冠梁尺寸为0.8m×0.8m，支撑为1道砼支撑+2道钢支撑。

方案二设计情况概述（比选方案）：

第二种方案为旋挖桩（旋喷桩止水帷幕）+内支撑的形式，钻孔桩桩径为1m，桩间距为1.2m，钻孔桩材料为C30水下混凝土。桩间旋喷桩采用600@450mm咬合式进行止水，桩底伸入到不透水层为止。基坑的支撑设计与方案一基本一致。

2.3 方案对比分析

2.3.1 结构安全性能验算比对

计算的方式方法：（1）计算分析采用荷载-结构模式，模拟施工及回筑阶段结构的受力及变形特点。围护结构内力按弹性地基杆系有限元法计算分析，模拟开挖、支撑的实际施工过程。（2）围护结构采用荷载结构模式，按荷载"增量法"进行计算。（3）围护结构仅作为临时基坑支护用。（4）围护结构满足整体稳定性、抗滑移、抗倾覆、及基底土体的抗隆起和抗渗流稳定性验算要求。（5）计算分析对象为纵向每延米的连续墙，并选择最不利位置（侧土压最大处）进行计算。

依据详细勘察阶段岩土工程勘察报告的结果和参数，选取标准段对基坑支护相对不利的地勘钻孔进行计算。（如图2、图3）

根据计算结果发现，在该种地质条件下，地连墙与钻孔桩在受力及安全稳定方面均能满足车站结构在最不利情况下的施工需求。

2.3.2 止水效果

因该站点临近周边建构筑物，对地表沉降控制要求非常高，围护结构的止水效果与地表沉降紧密关联。地连墙形式的围护结构连接紧密，止水效果较好。钻孔桩加止水桩的形式止水效果主要依靠桩间的止水效果，在实际施工过程中可能因对地质判断不准有可能在夹层位置存在止水效果较差的情况。实际施工过程种，两种围护结构形式均有可能出现漏水的情况，但漏水的情况均能够在后续土方开挖过程中进行解决，对周边影响可以减到最小。

2.3.3 工期比较（如表2）

按照以往工程及同类型工程经验，地下连续墙施工采用“液压抓斗成槽机+冲击钻孔机”组合模式时，针对岩面以上的粉细砂、粘土层，采用液压抓斗成槽机，成槽速度：0.5幅/天/组；针对<6>、<7>、<8>号全风化、强风化、中风化岩层，采用冲击钻孔机，成槽速度：0.5幅/天。钻孔灌注桩施工采用旋挖钻机时，成孔速度：3～4孔/天/机。

2.3.4 造价对比（如表3）

方案一总价：3467.9万；方案二总价：3240.2万；方案二造价减少227.7万。

3 结语

（1）通过对各种指标的对比分析，在该站点地质条件总体较好，从安全可靠、经济最优以及工效等方面综合考虑，选择第二种围护结构体系更能体现优化设计的理念。（2）该站点围护结构优化后的成果，在后续同类型地质条件及周边环境下的地铁车站及民用建筑基坑设计中有可借鉴的意义。（3）不同施工工艺对工效的影响非常大，工效分析应根据实际条件、周边环境以及投入的设备性能综合进行总结比对。目前钻孔桩以及地连墙施工的设备有多种，对于不同地层选取不同的设备应做充分的论证和分析。（4）围护结构体系主要是来保证土体的压力及水土的流失不对基坑及周边建構筑物造成安全方面的影响，优化设计过程中应对支撑体系及基坑土体中水的流失进行合理的设计。（5）投资项目中设计优化工作对节省投资来说是一项系统的工作，对管理者来说应有充分的认识，并促进投资项目的健康发展。

参考文献

[1]刘建航，侯学渊.基坑工程手册[M].北京：中国建筑工业出版社，1997，18-23.

[2]杨龙才，周顺华.南京某地铁深基坑围护结构方案的比选研究[J].地下空间与工程学报，2006，2（3）：453-458.

[3]张新，连长江.明挖地铁车站围护结构优化分析[J].广东建材，2009，25（6）：25-26.endprint