某地铁基坑换撑的优化计算分析

姜 志 毅

(中铁第一勘察设计院集团有限公司，陕西 西安 710043)

0 引言

由于地铁车站基坑可能面对软土等不良工程地质、地铁车站结构的板间间距较大等问题，为保证基坑的受力及变形要求，局部位置支撑不宜直接拆撑，需要利用换撑来替代对应支撑的受力。但是常规的换撑方法通常存在工程量大、操作难度大、模板支立及拆除吊装困难等问题，因此本文结合实际工程对地铁深基坑的换撑优化进行探讨。

1 工程概况

某地铁基坑工程基坑岩土物理力学性质指标如表1所示。

表1 基坑岩土物理力学参数表

本基坑深约17.08 m，采用800 mm厚地下连续墙，基坑支护采用一道混凝土支撑(第1道混凝土支撑尺寸900×800)+三道钢支撑(第2道钢支撑为φ609，t=16，第3道、4道钢支撑为φ800，t=16)+一道换撑(第3道钢支撑换撑为φ609，t=16)。支撑布置及楼板剖面示意如图1所示。基坑采用明挖顺作法施工，主要施工步骤为：依次开挖并施作第1道～第4道支撑；浇筑底板并当其达到设计强度后拆除第4道钢支撑；浇筑侧墙至第3道支撑下方，当侧墙达到设计强度后，架设换撑；然后依次拆除第3道～第1道支撑并依次施作中板、侧墙及顶板。

2 换撑优化分析

若去掉第3道支撑换撑，由计算可知，支护结构变形及内力最大值发生第3道钢支撑拆除工况条件下，此时底板中心与第2道钢支撑中心间的距离为10.3 m，跨度较大对支护结构的受力及变形均为不利。因此需尽可能降低第2道支撑标高。

下压第2道支撑标高时，第2道支撑中心与第1道支撑中心间距拉大。计算过程中可能出现第1道支撑架设后且第2道支撑架设前的开挖工况基坑一次开挖深度过大，支护结构内力及基坑变形急剧增加而成为整个基坑开挖过程的控制工况。因此在下压第2道支撑的同时在有条件的情况下需同时下压第1道支撑保证基坑的受力合理。

第2道支撑下压的同时，也需满足各道支撑的间距、最下一道支撑与基坑底的间距合理，因此需调整第3，4道支撑的标高。各道支撑标高经优化调整后的布置如图2所示。

3 换撑优化计算

采用同济启明星软件对优化前与优化后的基坑支挡结构进行对比计算分析，对比计算结果如图3，图4所示。

对比计算结果可知：通过优化支撑布置，取消换撑后的基坑变形与未取消换撑的基坑变形基本一致，均能满足规范要求；地连墙内力值变化幅度不大，经过配筋优化调整可满足承载力要求；第1道、3道、4道支撑轴力值变化幅度不大，原支撑形式经计算后均能满足承载能力要求；由于在第3道支撑拆撑且中板未浇筑工况下，第2道支撑与底板间距增大，因此第2道支撑轴力偏大显著，应将原φ609，t=16钢支撑调整成φ800，t=16钢支撑或采用混凝土支撑。

4 结语

本文结合某地铁车站工程实例，对换撑优化进行了计算分析。取消换撑后，通过采取下压第2道支撑标高以减小拆撑工况下第2道支撑与底板间距及调整其他道支撑标高，增加第2道支撑强度，对地连墙进行配筋调整等措施，基坑的变形内力能满足要求。这说明优化换撑在一定条件下是可行的。该地铁车站位于交叉路口，第1道支撑同时也作为临时路面系统的一部分，下压标高方案难以成立，但是对于其他具备下压条件的相似工程而言具有一定的参考意义。