地下连续墙在某地铁车站基坑围护中的应用分析

张航，谌小丽

（1.江苏城乡建设职业学院，江苏 常州 213147；2.常州铁道高等职业技术学校，江苏 常州 213011）

1 引言

南京地铁5号线科宁路站为中间站，采用明挖顺作法施工，车站主体基坑长 512.0m， 标 准 段 宽 21.1m，深16.39～17.33m，一期基坑开挖深度16.84m，围护结构采用0.8m地下连续墙。

土层参数如表1。

计算依据如下：

①地下水位埋深0.50m；

②计算简图如图1所示；

③根据不同土层的情况采用水土分算或合算，见表2。

图1 计算简图

2 主要计算原则及计算标准

①车站主体基坑安全等级为一级，重要性系数为1.1；基坑变形控制保护等级为一级（地面最大沉降量≤0.15%H；围护结构最大水平位移≤0.2%H或≤30mm）。

土层层数图 表1

②地下连续墙设计使用年限为100年，安全等级为一级，围护结构应满足基坑稳定要求，不产生倾覆、滑移和局部失稳，基坑底部不产生管涌、隆起，支撑系统不失稳。围护结构构件不发生强度破坏。

③地面超载按20kPa计算。

④为减少墙体在基坑开挖时间的位移，对支护结构的水平支撑应施加预应力，其值可按轴力标准值的50%～80%计，结构的内力及变形计算应考虑支撑预应力作用。

⑤围护结构内力计算为沿车站纵向取单位长度按弹性地基梁进行计算，地层对墙体的抗力作用采用一系列弹簧进行模拟，计算时计入结构的先期位移以及支撑的变形，按“先变形，后支撑”的原则进行结构分析，并计算内部结构回筑阶段各工况的内力组合。

3 支撑与拆撑顺序

本工程基坑开挖共设置四道支撑，其中第一道为800×1000钢筋混凝土支撑，其余各道采用φ609x16钢管支撑，混凝土支撑纵向间距一般为9m，钢支撑纵向间距一般为3m。

支撑刚度如表3所示。

支撑与拆撑顺序（工况）如表4所示。

4 围护结构内力与变形分析

针对基坑开挖的各种工况，采用有限元软件进行建模，通过软件计算得出地连墙的内力和变形曲线如图2所示。

①预加轴力

土层m值、k值的计算图 表2

支撑刚度 表3

支撑与拆撑顺序（工况） 表4

地连墙最大抗力与位移 表5

支撑的反力 表6

②不预加轴力

通过分析得知，采用预加轴力的内支撑工况下，地连墙的位移比不预加轴力的工况要小，如表5所示。

图2 地连墙抗力、位移包络图（预加轴力）

图3 地连墙抗力、位移包络图（不预加轴力）

其中，虽然两种工况下地连墙的最大抗力都达到250kN/m，但采用预加轴力的工况下，地连墙的平均抗力要比不采用预加轴力的工况要小。其次，地连墙的位移变形相差较大，其中采用预加轴力的工况下，地连墙的最大位移达到16mm，而不采用预加轴力的工况下，地连墙的最大位移达到21mm。

另外，通过软件计算得知支撑的反力如表6所示。

均满足要求。

5 围护结构稳定性验算

5.1 墙底抗隆起计算

地基承载力计算：

图4 墙底抗隆起计算简图

地基的极限承载力为：

R=qN+cN

其中N和N称为承载力系数，是土的内摩擦角φ的函数：

注：

①坑内侧向外16.8m范围内总荷载为11593.9kN/m；

②验算断面处土体内聚力：40.0kPa；内摩擦角：18.0。

图5 墙体抗倾覆计算简图

③ 安 全 系 数 ：k=2362.3 ×16.8/11593.9=3.43＞1.8，符合规范要求。

5.2 抗倾覆计算

抗倾覆安全系数：

6 结论

本论文根据南京地铁5号线科宁路站一期基坑围护项目，重点对采用地下连续墙围护形式下的基坑进行受力分析，根据内力分析结果对基坑的稳定性进行了研究，结论如下。

①确定了地铁车站围护结构的受力分析方法。结果表明：采用地下连续墙的基坑围护形式在地铁车站深基坑中应用较好，基坑的稳定性较好，各项验算结果符合规范要求，对后期主体结构施工安全至关重要。

②地铁车站基坑支护采用地下连续墙+内支撑的结构设计形式能有效确保基坑的安全，为今后在类似施工环境和地质条件下进行深基坑结构形式选择设计提供借鉴。