某城市地铁车站围护结构变形特性分析

陈 扬 周 帅

(1.深圳市交通公用设施建设中心，广东 深圳 518040；2.中铁西南科学研究院有限公司，四川 成都 610031)

0 引言

随着我国经济和基础设施建设的快速发展,改善城市交通条件、建设城市轨道交通显得日益重要。而城市轨道交通的建设必将涉及大量的深基坑工程,而这些深基坑工程往往又处于人口密度大、道路交通繁忙、地下管线密集的地区，控制基坑施工引起的变形是十分必要的。

本文通过对某城市地铁1号线车站明挖基坑的施工过程和监测数据分析，对比了不同内支撑体系约束下围护结构的变形情况，总结了不同支撑体系约束下围护结构的变形规律。

1 工程概况

某城市地铁1号线和平医院站、烈士陵园站地处交通繁忙的城市主干道——中山西路上，其中和平医院站位于白求恩国际和平医院东北方位，是1号线与远期5号线的换乘站；烈士陵园站位于华北军区烈士陵园门前，是本期工程中三大关键节点之一，承担着按时完成车站封顶、盾构区间贯通、全线线路铺轨的重要任务。

和平医院站地点里程为K6+268.160，终点里程为K6+499.260，站台中心里程为K6+417.000。车站主体基坑总长232.7 m，其中标准段基坑长79.0 m和103.7 m，宽度分别为22.95 m和21.80 m，平均深度均为16.90 m。

烈士陵园站起点里程为K7+489.300，终点里程为K7+714.700，站台中心里程为K7+573.000。车站主体基坑总长为225.6 m，其中标准段基坑长为165.36 m，宽度为19.8 m，轨排井段(含铺盖段)基坑长31.05 m，宽度为21.0 m，平均深度为16.49 m。

2 工程地质及支护结构形式

车站范围主要分布地层为杂填土、素填土、黄土状粉质粘土、黄土状粉土、粉细砂、中粗砂、粉质粘土，底板以下为细中砂、中粗砂(含卵石)、卵石层。

其中和平医院站底板位于粉质粘土层，典型剖面显示底板向上地层分别为3.0 m厚粉质粘土层、0.7 m厚中粗砂层、5.5 m厚粉细砂层、6.8 m厚黄土状粉质粘土、0.8 m厚杂填土。

烈士陵园站研究段底板位于粉质粘土层，典型剖面显示底板向上地层分别为3.8 m厚粉质粘土层、1.2 m厚中粗砂层、2.7 m厚粉细砂层、5.2 m厚黄土状粉质粘土及粉土层、1.5 m厚杂填土及素填土层。

两座车站基坑围护结构均采用钻孔灌注桩+内支撑体系，标准段和盾构端头井段钻孔灌注桩采用φ800 mm@1 300 mm，烈士陵园站轨排井段采用φ1 000 mm@1 500 mm，桩间采用80 mm厚挂网喷射混凝土，桩顶设800×800 mm冠梁(局部φ1 000 mm桩冠梁采用1 000×800)。

基坑标准段内的支撑均采用三道φ609钢管支撑+2Ⅰ45b组合钢结构腰梁支护体系，其中烈士陵园站轨排井标准段采用4道预应力锚索+2Ⅰ28b组合钢结构腰梁支护体系。后考虑和平医院站基坑北侧现有楼房未完成拆除工作，基坑第一道钢支撑变更为混凝土支撑，标准段围护桩加密(φ800 mm@1 200 mm)。

3 监测点位布置情况

为保证深基坑安全，施工过程中分别对周边地表、管线、建构筑物、围护桩体变形、支撑轴力等项目进行了监测，其中围护桩体变形最能直接反映支护体系的受力变形情况，也是对支护体系有效性的最好证明。

桩体变形监测点按照规范及设计文件要求，布置在每边中部、基坑阳角等关键部位，其点位分别见图1,图2。

在桩体变形监测对应断面，为进行变形对照同时设置了支撑轴力、锚索拉力等监测项目。

4 监测结果及分析

图3为和平医院站西侧基坑的围护桩体变形点ZQT02位置的时程曲线图。由图3可知，当第一道采用混凝土支撑、第二、三道采用钢支撑时，其围护结构最大变形值为11.38 mm，位于地面以下13 m处；冠梁处最大变形值为0.80 mm，二者比值为14.23。

图4为烈士陵园站轨排井范围基坑的围护桩体变形点ZQT16位置的时程曲线图。由图4可知，当采用四道锚索支撑时，其围护结构最大变形值为6.80 mm，位于地面以下7 m处；冠梁处最大变形值为4.84 mm，二者比值为1.41。

图5为烈士陵园站轨排井与标准段交界处基坑的围护桩体变形点ZQT15位置的时程曲线图。由图5可知，当采用钢支撑+四道锚索支撑时，其围护结构最大变形值为9.55 mm，位于地面以下9 m处；冠梁处最大变形值为2.25 mm，二者比值为4.24。

图6为烈士陵园站轨排井小里程方向标准段基坑的围护桩体变形点ZQT18位置的时程曲线图。由图6可知，当采用三道钢支撑时，其围护结构最大变形值为8.40 mm，位于地面以下9.5 m处；冠梁处最大变形值为4.37 mm，二者为1.92。

图7为烈士陵园站轨排井大里程方向标准段基坑的围护桩体变形点ZQT08位置的时程曲线图。由图7可知，当采用三道钢支撑时，其围护结构最大变形值为14.32 mm，位于地面以下9.5 m处；冠梁处最大变形值为7.77 mm，二者比值为1.97。

在进行桩体变形监测的同时，对支撑轴力、锚索应力等项目同时进行了监测。监测结果显示，支撑轴力及锚索拉力在预加时实测数据普遍比设计轴力偏小，其中钢支撑实测预加力约为设计值的30%，锚索实测锁定值约为设计值的65%。且钢支撑轴力监测周期内随温度变化波动较大，而锚索应力较稳定。

5 结论与讨论

通过对某城市地铁1号线和平医院站、烈士陵园站围护结构在不同支撑体系下的变形研究和监测分析，可以得出以下结论：

1)第一道采用混凝土支撑时，其强大的支撑刚度能有效控制围护结构顶部变形。

2)采用锚索做支撑体系时，有利于控制围护结构最大变形量，且能较好地控制基坑开挖过程中超挖、支撑架设滞后等情况，但不能有效控制围护结构顶部变形。

3)采用钢支撑做内支撑体系时，其对围护结构顶部变形的控制作用较好，但最大变形量与支撑架设的及时性密切相关，随支撑架设及时性的增大而减小，且发生位置在第二道、第三道钢支撑之间逐渐上移。

4)采用不同支护形式做内支撑时，围护结构最大变形与顶部变形的比值随支撑刚度尤其是第一道支撑刚度的增大而增大，其中采用锚索支撑时该比值约为1.2～2.5，采用钢支撑时该比值约为1.7～3.2，采用混凝土支撑时该比值约2.8～16。