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富水砂层地铁车站深基坑围护结构设计研究

发表时间：2021/6/29 来源：《基层建设》2021年第6期作者：孙猛

[导读] 摘要：在富水砂层地铁车站的大型工程结构设计中，深基坑围护结构属于非常关键的地铁车站支撑体系结构。

        中铁第六勘察设计院集团有限公司天津 300308
        摘要：在富水砂层地铁车站的大型工程结构设计中，深基坑围护结构属于非常关键的地铁车站支撑体系结构。工程设计人员针对地铁车站布置深基坑围护的基本目标宗旨就是要确保车站地基部位的坚固与安全，通过设置围护结构来防止车站地基渗水以及地面沉降的安全隐患产生。因此，地铁车站的工程设计人员目前应当明确深基坑围护结构的布局规划要点，结合工程勘测数据来优化设计深基坑围护工程结构。
        关键词：富水砂层；地铁车站；深基坑围护结构；优化设计要点
        现阶段的地铁车站工程建设规模已经明显得到扩大，地铁车站的工程布局与设计结构日益趋向于复杂。地铁车站的大型项目工程在全面展开施工建设的情况下，通常都会涉及地铁深基坑的修建。基坑围护结构本身具备加固地铁工程基础的重要实践作用，有效阻止了工程地基沉陷以及地下水渗漏现象。地铁工程设计人员应当致力于优化深基坑围护的项目规划设计方案，充分保证深基坑围护的规划方案科学性。
        一、富水砂层地铁车站深基坑围护结构设计实例
        哈尔滨北站站位于松北区和呼兰区交界处火车哈北站北侧，为地下二层岛式车站。车站起点里程SK2+587.633，终点里程SK2+870.123，中心里程为SK2+796.522，全长282.49米，车站标准段宽约22.9m，有效站台中心处顶板覆土厚度为3.6m。
        车站设5个出入口、2个风亭，均为地下一层外挂式结构，均采用明挖法。主体为地下两层双柱三跨现浇钢筋混凝土箱型框架结构；出入口通道为单层单跨矩形框架结构；出入口敞开段为U形槽结构；风道为单层多跨矩形框架结构。车站拟采用明挖法施工，基坑围护结构拟采用地下连续墙+内支撑支护体系，车站主体基坑开挖深度约为15.66m，盾构加宽段17.16m，换乘节点段23.17m，附属出入口、风道基坑开挖深度约10.0m。淤泥质粉土层以及富水砂层构成了重要的场地地质要素，场地地貌单元属于松花江漫滩，勘察揭露地层由第四系松散覆盖层及基岩组成，第四系松散覆盖层主要岩性为：表层由耕土、素填土组成，上部由粉质黏土及粉细砂、中砂组成，下部由粉质黏土、黏土及粉细砂、中砂、砾砂；下部基岩为白垩系泥岩，层顶埋深47.40～48.50m。本站场地地下水可分为孔隙潜水、孔隙承压水，孔隙潜水主要赋存于第四系全新统冲积层中粉砂、中砂层中，该含水层厚度约10~19米，隔水底板为黏土层。孔隙承压水主要赋存于第四系下更新统东深井组冰水堆积层中粗砂、中砂、砾砂层中，相对隔水顶板为黏土层，隔水底板为全风化泥岩层，该含水层富水性好、透水性强。
        二、地铁车站深基坑围护结构设计的常用技术手段
        在目前的现状下，深基坑的工程设计人员重点可以选择钻孔灌注桩、地下连续墙、人工挖孔桩、SMW搅拌桩以及钻孔咬合桩等常见围护结构施工规划方案。工程设计人员通过实施准确的工程地质勘测，应当能够结合运用各种不同类型的基坑围护建设施工方案，通过组合运用基坑围护设计方案的技术措施来优化基坑围护结构整体支撑性能，确保经过组合设计得出的基坑围护支撑结构规划方案更加合理与科学[1]。此外，工程设计人员针对地铁站的深基坑支撑围护施工结构应当展开实时监测，判断得出不同时间段的基坑沉降数据变化动态，合理改进与完善现有的基坑围护支撑体系结构[2]。
        本站施工方案选择地下连续墙的工程围护结构，重要根源在于本站所在区域的软弱地基土层占据较大比例，其中存在覆盖范围较广的淤泥质粉土层、富水中粗砂层地质状态。地铁站所在区域的淤泥土层厚度较大，并且表现为较大的基坑挖掘施工深度。由于受到以上因素导致的影响，那么将会造成基坑支撑形状改变的安全隐患增大[3]。
        对于深基坑围护结构选型主要可以分为主体结构选型以及附属结构选型。其中，主体结构基坑较大，深度较深。选型重点在于确保基坑自身稳定及周边环境的安全。附属结构基坑形状较为异型，选型应当侧重于确保基坑土体的稳定支撑性能得到充分体现，避免引发地铁车站的大型项目施工安全事故。

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根据工程勘测人员为工程设计单位准确提供的基坑土壤特性数据，包含水文数据、土壤特性数据以及基坑结构的位移数据等，以便于工程设计单位给出准确与完整的深基坑围护构造设计方案。对于富水砂层的特殊工程地质状况来讲，工程设计人员必须准确监测基坑周边的建筑物沉降以及管线基础沉降数据，优先选择连续墙或者挡土墙作为基坑围护的内支撑结构。针对与哈尔滨河漫滩地区，主体结构采用落底式止水帷幕，嵌入黏土等隔水层，附属结构采用悬挂止水帷幕，嵌入富水中粗砂层。
        三、地铁车站深基坑围护结构优化设计要点
        本站所在区域的工程地质特征比较特殊，富水砂层地质主要包含淤泥质粉土以及中粗砂层等，将会明显增加深基坑围护项目施工开展实施难度。为了达到优化设计与巩固地铁站深基坑围护支撑结构的效果，工程设计人员目前应当着眼于以下的围护结构设计改进措施：
        （一）基坑地下水抗浮
        本站换乘节点为26.65m×30.3m的矩形基坑，基坑深度23.17m，抗浮水位在现状地面上0.5m处。考虑换乘节点与远期车站相接，围护结构上部需要破除，设置压顶梁进行抗浮的作用较小。因此，采用设置压底梁和抗拔桩结合的方案，并结合围护结构及抗拔桩的侧摩阻力共同作用，满足基坑的抗浮设计要求。
        （二）基坑稳定性优化
        1 抗倾覆稳定性
        根据哈尔滨北站站已完工的情况及松花江河漫滩地质的特点，本站的主体围护结构形式为多道内支撑，在满足坑底抗倾覆稳定性的情况下，建议考虑最下一道支撑点的抗倾覆稳定性；本站的附属围护结构基坑较浅且支撑道数较少，如果考虑最下一道支撑点的抗倾覆，那么将会导致嵌固深度加长，并且消耗较多的施工资源与成本，并结合已经施工完成的附属结构情况，建议仅考虑坑底抗倾覆的稳定性。
        2 抗隆起稳定性
        本站基坑坑底位于中砂层，一般将砂层划分为软土层，且规定在基坑底为软土地区的情况下需要验算坑底抗隆起稳定性，结合哈尔滨河漫滩地区的地质特性，中砂层的地基承载力较大，稳定性相对较好，且坑底以下土层不存在软弱下卧层。若考虑坑底抗隆起稳定，则支护结构的嵌固深度需要加长，并结合已施工完成的工程，建议在满足支护结构底部抗隆起稳定性的情况下，针对坑底位于中砂层的且以下土层不存在软弱下卧层的工程，不再考虑坑底抗隆起稳定性。
        3、承压水基坑抗突涌以及渗流稳定性
        承压水基坑应当能够确保达到渗流稳定性以及抗突涌性能良好的标准，充分保证承压水基坑不会发生渗流的安全隐患风险，对于基坑支撑结构的抗突涌性能进行明显的优化与改善。工程规划人员需重视承压水基坑底部的土层稳定性能与承载能力，通过实施全面加固基坑底部土层的方式来处理软弱地基土层。
        结束语
        经过分析可见，深基坑围护结构在大规模的地铁车站项目修建过程中占据关键地位。基坑围护结构直接关系到地铁车站基础部位的安全性与坚固性，因此必须要得到项目设计人员重视。地铁车站的深基坑围护支撑结构应当达到稳定与安全的基坑支撑效果，优化设计基坑围护结构的具体思路应当包含围护结构合理选型、基坑地下水的抗浮设计、基坑稳定性能改善等，按照因地制宜的地铁工程项目设计宗旨来完善现有的地铁站基坑围护选型布局方式。
        参考文献：
        [1]沙开莱.地铁车站深大基坑围护结构设计——基于邻近河流城市[J].工业技术创新，2020，07（06）：141-149.
        [2]王双全.软土及砂层地质下地铁车站深基坑设计研究[J].现代城市轨道交通，2019（11）：69-73.
        [3]蔡明生.佛山地铁3号线高村站和美旗站软土深基坑设计分析[J].广东土木与建筑，2019，26（07）：52-56+62.