中铁第六勘察设计院集团有限公司 天津空港 300308
摘要：地铁车站常常建造于环境较为复杂的城市之中，周边有密集的建筑物和复杂的地下管线，对地面交通与地表沉降有较为严格的要求。因此，为了保证基坑安全，减小对周边建筑物的影响，需要研究基坑围护结构内为与变形情况。此外，为了保证车站的安全，减小对地面的影响，也需要研究车站结构的内力与变形情况。本论文主要针对东口大桥车站进行基坑围护结构计算。东口大桥站基坑更是位于道路南侧的半幅路面下，基坑南侧是己经开挖的天府时代广场基坑，西临东口大娇。基坑护壁的变形必须控制在规范允许的范围内，并做好防水、排水措施，加强监测保证基坑的安全。
关键词：地铁车站；基坑；围护结构；内力分析；
1引言
成都市作为四川省的省会城市，西南地区的城市重镇，近年来经济发展迅猛，城市交通现状日趋严重。目前，国巧、外的成功经验证明：城市轨道交通的发展，是解决城市交通问题的根本措施。城市轨道交通的发展能够带动城市经济等沿轨道交通线发展，能够有效缓解城市中也密集的现象，也能更为有利的使得市区密集人口疏散到郊区，促进城市周边的发展。有了大运量的城市公共交通，人们可以白天到市中也工作，享受城市文明，晚上可以到环境优美的郊区居住。因此发展城市轨道交通，尤其是城市地下交通，如地铁等，是社会、经济、资源和环境的可持续发展的可行之路。
由于城市地铁修建在地下，受到周围复杂的地下管线、密集的建筑物和地面交通的影响，具有一定的复杂性。因此在地铁设计施工时需要考虑城市建筑物、地下管线和地面交通的影响，制定相应的施工方法，以求减小对周边结构的影响。此外，由于城市人口密集，保障地面交通和环境，对维护群众财产安全等具有重要意义。因此需要对城市地铁的施工方法和设计方法进行细致的研究，保证施工和结构安全经济性。
2基坑支护体系方案比选
2.1 围护结构
成都地铁2号线车站主体基坑开挖深度约20.3m。根据对成都深基坑的调查研究，以及成都地铁1号线一期工程的实际经验，可供选择的基坑围护结构主要有土钉墙、人工挖孔桩、灌注桩或咬合桩等。
土钉墙支护是目前成都地区基坑支护采用较多的结构型式，它具有施工速度快、用料省、造价低的特点。土钉墙基坑放坡1： 0.2左右，而本站基坑深为20.3-22m，放坡水平距离超过4.4m，即使只考虑地下两层的高度范围放坡，放坡水平距离也有2.3m，周边场地条件不允许（站位限制和东大街交通流量大，至少须保持四机二非的交通），故排除深度范围内全部采用土钉墙支护方案。由于基坑南侧是天府时代广场己开挖基坑，设计初进行沟通协调，天府时代广场先开工，待地下结构完成至地面，地下结构的每层板，可以为地铁基坑开挖提供钢管对撑条件，保证地铁基坑开挖时变形小，地面沉降小，并且满足东大街的交通通行能力。
围护桩的选择，人工挖孔桩不需要大型设备，能充分利用我国劳动力资源丰富的特点，可以多组并行作业，具有施工速度快、投资省，占用场地小、场地利用率高、环境污染小等优点，但人工挖孔桩需要降水，而本站为地下三层车站，围护桩较长，且本站紧邻府河，河底深约4.85m，位于透水性较高中砂或卵石层上，会造成基坑周边降水困难，加之挖孔桩坑壁有中砂层和卵石层，如果不能有效降水，将危及挖孔桩的施工安全，因此，本站临近府河，围护桩不宜采用人工挖孔桩。距府河较远的区段，在有效降水深度范围内，可考虑采用人工挖孔桩。
灌注桩虽然造价相对较高，但是可解决不能有效降水时的成孔安全问题，同时采用冲孔等工艺，可以解决一般机具难以穿越卵石层等问题，也不存在如土钉墙放坡，占用场地较大加剧交通疏解困难的情况，因此当降水比较困难时，可采用冲孔灌注桩。
结合基坑周边情况，邻近府河一侧的左端头井端墙附近及芷泉街一侧部分标准段采用咬合桩；其余部分采用复合桩型，即上部采用人工挖孔桩，下部采用冲孔灌注桩，内侧挂网喷射混凝土。
经初步计算分析，围护桩布置为：左端头井端墙及芷泉街一侧部分标准段采用。Φ1000@800咬合桩；其余部分采用小Φ1200@2000上挖下钻的复合桩。
2.2 临时支撑
由于2008年汉川地震，天府时代广场暂停施工，基坑开挖后一直搁置，不能给地铁施工提供上部设置对撑的条件，为了加快地铁施工，尽快还路满足交通需求，上部在没有设置对撑的条件下，支护体系考虑采用土钉和锚索进行支护。通过与交管局协商，东大街道路交通按照双向两车道+非机动车道设置，这样就为上部放坡开挖提供了场地条件。为了节约造价，体现经济性，地面以下6米采用土钉支护，6-12米采用锚索支护，12-22m采用钢管对撑。由此，东门大桥地铁站基坑支护体系就形成了上柔（土钉+锚索）下刚（钢管对撑）的支护体系，其中方案比较表见下表1所示。
表１方案比较表
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3. 支护体系计算
以往支护体系大多均为单一支护，如土钉墙、锚索或刚性支撑体系，本工程采用上部土钉墙+锚索，下部钢管内支撑的支护体系，这种上柔下刚的支护体系成都基坑开挖中采用的较少，尤其是土钉+锚索+钢管三种混合的支护体系，在成都基坑开挖中目前尚属首例，所以计算模式能否体现实际开挖情况，变形条件能否满足规范要求和施工要求都是本次工程需要验证的地方。
3.1 计算原则和依据
本文主要采用理正深基坑分析计算软件，分析成都地铁二号线车站结构受力及变形情况。计算分析主要采用荷载－结构模式，选取级向枯间距的围护结构，并选择最不利位置（侧±压最大处）进行计算。依据专家审查意见确定的现有建筑方案、《成都地铁２号线一期工程（１标段）详细勘察阶段－东口大娇站》、《地铁设计规范》等建立计算模型。计算单元在车站纵向取单元长度按弹性地基梁计算，围护结构模巧基坑开挖、回筑内部结构的施工过程进行内力计算。上部土钉墙的基坑变形在开挖期间完全释放，下部锚索和支撑变形在计算时，将上部开挖后的土体压力以及超载直接加载在下部，计算所得变形应符合规范要求。最终通过施工监测来印证此种方法的可行性。
3.2 结构计算模型
围护结构计算采用荷载－结构模型进行计算，利用有限元软件模巧施工及回筑阶段结构的受力及变形特点。采用弹性地基抒系有限元法计算分析围护结构内力，模拟开挖、支撑、回筑的实际施工过程。采用朗金土压力理论计算基坑外侧土压力，除砂层外，其余土层水±合算。本计算采用理正深基坑支挡结构分析计算软件计算。开挖面以下用一组弹黃模拟地层水平抗力。地面超载按20kPa化计算。
4. 计算结果分析
根据计算分析、工程类比及己有的施工经验，粧嵌固深度西端头盾构井处取5.15m。标准段处植嵌固深度取4m；西端头盾构井处粧嵌固深度取4.45m。围护结构采用上部放坡＋铺索，下部采用灌注植＋钢管内支撑。本文主要针对标准段的基坑开挖支护进行车站基坑支护结构的受力与变形分析，分析包含了标准段上部与下部开挖时基坑的稳定性分析、围护结构的受力与变形分析。
4.1 标准段上部开挖稳定性分析
根据以上的方案比选，确定了围护结构采用上部放坡＋锚索的施工支护方案。对于标准段上部施工，通过软件可以计算出标准段上部开挖，提取基坑标准段滑面的位置与稳定安全系数见下表２所示。第四个滑动面，即开挖最底部位置的滑动面整体稳定安全系数最低，仅为1.304，是影响基坑安全的关键面。
表2标准段放坡开挖稳定安全系数
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4.2 标准段下部开挖稳定性分析
根据以上的方案比选，确定了围护结构采用下部锚索＋钢管支撑的施工支护方案。在标准段上部施工后，进行基坑的下面施工，通过软件可以计算出标准段下部开挖，提取软件计算的锚索与内撑的内力见下表3所示。
表3锚索与内撑的内力
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抗倾覆安全系数在基坑设计中尤其重要，它是基坑抗倾覆性能的一个重要指标，定义如下：
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式中；Mp为被动±压力及支点力对枯底的弯矩；Ma为主动±压力对粧底的弯矩。由此可得基坑的抗倾覆安全系数为：KS=2.761>1.200，满足规范要求，因此该设计是符合工程需求的。
4.3 围护结构内力与位移分析
围护结构的位移呈现出两头小，中间大的趋势，其中在中间靠下的位置，约地下16m围护结构的变形最大，达到14.8Omm。，围护结构在基坑开挖过程中，变化较为复杂，总体来说呈现中间大，两头小的趋势。由图可见，围护桩内侧最大弯矩为1551kN，m，外侧最大弯矩为714kN .m；侧向最大位移为14.8mm；满足基坑支护结构最大水平位移控制要求。第一--第四道支撑最大轴力分别为400kN，1410kN，2730kN，1890kN。围护结构的抗隆起、抗倾覆和整体稳定等均满足要求。
5. 结束语
本论文主要针对东口大桥车站进行基坑围护结构计算。东口大桥站基坑更是位于道路南侧的半幅路面下，基坑南侧是己经开挖的天府时代广场基坑，西临东口大娇。基坑护壁的变形必须控制在规范允许的范围内，并做好防水、排水措施，加强监测保证基坑的安全。
参考文献：
[1]郭湛，白鑫，许海泉.地铁明挖基坑安全监控系统设计[J].现代城市轨道交通，2011，04：70-72+125.
[2]刘璐.合肥膨胀土地层明挖地铁车站两阶段施工关键技术研究[D].西南交通大学，2015.
[3]李强，王明年，李德才，等.地铁车站暗挖隧道施工对既有桩基的影响[J]. 岩石力学与工程学报，2006，25（1）：184-184.
[4]陈宏，胡建国.暗挖地铁车站建筑设计方法探析[J].地下空间与工程学报，2010，05：1001-1008.
[5]李华伟，聂庆科.深基坑开挖过程中桩锚支护结构变形和受力状态演化过程[J].煤炭学报，2011，52：314-320.