地铁车站深基坑围护结构设计研究 何立军

发表时间：2019-09-21T10:34:38.407Z 来源：《基层建设》2019年第19期 作者： 何立军

[导读] 摘要：随着城市地铁建设的快速发展，在建筑密集、高层次、深高风险等复杂条件下，越来越多的深基坑围护使地铁建设成为可能。

南京先行交通工程设计有限责任公司 江苏省南京市 210000

摘要：随着城市地铁建设的快速发展，在建筑密集、高层次、深高风险等复杂条件下，越来越多的深基坑围护使地铁建设成为可能。同时岩土工程也面临着前所未有的机遇和挑战，由于周围的边界条件和控制因素，地下基坑的形状远远超过标准模型，基坑深度不断加

深，增加了基坑围护工程的风险。如何在地铁车站施工中选择科学合理的围护系统，如何设计施工过程中的安全性以及周围建筑物和地下

管线的安全性，这些问题都是基坑工程技术人员必须考虑的问题。

关键词：地铁；深基坑；围护结构；设计

引言

随着城市的快速发展，城市地面交通越来越拥堵，为了缓解交通压力，很多城市开始修建地铁。在地铁的修建过程中，地铁车站一般位于城市建筑、人口比较密集的位置，由于受周边复杂环境的影响，地铁车站基坑工程引起设计单位和施工单位的关注，基坑围护结构的

选型和施工方案受周边环境影响较大。

1内撑式围护结构的特点

目前，基坑围护结构的类型主要有放坡开挖、内撑式围护结构、悬臂式围护结构和重力式围护结构。由于内撑式围护结构具有刚度大、变形小的特点，因此在地铁车站项目中较为应用广泛，分为挡土结构和内支撑结构。其传力路径明确，由土压力和水压力到挡土结构

再到内支撑，在地下水较浅或较多的地方挡土结构还可以作为止水帷幕，有效承担了水压力和防止了水体的渗漏问题，常用的挡土结构有

混凝土排桩、钢板桩、地连墙等。内支撑结构有混凝土支撑和钢支撑，在一些工程项目中会采用混合支撑，即第一道采用混凝土支撑，第

二、三道采用钢支撑，钢支撑施工灵活、安全环保，混凝土支撑刚度大、整体性好，变形小，混凝土支撑把力安全有效传递给钢支撑，解

决了基坑的变形和稳定问题，绿色环保，有效缩短了工期，保证了施工质量。

2基坑围护结构的定义及常见围护形式

地铁基坑中使用的围护结构种类很多，有很多的设计方法，由于技术和施工机器不同，因此应考虑基坑的深度、工程地质和水文地质条件等。通过技术与经济的综合比较，确定城市发展的特征。地铁基坑工法多种多样，有明挖顺做、逆作、盖挖、半盖挖法等，而在最常

见的明挖法地铁基坑设计中，一般都是围护结构结合内支撑或者是外拉锚杆，而常见的围护结构主要有以下几种：（1）地连墙：多使用于

地下水位高的软土地区，施工时振动小、噪声低，能在建筑物、构筑物密集地区施工。地下墙具有的刚度大，能承受较大的水平侧向荷

载，基坑开挖时变形较小，周围地面的沉降少，能够较好地控制和减少对邻近建（构）筑物和地下管线的影响的特点，且防水效果好，在

深基坑工程中应用较广泛。但其造价高，同时，在富水砂层，应注意墙缝止水，通常采用搅拌桩或者旋喷桩来解决墙缝止水问题。（2）钻

孔灌注桩：适用于多种地质条件，分干作业（旋挖桩等）、湿作业（泥浆护壁置换）等。地下水位高时，辅以止水帷幕，地下水位很低或

无地下水时，不设帷幕。其刚度较地下墙小。造价较高。在地下水位较低，土层条件较好的地区采用较多。在软土地区，基坑深度10～15

ｍ左右可作为比选对象，综合条件较优时采用。（3）钻孔咬合桩：整体刚度比地下墙低，比钻孔灌注桩高。施工工艺相对比较复杂，对施

工设备及施工队伍要求较高，在实施时对初凝时间的控制不好可能引起墙体渗水，对桩体垂直度的控制要求也很高，在深厚砂层中可能出

现颈缩现象。在地铁基坑工程采用较少。其造价较高，适用于深度15m以下的基坑。（4）SMW工法桩：采用搅拌桩形成均匀的挡土墙后

将型钢插入搅拌桩中以形成刚性复合围护结构。具有止水性好、结构简单、设计速度快的特点，并且钢可部分回收能够进行再利用。多运

用于软土地区周边环境条件相对较好、基坑深度较浅（一般不大于10米）的情况。在软土地区车站附属结构围护中采用较多。

3深基坑围护结构计算方式分析

3.1单元计算方式

对地铁车站基坑南北两侧的围护结构进行计算时，使用理正深基坑计算软件完成单元计算，使用主动土压力对基坑外的迎土面土压力模拟，假定基坑开挖面下方的土压力为矩形分布模式，对基坑内的开挖面下方土压力使用被动土压力。在计算过程中，支撑支锚刚度取值

操作一定要按照相关规范进行。为确保深基坑围护结构稳定性，要对基坑抗渗流等指标进行确定，保证指标达到要求标准。在基坑两侧使

用不同设计方式，主要是因为深挖荷载与坑顶荷载存在差异，基坑南侧桩身的最大计算位移为25.9mm，基坑北侧桩身的最大计算位移为

17.3mm。南侧围护桩变形情况比北侧围护结构变形情况更大。

3.2二维有限元数值模拟计算

这种计算方式主要是模拟深基坑围护结构的二维平面模型，在选择计算区域时，一般会选择深基坑开挖深度的2倍范围内。模型计算区域的宽度是85m，高度是35m，利用有限元模型中土体结构模型使用的是摩尔-库伦模型，而岩土体则使用二维平面应变四节点单元进行

模拟。在模拟过程中要注意地下水对深基坑围护结构的影响。对深基坑围护结构模型进行计算后，发现基坑南侧围护桩与侧壁土体都存在

向北偏移的情况，同时基坑南侧的坑顶土体还存在沉降趋势。

4处理地铁车站深基坑开挖围护结构的原则

4.1基坑安全性

地铁深基坑工程项目的综合性比较强，但风险也较大，这就要求施工技术人员在选型时，一定要将理论知识与实际施工经验进行较好的结合，具体问题具体分析，对基坑基础性结构的特点进行深入探讨，科学合理地选择最佳的施工方案，从而使整个施工过程得以顺利开

展。

4.2维护基坑挖掘结构

在施工项目运行时，施工的便利性一定要得到保障，施工单位采取的施工方案一定要具有较强的科学性，创建完善的高水平施工体系，严格控制工程项目的各项支出，从而使工程管理工作的实效性得到较好的实现。施工单位在施工时，一定要以理论为基础结合施工技

术不断提升工程的施工效率，从而使深基坑围护结构的挖掘工作水平得到不断提高。

5地铁工程深基坑挖掘围护结构施工 5.1挖掘土方

在土方挖掘时，基础性工程的施工一定要使用架设支撑的办法，确保实际施工效果满足设计标准。在土方施工时，使用的主要施工办法为分层分段法，从而使支护过程与挖掘过程实现融合，防止出现超挖的情况。在处理挖掘施工工序时，严格控制挖掘的长度，以深基坑

的深度和坡度为基础创建科学的施工方案，分段挖掘的长度与设计的要求要一致。在分层分段挖掘时，竭尽全力压缩支撑架标高位置的延

米长度，架设工作要及时，有效降低基坑向坑内的收缩变形。科学设置支撑架施工时间，确保架设的质量满足设计的要求，使基坑挖掘的

安全性得到保证。基坑挖掘的主要顺序从上而下，挖掘施工达到支撑设计轴线50m距离时，新的支撑需要及时进行架设。基坑挖掘深度要

满足标准，不可以出现任何的超欠挖现象。

5.2处理降水

为了使深基坑挖掘围护结构的施工质量得到保证，一定要以施工方案为基础，创建科学合理的管理办法，不断提升整体工程的施工水平。处理深基坑降水问题时，降水一定要满足设计的要求，对管线管控工作、建筑物和地表处理机制进行科学的维护。在基坑挖掘以前，

将施工降水工作处理好。在挖掘施工时，一定要对地下水进行严格的监控，安排专人来负责暴露出的连续墙的相关工作，及时封堵和引排

渗漏水情况。对工程项目四周的食物进行严格的监督和管理，降水处理工作的标准水平一定要满足设计的要求。通过对水位基础参数的维

护，来实现对地铁车站深基坑挖掘围护结构施工质量的提高。

结束语

通过对地铁基坑围护结构设计的研究，我们发现这项工作的顺利开展取决于各种因素的控制，相关人员应该从深基坑进行客观化研究，才能开始使用，利用自己的优势，探索和开发最实用的围护结构设计。

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