北京城建设计发展集团股份有限公司 湖北 武汉 430062
摘要：随着城市地铁建设的迅速发展，紧邻密集建筑物、软弱富水地层、超深、高风险等复杂条件下深基坑工程愈来愈多，使得深基坑工程问题成为我国建筑工程界的热点与难点问题，岩土工程界也面临前所未有的机遇与挑战。城市地铁工程在不断的兴建，因此带来很多的深基坑工程。因为受到周围边界条件以及控制因素的影响，地铁基坑的形式远远超出了标准的模式，基坑的深度在不断的加深，这样就不断的增加了基坑围护工程的风险。
关键词：地铁车站；超深基坑；围护结构；设计
1地质分析
工程地质是指地铁车站施工位置的工程环境。超深基坑围护结构设计中，工程地质信息是整个前期工作的重中之重，设计人员应该与勘察人员的工作及成果紧密结合，详细、全面地了解地铁车站及连接轨道的走向，车站地址区域是否具有建设地铁车站以及开挖超深基坑的条件，是否具有不良地质条件的存在，地铁车站如占用村镇用地，就要检查施工区域是否拆迁完毕等情况。围护结构设计的参加人员，到地铁车站超深基坑的施工现场及其周围，仔细勘察工程地质，掌握超深基坑工程所处的环境条件，勘察周围的构筑物、建筑物、公路桥梁、城镇社区等信息，还要仔细测量出相邻车站的间距，避免超深基坑围护结构受到影响。
及水力的处理方案，消除水文对施工过程的不利影响。
2数值模拟
2.1数值模拟技术
数值模拟技术在地铁车站超深基坑围护结构设计时，利用有限元结构分析软件，把整体划分成若干的结构，进而仿真围护结构的设计方案，评估围护结构是否符合地铁车站超深基坑的需求，是否满足结构设计要求。首先，利用数值模拟技术建立地铁车站超深基坑的模型。模型建立时，一定要注重超深基坑的平面状态、基坑结构以及工程土层地质，结合工程实际中测量的各项数据信息调整模拟的过程。例如:有限元结构软件中，仿真了超深基坑围护结构的边界条件，专门从左侧、右侧、下方设置边界线，以便分析超深基坑围护结构的状态。地铁车站荷载较大，其会对超深基坑围护边界造成破坏，引起水平变形和竖向位移等问题，有限元软件中的边界仿真，需要模拟地铁车站的荷载，观察围护的变化情况，进而获取仿真数据。
然后利用有限元软件分析地铁车站超深基坑围护结构的初始状态，模拟土体固结，分析土体自身重力的影响以及存在的位移场，分析土体固结的规律，在此仿真条件下，才能准确地设计围护结构的方案。为了提高地铁车站超深基坑围护结构的设计水平，有限元软件模拟超深基坑内的围护桩，激活围护桩的有限元，在数值模拟时，专门针对围护桩施加均衡的荷载，观察围护桩的结构状态。围护桩上，需要施加横支撑模拟初始地应力条件，激活所有的围护桩单元，模拟中，距离超深基坑围护内壁20m的距离中，均衡施加荷载，确保横支撑设计，能够符合结构围护的需求。
2.2围护结构仿真
地铁车站超深基坑围护结构设计的仿真研究过程中，需要了解荷载在围护中引起的位移变化。一般情况下，基坑围护部分、桩体位移量会随着基坑的深度发生变化，基坑深度越大，桩体位移量也会随之变化，进而会引起土体扰动的问题。围护结构设计仿真时，要注意围护设计时的变形和挠曲，围护的竖直方向上，受到结构自重和土体的干扰，表现出沉降变形的问题，仿真时，要准确地观察围护结构的整体变化，尤其观察边缘位置，减少围护的变形作用力。围护结构在地铁车站超深基坑的深层部分，沉降变形的速度较快，围护与基坑内壁距离越近，沉降变形越严重，仿真分析中要预防沉降变形，维护超深基坑围护结构设计的准确性，满足地铁车站的工程需求。
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3围护设计工程案例分析
3.1工程案例
某地铁车站，超深基坑的总长度是180m，宽度为23．7m，深度为36m，南北走向分布。该超深基坑周围临近河堤，河床高20m，预估超深基坑的地下水位标高为8．360m，车站施工区域的一侧是已经拆迁完毕的空地，另一侧是预应力桥，桥梁已经通车，周围还分布着高层建筑、学校和大型超市等建筑，该车站位于城市的开发区，交通流量和人流量很大，对地铁车站的安全性有着较高的要求。地铁车站建设时，比较重视超深基坑围护结构的应用，借助盖挖逆作法，完成了施工。
3.2水文勘察
水文勘察是地铁车站超深基坑围护结构设计的重要依据，本案例中，车站施工区域的场地属于比较平坦的类型，水文勘察时发现该施工区域时冲积平原，因为施工区临近河床，所以部分岩土松散，表层存有大量的黏土、淤泥，填土富水性强，而且土层具有较高的渗透能力，虽然有地下水和地表水作用，但是岩层土体孔隙潜水，经测量，土层的渗透系数为5．0×10－6～4．07×10－7cm/s，土层水量少，不会影响到超深基坑围护设计。该案例的水文勘察工作中，采用了钻探研究的方法，全方位地了解超深基坑岩层的水文信息，钻探深层土质时有埋深地下水出现，土层的透水系数稍低，规划为中等透水级别。
3.3围护选型
我国地铁车站深基坑的围护选型中，比较常见的有灌注桩、地下连续墙，复合围护。本文案例中，地铁车站超深基坑的围护选型采用了地下连续墙结构，此类结构止水效果较好，可预防深层渗水的问题，而且结构形式灵活，能够根据地铁车站超深基坑的实际情况设计围护的形势，即使现场的支护工艺复杂，也能体现出地下连续墙的优势。案例中，把地下连续墙设计成地铁车站超深基坑围护结构，兼做永久侧墙结构一部分的叠合结构，内部设置横支撑结构。
3.4围护设计
3.4.1横撑结构
该地铁车站超深基坑的围护结构中，横撑体系，主要以内支撑为主，基坑围护的垂直方向上，总共设计了5道横支撑，一道换撑，第一道横撑也是最基础的部分，设计成800mm×1000mm的钢筋混凝土支撑，剩余支撑采用Φ800mm，壁厚t=16mm钢支撑，支撑跨度的设计范围是高于16m，具体以围护时的实际情况为主，围护结构中的支撑跨度超过20m的，采用格构柱支撑方法，以提高围护横撑设计的可靠性。
3.4.2地基加固
案例中，围护结构设计期间，采用加固的设计手段，提高围护结构的稳定性。加固方案是指针对地铁车站超深基坑地基结构实行加固处理，保障地基的稳定性，才能为围护结构提供足够的支撑力。超深基坑的深度大，施工复杂，基坑开挖前设计出地基加固的方案，考虑到地下水的影响，局部有地下水侵入的地基结构，先实行井点降水，再实行地基加固。该超深基坑中，淤泥质土体多，在加固地基时也要注意围护结构的整体性，以保障底部围护和四周围护的高效性。
3.4.3稳定性验证
围护设计中，采取稳定性验算的方法评估地铁车站超深基坑围护结构的设计效果。案例中，专门从基坑开挖面向下验证围护结构的稳定性，模拟弹簧支座，直接计算出围护支撑点的位移数值，分析变形量。稳定性验算时，要求案例中的围护结构达到承载极限，由此才能检测出围护结构设计是否稳定。稳定性验证时采用模拟试验的方法。除了研究围护结构的稳定性以外，还要模拟围护结构的抗倾覆稳定性，超深基坑的抗渗流稳定性以及整体结构的抗承压水稳定性，预防围护变形。围护结构的整体稳定性，车站标准段是1．37、外扩一段是1．39、外扩二段是1．38、车站的南北两端为1．36和1．39，均大于评估值1．25，表明围护结构设计符合车站
施工的需求。
结论
地铁车站超深基坑围护结构设计是一项复杂的工作内容，应从地铁车站工程的实际情况出发，全面分析超深基坑的地质情况，采用数据模拟的方法，选择可用的设计方案。超深基坑围护结构设计决定了地铁车站的施工水平。随着城市中的地铁工程越来越多，更要注重车站超深基坑围护结构的设计，强化地铁车站的结构控制。
参考文献：
[1]高汉民，曲平.节能建筑围护结构热工设计方法研究[J].新型建筑材料.2011（14）：39-41.
[2]朱轶韵，刘艳峰.基于室内均匀辐射场的西北农村节能建筑热工设计[J].太阳能学报.2011（7）：134-139.
论文作者:李若飞
论文发表刊物:《中国住宅设施》2018年2月上第3期
论文发表时间:2018/10/18
标签：结构论文; 车站论文; 深基坑论文; 地铁论文; 基坑论文; 结构设计论文; 稳定性论文; 《中国住宅设施》2018年2月上第3期论文;