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摘要：文章主要研究了地铁车站轨排井支护结构设计与施工的相关问题，通过对具体案例的分析进行阐述，研究了支护结构的选型应考虑的因素及存在问题，并介绍了施工技术和实际效果，凸显出合理的支护结构设计方案对软土地层地铁车站施工的重要作用。抛砖引玉，希望能给类似工程提供一些参考。
关键词：地铁车站；轨排井支护；结构设计
［引言：
近年来，城市轨道交通发展迅速，在全国各大城市掀起一股建设热潮。在城市轨道交通车站的结构设计中，常常会涉及盾构施工竖井、轨排井等结构设计问题，这些大尺度开洞结构受吊装构件的特殊要求，在较长的一段距离内不能设置支撑结构，其支护结构设计一般考虑基抗支护独立受力结构方案，而软土地层无疑增加了此类支护结构的设计、施工难度。本文以某地铁车站为例，对轨排井支护结构设计方案的选择、施工技术措施和实际效果进行简单的分析。
一、工程概况
某地铁车站位于十字路口正下方，道路为城市次干道，车流量较大，人群密集；道路两侧建筑物临街而建，市政管线密布。车站为两层两跨的结构型式，全长达252米，标准宽度19.4米，覆土厚度3.2～4.1米，基坑深度16.5～18.2米，车站西端设置轨排井，轨排井处基坑深度约17米。具体如图1所示。
图1 工程概况
二、工程地质及水文地质情况
该站场地地层岩性较复杂，从上往下分别描述如下：（1）素填土层，呈黄褐色、灰褐色，稍密，稍湿，以黏性土为主，含约12～20%的砂粒和砾石，该层厚度1.00～5.80m，平均厚度2.43m。（2）含泥炭质粉质黏土层，呈深灰色、灰黑色，软塑～可塑，土质不均匀，以黏性土为主，含约5%的砾石。该层厚度2.90～8.2m，平均层厚4.03m。（3）粉质黏土层，呈褐灰色、褐黄色，可塑～硬塑，土质不均匀，以黏性土为主，含约10～30%的粉细砂、中粗砂，局部夹碎石。该层厚度2.40～8.30m，平均层厚4.95m。（4）全风化砂岩层，呈褐黄色、灰褐色，原岩结构，岩芯呈土柱状，夹强风化碎块，一般块径2～8cm，岩体基本质量等级为Ⅴ级，岩芯采取率为70%～76%。该层揭露厚度8.90～26.20m，平均层厚17.65m。
车站场地内存在两类地下水，分别为第四系松散岩类裂隙水、基岩裂隙水。第四系松散岩类裂隙水主要赋存于填土、粉质黏土层中，水量较小；基岩裂隙水主要赋存于全风化砂岩中，含水层厚度较大，水量稍丰富。地下水对混凝土结构具微腐蚀性；对钢筋混凝土结构中的钢筋在长期浸水条件下具微腐蚀性，在干湿交替条件下具微腐蚀性。
三、轨排井支护结构设计
（一）设计方案的确定
轨排井，顾名思义，是为满足铺轨施工需要而在车站、隧道结构上预留钢轨吊入的洞口。钢轨每节长度一般为25米，轨排井洞口尺寸长约30米，宽约5米。轨排井支护方案受周边环境条件、地质等因素影响，目前常用的支护方式包括围护桩/墙+锚索支护方案和悬臂式支护方案。围护桩/墙+锚索方案适用于地质条件较好、周边无地下空间开发的情况，应用广泛，如深圳地铁7号线八卦岭站、广州地铁广佛线龙溪站等；当地质条件较差、周边环境复杂，不具备锚索施工的条件时，常选用悬臂式支护方案，如广州地铁9号线清高区间轨排井等。此外，也存在个别特殊的支护方式，如苏州地铁1号线星湖街站轨排井采用了拱形布置的套筒咬合桩围护结合拱形围檩和结构环框的支护方式。
本站由于车站南侧距离基坑1m处存在高压电缆沟，若采用悬臂式支护结构，需要在两侧设置较大尺寸的壁柱，增加车站宽度，为避免高压电缆改迁，本站拟采用锚索支护体系。考虑到车站周边环境复杂，建筑物距离基坑较近，周边管线复杂，且地质情况较差，车站采用刚度大、止水效果好的地下连续墙，墙厚0.8米；考虑到地质条件一般，初拟锚索道数为5道，纵、横向间距及锚索长度根据计算确定。
（二）锚索支护结构设计
由于车站所在范围地质条件一般，上层存在一定厚度软土层，所能提供的锚固力较为有限，为了满足开挖期间基坑安全，尽量减小地表及管线变形沉降量，可以考虑采取以下几项解决措施：一是提高锚固体的整体长度或锚固体直径，提高抗拔力[1]。二是增加锚索密度，降低锚索相邻间距，但是锚索分布过密，可能会产生群锚效应，增加施工风险。三是在主体结构各层楼板设置加强环梁，利用环梁的刚度抵抗侧向水土压力。四是主体结构完成至铺轨前的时间段，在轨排井内设置临时水平支撑，减小土体变形。经过计算，轨排井范围共竖向设置五道7φ5型锚索，锚索水平间距1.5米，竖向间距约3米，锚索与水平方向夹角为20度。
图2 锚索支护横剖面
经过系统分析，可以在此方案基础上，扩大部分锚索的锚固体直径，大大降低了锚索的失效性，因为锚固体在扩大后，不仅会增加摩擦阻力，还会产生端阻力。锚索在扩孔后的抗拔力N是锚固体和土体之间侧向摩阻力N1以及端头阻力N2的和，
N=N1+N2
锚固体和锚索之间的不牢固连接而产生的锚索失效问题。如图3为锚索现场施工图。
图3 锚索施工示意图
注浆管应与杆体一起置入钻孔内，注浆管底端距孔底宜为50～100mm，二次注浆管的出浆孔和端头应密封，保证一次注浆时浆液不进入二次注浆管内。一次注浆和二次注浆浆液宜选用水灰比0.45～0.5的纯水泥浆，二次注浆应在一次注浆形成的水泥结石强度达到初凝后进行，注浆压力不宜小于2.0MPa。扩孔锚固体的直径应该大于300毫米，以保证锚索具有充足的抗拔力[2]。当锚固体的整体强度高于15MPa，且腰梁混凝土和锚固体的整体强度达到设计要求的80%时，才能进行锚索张拉锁定。
（二）方案实施效果检验
基坑往下开挖前，应对锚索实施全面的质量检验[3]，检验应在锚固体强度达到设计强度的80%以后进行，最大验算试验荷载为锚索轴向拉力标准值的1.2倍。初始荷载取锚索轴向拉力标准值Nk的0.1倍，并将拉力值保持5～10分钟，随后依次加载至0.25Nk、0.5Nk、0.75Nk、1.0Nk、1.2Nk倍，每级观察5～10分钟，在最大试验荷载值观测10分钟待位移稳定后卸载至0.1Nk，然后加载至设计锁定荷载值锁定。从现场锚索验算试验的结果荷载-位移曲线来看，按设计荷载值锁定时，锚头位移值为24.6mm。
图4 锚索验算试验 荷载-位移曲线
从施工现场的各种数据来分析，地表的沉降和结构的水平位移均符合设计要求。通过工程实际应用发现，在场地有限的条件下，对于软土层，地铁车站的轨排井段深基坑应该使用局部增加锚固体直径方法进行施工。
结语：
综上所述，在进行具体施工工作中，为了保证工程的顺利进行，减少问题的发生，应该对施工场所的地质条件和水文情况进行详细的调查，随后再根据现场实际情况合理进行设计，让设计内容能够满足具体的施工要求，同时还要做好工程的实验工作，在工程正式开始之前做好各项施工准备，为后期的安全施工打好基础。
参考文献：
[1]刘洪波.软土地层暗挖施工地铁车站技术的研究与应用[J].应用技术学报，2018，18（02）：152-158.
[2]胡伟. 软土地层地铁车站深基坑开挖围护结构稳定性数值模拟分析[D].西南交通大学，2005.
[3]崔勤，徐正良.软土地层地铁车站的新型盖挖法施工[J].中国市政工程，2008（04）：86-87+109.
论文作者:成双田
论文发表刊物:《防护工程》2018年第24期
论文发表时间:2018/12/3
标签：锚固论文; 车站论文; 结构论文; 荷载论文; 基坑论文; 厚度论文; 结构设计论文; 《防护工程》2018年第24期论文;