中铁第六勘察设计院集团有限公司隧道设计分公司 天津 300133
摘要：以成都地铁3号线武侯立交站设计为例，介绍成都地铁富水卵石地层明挖车站基坑设计情况，对理论计算与实际情况进行对比和分析。
关键词：地铁；富水卵石土；基坑设计；理论计算
1 引言
成都地区属于岷江冲、洪积扇状平原地貌，地势西、北高，东、南低，海拔490～ 520m。由于岷江冲积、洪积作用，成都地区地层表现出典型的河流冲积层特征，区域内地层单元较为一致，覆土主要为人工填土、粉质粘土、砂土、卵石土，下伏泥岩。卵石土在成都东郊和南郊，地下埋深4～12m，厚3～20m，为上更新统下段和中、下更新统，粒径一般4～12cm，并含有少量漂石（粒径大于20 cm），结构中密至密实，强度较高。市区卵石层普遍有砂或砂夹卵石透镜体分布，一般有1～2层，多者可达4～5层，层厚一般几十厘米，厚者也可达一、二米。成都地区地下水十分发育，地下水位高，一般埋深3 ～5m，砂卵石属强透水层，渗透系数K=15～30m/s，地下水流速较大。本文以武侯立交站为例介绍成都富水卵石地层明挖基坑设计。
2 工程概况
武侯立交站位于武侯大道与聚龙路交叉口西南侧，沿武侯大道大致呈西南、东北向置。车站北侧为彩虹股份有限公司、八益电动车4S店及申蓉汽车市场，南侧有沃尔建材市场、万茂置业有限公司在建的万茂大夏及华宇楠苑。
车站为11米岛式车站，采用单柱双跨地下二层现浇框架结构，标准段宽19.7m，车站主体基坑深度约17.48m。
图1 武侯立交地铁站平面、地质剖面
2 工程地质概况
本站位于位于岷江水系I级阶地之上，本车站地层主要为第四系全新统人工填筑土、全新统冲积层粉质黏土、稍密卵石土、上更新统冰水沉积、冲积层中密、密实卵石土。基坑底部位于密实卵石土。沿线地下水位埋深约5.8～11.2m。
3 围护结构的选取
根据成都市深基坑工程经验，砂卵石属强透水层，在有效控制出砂率的前提下，采用坑外降水可有效控制地下水位，可保证周边建构筑物不出现较大变形。
车站主体围护结构北侧盖挖基坑采用钻孔灌注桩+临时立柱+内支撑的支护形式标准段采用A1200@2000～2200mm钻孔灌注桩。南侧明挖基坑采用钻孔灌注桩+内支撑的支护形式。桩间挂网锚喷支护，喷层厚度平均150mm，挂网钢筋采用∅8@200×200mm，喷射混凝土等级C20，
本站采用永久顶板半盖挖顺做法施工，竖向设置三道支撑。第一道支撑采用600×600mm砼支撑，支撑一端撑在主体围护桩冠梁上，一端撑在己施工盖挖顶板上，支撑水平间距一般为6m，局部间距略有调整。第二、三道支撑采用∅609，t=16mm钢管支撑，支撑水平间距一般为3m，支撑与围护桩间通过腰梁连接，腰梁采用双拼工45C组合腰梁。
4 车站监测情况
本工程的监测项目有桩顶水平及竖向位移、围护桩体水平位移、支撑轴力、地表沉降、建筑物沉降及倾斜、立柱结构水平及竖向位移、地下水位监测、基底回弹等
取车站设计数据和实际监测数据，设计桩体水平位移、实测桩体水平位移见图2
图2 武侯立交地铁站平面、地质剖面
通过设计数据和实际监测数据可以看出：
1）桩体向基坑内最大水平位移为7.05mm，设计值为6.49mm，超出设计预估值约为1mm。
2）桩体水平位移最大值一般出现在16～17m的深度，即第二层横撑和第三层横撑之间。
取车站基坑标准段断面的地表沉降计算结果和实际监测结果，标准段断面处地表沉降计算结果、地表沉降监测点布置如图3。
图3 标准段断面处地表沉降计算、监测图
通过设计数据和实际监测数据可以看出：
1）地面沉降最大值为11.2mm，与采用抛物线法得出的计算结果比较接近。
2）地表沉降量变化趋势表现为，基坑开挖初始，沉降速率较小，基坑施工后期速率变大。
5 数值分析及控制参数
为与设计结果和实际监测做对比，以对应的车站基坑标准段为主要研究对象和建模依据。在FLAC3D对排桩的模拟中，围护桩密布，同时采用了腰梁、冠梁使其实际上是一个连续的整体。
图4 开挖完成状态数值模型
为与设计结果对比，数值模拟计算工况与设计采用的工况大体一致。
图5 桩身最终水平位移曲线（FLAC-理正）
图对比数值计算和设计得出的桩身水平位移曲线发现，桩身水平位移基本呈抛物线分布；FLAC计算得到的桩身最大值为6.04mm，理正计算得到的桩身最大值为6.49，相差较小；水平位移出现的最大值由FLAC计算得到的较为靠下；在桩顶和桩底处的计算结果有差异。
6 结论及建议
通过本站的设计和监测资料，分析设计结果、监测结果和数值计算结果，与其他明挖车站情况非常接近。
（1）在砂卵石地层中的深基坑，采用坑外降水可有效控制地下水位。
（2）在无水状态下，土体内摩擦角甲较大，土壁自稳能力较强，一旦有水，土体内摩擦角甲急剧下降。基坑开挖过程中保持地下水位在基坑开挖面以下。
（3）桩体水平位移值受基坑深度和支撑结构影响较大，当第一层支撑采用钢筋混凝土支撑时，桩体整体水平位移较小；采用钢管支撑时，桩体整体水平位移偏大；当基坑深度加大时，桩体水平位移也明显变大。
（4）FLAC得到的桩身水平位移的分布规律和理正设计的大致相同；桩身的水平位移最大值相差也不大。二者有较高的符合度，主要原因在于在数值模拟计算时都采用了大致相同的初始条件，说明在初始条件相同的情况下，计算方法对计算结果的影响不大。
（5）地铁车站基坑开挖过程是一个动态的过程，支护结构的变形和基坑周边地表沉降均不同程度的受周边施工条件影响。因此，在地铁车站基坑施工过程中要及时反馈监控数据，根据监控资料对基坑围护结构进行反分析，预测基坑的性态，确保地铁基坑施工安全。
参考文献：
[1]刘国彬，王卫东.基坑工程手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2009.
[2]周晓军，周佳媚.城市地下铁道与轻轨交通[M].成都：西南交通大学出版社，2008.
作者简介：
赵腾（1983年8月出生），男，四川省渠县人，2006年毕业于西南交通大学，土木工程专业，本科，2015年取得硕士学位，高级工程师，现在从事隧道及地下工程设计。
刘科成（1988年7月出生），男，四川通江县人，工程师，2011年毕业于长沙理工大学，本科，现在从事隧道及地下工程设计。
黎建（1979年9月出生），男，四川省新都人，2004年毕业于西南交通大学，土木工程专业，本科，高级工程师，现在从事隧道及地下工程设计。
论文作者:赵腾,刘科成,黎建
论文发表刊物:《建筑模拟》2019年第13期
论文发表时间:2019/6/11
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