摘要：随着我国经济发展，城市化进展迅速，大量人口涌入城市，汽车数量逐年递增，各大城市普出现交通拥堵问题，严重阻碍城市发展。地铁系统运输效率高，不占用地上空间，且对环境污染很小，成为各大城市解决交通问题的首选方案。我国已有二十多座城市建成并普遍开始运营地铁，还有更多城市正在建设地铁项目。由于城市地面空间有限，地铁车站多采用地下站的形式，深基坑工程是建设地铁车站的重要组成部分，关系着建设活动能否安全顺利进行。
关键词：地铁；施工工程；基坑支护；结构设计
1基坑支护结构在地铁车站工程中的重要性
在地铁施工的过程中，最重要的一项工作就是基坑的围护结构设计，对于整个车站结构都有着密切的关系，是整体工程周期以及后期安全运行的质量保证。它的真正含义在于整体结构与结构中的受力面都可以确保质量。通过不同的科学先进的技术进行施工并且达到相关标准要求，逐步探索出基坑围护结构设计与施工技术的新方法，保证地铁工程的质量。
2工程实例分析
下文以深圳市地铁 9 号线某站为例浅述围护结构的设计。
车站所处地貌上属于台地，车站全长约319.6m、标准段宽约20m。
该工程属深圳市重点建设项目，工程重要性等级为一级；地形地貌较简单、不良地质作用一般发育、水文地质条件较复杂。根据野外地质钻探的结果，综合广东地区地质资料，得知上覆土层是第四系松散层，下伏基岩主要是由花岗岩组成。以下为岩土分层特征：
（1）填土层
本站范围内为素填土，该层在本线路浅层均有揭露。土性一般有褐黄色和紫红色两种类型，特点就是湿度大，松散性强，局部稍经压实，主要由粘性土及砂土组成。
（2）岩石全风化带
本站范围内岩石全风化带为花岗岩全风化带。岩性一般由褐黄色或者褐红色组成，岩石经过风化，使得其组织的结构已然被破坏，岩芯已成为了坚硬的土状，遇水十分容易崩解。
（3）岩石强风化带
本站范围内的岩石强风化带是混合花岗岩强风化带。岩性是褐黄色的，岩石被强烈的风化，其组织的结构已经被破坏掉，岩芯的状态似岩似土或是半岩半土，一旦土状遇到水便会崩解。
（4）岩石中等风化带
本站范围内岩石中等风化带为：花岗岩中等风化带。层厚 0.5～4.2m，层顶埋深 10.2～21.3m，层底埋深 12.2～25.5m。其岩性属于肉红色和灰白色两种，结构呈粗粒状和块状的构造，岩石通过风化形成裂隙的发育，共岩芯呈现出碎块状态以及扁柱状态，局部呈短柱状态，一些结构被破坏，锤击声哑，容易击碎。岩体破碎，属于较硬岩。
（5）岩石微风化带
本站范围内岩石微风化带为：花岗岩微风化带。层厚 6.4～18.8m，层顶埋深 12.2～25.5m，层底埋深 30.0～31.9m。岩性：肉红色、灰白色，粗粒状结构，块状构造，有少量风化裂隙，岩芯呈短柱或长柱状，结构基本未变，锤击声脆，难击碎。岩体较完整，岩石天然单轴抗压强度值为平均 65.4MPa。根据车站工程基坑尺寸和地质情况可知：基坑侧壁主要为残积砾质粘性土层及全、强、中、微风化花岗岩，基坑底板主要为强、中、微风化花岗岩。
3.2支护结构设计
采用理正深基坑 7.0PB3 进行围护结构的计算和设计。
首先，必须了解现场的工程地质和水文地质条件、地貌状况，从而决定结构设计中应采取的结构构造；其次，再根据围护结构的使用要求，制定结构内力分析模型和施工顺序，即决定结构截面尺寸，结构各构件之间的连接方式，基坑开挖程序，横撑间距、刚度、预加应力大小，横撑架设和主体结构浇筑时拆除横撑的顺序；第三，进行结构内力分析；第四，根据墙顶位移值和其他验算结果调整预加应力或横撑位置，再进行结构内力分析，直到墙顶位移值及其他验算满足要求为止；最后，通过不断优化施工的程序，使得最终结构的内力得以分析以及配筋计算。
支护结构的设计必须经过反复试算，第一次试算时初步拟定内支撑的位置，且第一次试算通常不施加预应力，第二次根据内支撑轴力计算结果的 50%-80%作为预加力再进行计算，之后还可能要根据验算结果调整内支撑布置的位置继续进行试算，直到满足要求或者横撑的位置、层数达到优化为止。
支护结构的设计必须符合规范《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012）的要求。基坑的内力计算方法宜采用“增量法”，因为在建设地铁车站主体结构时支护结构的荷载和结构体系都将发生变化，增量法的计算结果更贴近工程实际。在本工程实例中，基坑的安全等级应为一级，根据规范要求，相应的基坑侧壁重要性系数应为 1.1。
根据车站埋深和基坑底部的素混凝土垫层高度，可以确定基坑的开挖深度。地面超载一般采用大小为 20k Pa 均布荷载类型。嵌固深度理论上应由基坑的嵌固稳定性验算、抗隆起验算、防管涌稳定性验算来确定，但一般情况下应根据支护结构的嵌固地层的地质条件，基于工程经验进行初步设定。根据设计经验，一般地层条件下，墙厚取 800mm 即可满足要求。地铁车站围护结构地下连续墙的混凝土设计强度不得低于 C35。采用混凝土灌注桩且灌注桩作为地下车站的永久结构时，混凝土强度不得低于 C35。地下连续墙的混凝土冠梁宽度不宜小于墙厚。钻孔灌注桩的冠梁宽度不宜小于桩径。
冠梁水平侧向刚度的计算公式如下：
式中 K—— 冠梁刚度（MN/m）；A—— 桩、墙位置（m），一般取 L 的一半（最不利位置）；
L—— 冠梁长度（m），如有内支撑取内支撑间距，无内支撑取该边基坑边长；
EI—— 冠梁截面抗弯刚度（MN/m），其中 I 表示截面对 x 轴的惯性矩。一般情况下，地铁车站围护结构基坑的第一道支撑采用钢筋混凝土支撑，第二及以下各道支撑为加快施工速度和节约工程造价可采用钢支撑。内撑设置的道数不宜过多，一般的地铁车站基坑大约 3、4 道即可，在一些位于软弱地层的基坑，如果设置3、4 道支撑仍不能满足要求，则应设置倒撑。
相邻之间的支撑水平距离必须满足土方的开挖施工中的标准要求。当支撑设置在挡土构件的顶部所在平面时，要与挡土构件进行冠梁连接。根据地铁施工过程中的基坑工程经验来说，第一道的支撑水平间距约为6米（9米），第二道支撑及以下的支撑水平间距一般为 3米。在内撑的计算中，支锚刚度KR和材料抗力T 是重点。支锚刚度KR 可按下式计算：
水平支撑在竖向平面内的受压计算长度，不设立柱时，应取支撑的实际长度；设置立柱时应取相邻立柱的中心间距。材料抗力 T 可用下式估算：
混凝土支撑：
钢管支撑： 
整体稳定计算采用瑞典圆弧滑动条分法（瑞典条分法），该方法忽略了条间力，计算的安全系数偏小。在支护结构的抗倾覆验算中，如果不计入内撑轴力的贡献，则会造成该项验算结果偏低。
结束语：
综上所述，我国的地铁施工工程历史悠久，在当前大的经济环境引领下，城市的规模和数量在不断的扩展，地铁的施工逐步步入了城市的全面规划中，创新设计，全面施工，使其全面提高社会的经济水准。本文浅述地铁设计过程中，基坑支护结构设计以及技术应用，得出我国当前在地铁施工过程中的基坑支护结构设计以及技术的实际的运用中还需不断进行完善。
参考文献：
[1]李平等．基坑工趕隆起变形研巧综述化河海大学学报巧然科学版），2010.（02）：196-201
[2]郝东雷．贴邻地铁隧道深基坑支护设计及数值模拟分析阿河北工疆大学，2014
论文作者:吕兆龙,易领兵
论文发表刊物:《建筑模拟》2018年第5期
论文发表时间:2018/6/11
标签：基坑论文; 结构论文; 地铁论文; 岩石论文; 车站论文; 工程论文; 花岗岩论文; 《建筑模拟》2018年第5期论文;