摘要：地铁车站偏载深基坑围护结构设计直接关乎地铁车站的正常运作。因此，本文以江苏南京地铁3号线明发广场站偏载深基坑围护结构为例，使用二维有限元数值模拟计算，从而深入分析偏载深基坑围护结构的变形状况和内力分布。根据计算分析结果显示，基坑偏载对围护结构的变形和内力有重要影响，围护结构变形与常规基坑有很大的不同。
关键词：地铁车站；偏载；深基坑；围护结构设计
随着社会经济的迅速发展，我国轨道交通事业发展速度突飞猛进，其数目和规模发生了翻天覆地的变化，与之而来的是对其中地铁车站建设的质量要求也越来越高。尽管地铁车站施工在安全保障措施上面投入不断增加，但是施工过程存在的隐患一刻也不能松懈，特别是容易出现的地铁车站各种基坑险情，比如：基坑围护结构出现渗漏水、基坑内部临时坡体塌陷冲破支撑等各种问题，造成的后果非常严重，不仅给建设部门带来重大的经济损失，降低社会信誉度，而且损害到人民群众的生命财产安全，所以相关单位必须要不断优化地铁车站偏载深基坑围护结构的设计方案和应对风险措施，保证地铁车站安全、高效运营。
一、简单介绍工程
（一）概述工程
本次研究的主要对象是南京地铁3号线明发广场附近的地铁车站，其总长度约180m，沿着东西方向分布。车站属于地下两层岛式车站，结构是双跨箱形诳街。该车站北侧靠近农花河，其河宽是17m，河床底标高是7.850m左右。车站基坑南侧场地标高是12.21m。由于该地铁车站附近有河流，因此，土质条件是不利的，很有可能造成该地铁车站出现偏载基坑的情况。此外，该地铁车站周围预埋多种重要的线路，在一定程度上也会导致偏压基坑的现象发生。
（二）工程水文地质实际状况
其一，岩土层分布。为了进一步深入研究工程的属性，安排了相关勘察单位认真调查该岩土工程的地质条件，主要发现有如下主要特点：车站主要处于岗间坳谷地貌，而坳谷地貌的土质具有一定的特殊性，即以新沉淀的软流塑状粘土为主。[1]除此之外，基坑所处地层下方还包括河漫滩冲软土和填土层，基坑开挖层含粉质黏土层、粉土夹粉砂层等等。
其二，水文条件。在地铁站周边土层中，存有许多孔隙潜水，同时也包括少数的弱承压水。通常，孔隙潜水的分布区域主要是填土层，弱承压水主要分布在粉质黏土夹砾石层。弱承压水的特征是水量少、分布不均匀。孔隙水的特征是含水层厚度较大、分布均匀、富水性强以及水量多等等。
（三）基坑的特征
该地铁车站基坑的地质条件很差，具有以下两个显著特征：分别是流变性和高触变性，其产生的结果是支护结构的位移变形会较大。[2]在施工过程中，车站基坑的变形按二级基坑进行控制，该车站标准段基坑开挖深度约16.7m。根据规范及技术要求：基坑地面沉降量须小于或者等于50mm，支护结构的最大水平位移须小于或者等于50mm。由于基坑顶部车辆的动荷载较大、分布不均匀，因此很有可能造成基坑两侧的围护结构出现偏载的情形。
二、深基坑维护结构的设计分析
（一）基坑围护形式
本车站主要采用直径1400mm的钻孔灌注桩，嵌固深度为13m，支撑体系的第一道撑采用800×800的混凝土支撑，第二道和第三道撑采用钢管撑，支撑跨中位置增加临时立柱。[3]其盾构段围护采用1400mm的灌注桩，大里程盾构段嵌固深度控制在17m左右，小里程盾构段嵌固深度控制在14m左右。支撑体系第一层采用800 ×800mm混凝土支撑，第二层和第三层采用钢管支撑车站，车站典型排桩支护设计方案如图1所示。
图1 车站典型排桩支护方案
（二）计算方案
工作人员通过使用理正深基坑支护计算软件，根据荷载增量法的原理计算模拟整个过程。[4]在模拟开挖、施作支撑以及换撑、拆撑、浇筑底中顶板侧墙的施工过程，基坑外侧土压力根据朗肯主动土压力进行计算。参考渗透系数技术标准，当k≤1m/d 的时候，采用水土核算的方法；当 k＞1m/d 时，采用水土分算的方法，在开挖面的下方采用一组探巷模拟地层水平抗力。
1.第一道混凝土支撑计算过程
其截面采用800×800的混凝土支撑，最大支撑轴力的设计值是3201.41kN。其一，已知条件。矩形柱 b =800mm，h = 800mm；计算长度 L = 11.60m，砼强度 C30，fc =14.3N/mm 2，ft = 1.43N/mm 2；纵筋级别是HＲB400，fy = 360N/mm 2，fy＇= 360N/mm 2；[5]箍筋级别是HPB300，fy = 270N/mm 2；轴力设计值 N = 2666.67kN；弯矩设计值为 Mx = 268.77kN.m，My=60.36kN.m；剪力设计值是Vy = 117.09kN，Vx = 0.00kN。其二，配置钢筋。a.上部纵筋：8E25（3927mmρ= 0.61%）＞As =1280mm2，配筋满足；b.竖向箍筋：d10@150四肢箍（2094mm 2 /mρsv =0.26%）＞Asv/s =853mm 2 /m，配筋满足。c.下部纵筋：8E25（3927mm 2，ρ= 0.61%）＞As =1280mm 2，配筋满足；d.左右纵筋：3E20（942mm 2，ρ=0.15%）全侧配筋 As = 1924mm 2＞As = 1280mm 2。
2.梁截面设计
其一，已知条件。矩形梁 b = 800mm，h =800mm。砼C30，fc =14.30N/mm 2，ft =1.43N/mm 2，纵筋 HＲB400，fy =360N/mm 2，fy，=360N/mm 2，箍筋 HPB300，fy =270N/mm 2。弯矩设计值是M =268.77kN.m，剪力设计值为 V =117.09kN，扭矩设计值是T = 0.00kN.m。其二，截面验算。V = 117.09kN＜0.250βcfcbh0 =2173.60kN，所以截面必须要满足截面配筋的要求。其三，正截面受弯承载力计算.a.根据双筋计算：as下=40mm，as 上 =40mm，相对受压区高度ξ= x/h0 = 0.000＜ξb = 0.518；b.上部纵筋：As1 =1280mm 2 ρ=0.20%＜ρmin = 0.20% 按构造配筋 As1 = 1280mm 2；c.下部纵筋：As =1280mm 2 ρ=0.20%＜ρmin =0.20% 按构造配筋As =1280mm 2。[6]④配置钢筋。a.上部纵筋：计算 As =1280mm 2，实配8E25（3927mm 2；ρ=0.61%），配筋满足；b.腰筋：计算构造 As =b* hw* 0.2% =1216mm 2，实配6E20（1885mm 2；ρ=0.29%）；c.下部纵筋：计算 As =1280mm 2，实配 8E25（3927mm2；ρ=0.61%），配筋满足；d.箍筋：计算 Av/s = 1017mm 2 /m，实配 d10@ 150 四肢（2094mm 2 /m；ρsv =0.26%），配筋满足。
（三）实际施工中的注意事项
地铁车站偏载深基坑围护结构在施工中，需要注意以下几个问题：其一，对于偏载基坑而言，应该从整体的基坑围护结构设计进行准确的计算分析。把维护结构作为整体，并且综合考虑偏载对围护结构体系产生的影响，普通的常规单元计算结果不能正确反应围护结构的变形情况和内力分布。其二，因为基坑偏载、荷载力小的围护结构很有可能出现向坑外变形的情况，让第一道水平支撑属于受压的受力状态。因此，施工人员对于偏载基坑的第一道水平混凝土支撑，应该进行受拉验算，并且采取有效的构造方法。其三，加大荷载较大侧围护结构的刚度，防止出现基坑总体偏移的情况。如果在附近环境和地质条件允许的情况下，可以选择在荷载力较大侧的部位设置锚杆。
结语
本文讨论地铁站偏载深基坑围护基坑设计问题，从计算数据到施工都进行仔细的分析，旨在于为相似的基坑施工提供一些实质性的参考意见。比如：1、深基坑围护结构设计必须要从全局考虑，必要时建立三维有限元分析模型；2、提高受荷载较大一侧围护结构的刚度，在某种程度上能够防止整体基坑出现偏移；3、通过设置中立柱和支撑系杆能够提高偏载深基坑支撑体系的全局抗力性，同时能够控制基坑周边建筑物的位移沉降。
总之，深入设计和全面研究地铁站偏载深基坑支撑体系，有利于提升车站基坑的安全性和可靠性，加上科学的运用信息化施工方法辅助，做到保证地铁施工安全、产品高质量、运营有保障、人民交通出行生活显著提升。
参考文献
[1]张帆.地铁车站偏载深基坑围护结构设计研究[J].江西建材，2018（03）：110-111.
[2]赵贺明.地铁车站超深基坑围护结构设计研究[J].四川建材，2018，44（01）：71-72.
[3]徐松.地铁车站深基坑围护结构设计[J].广东建材，2017，33（02）：67-70.
[4]桑行，杜明芳，易领兵，徐捷，庞玉玲.郑州某地铁车站深基坑围护结构设计分析[J].河南科技，2015（12）：72-73.
[5]徐烨，冯仁麟，吴跃华.地铁车站偏载深基坑围护结构设计分析[J].城市轨道交通研究，2012，15（09）：43-48.
[6]黄健，张兴刚.地铁车站超深基坑的围护结构设计[J].铁道标准设计，2008（08）：101-103.
论文作者:肖乾
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第22期
论文发表时间:2018/11/14
标签：基坑论文; 车站论文; 地铁论文; 深基坑论文; 结构论文; 结构设计论文; 荷载论文; 《建筑学研究前沿》2018年第22期论文;