柳條湖地下車站基坑支護(hù)設(shè)計(jì)與施工

喬鵬洋

（東北石油大學(xué)，黑龍江 大慶163318）

1 引言

地下室結(jié)構(gòu)部分在基坑開挖施工環(huán)節(jié)，為了保證該部分工程達(dá)到安全性與穩(wěn)定性的要求，避免存在坍塌、滑移等缺陷，要結(jié)合工程的具體狀況做好基坑支護(hù)施工，嚴(yán)格執(zhí)行設(shè)計(jì)方案，從而保證項(xiàng)目施工達(dá)到技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

2 工程概況及地質(zhì)條件

柳條湖站為十號(hào)線與遠(yuǎn)期八號(hào)線的換乘車站，位于南北向柳條湖街與東西向崇山東路交口西南角，高架橋南側(cè)，玉環(huán)花苑門前停車場(chǎng)內(nèi)，崇山東路面下，車站主體基本為東西走向。崇山東路為北一環(huán)路，道路紅線寬60m，雙向10 車道，道路兩側(cè)人行道較寬，柳條湖街道路紅線寬35m，雙向6 車道，兩側(cè)的人行道較窄；兩條道路均已實(shí)現(xiàn)規(guī)劃，東西和南北向道路交通流量都比較大[1]。

B 出入口位于車站西北象限，“L”型設(shè)置，出入口部位于柳條湖賓館南側(cè)，B 出入口與車站銜接里程為右K11+925.613，通道全長91.62m，其中，暗挖段長70.37m，明挖段長21.25m，出入口暗挖段預(yù)留接口。其中，與主體相接段橫通道下穿崇山東路路面，結(jié)構(gòu)外皮距橋樁最小距離為8m 左右，采用礦山法施工，最大開挖寬度8.9m，最大開挖高度8.3m，拱頂覆土厚3.5m；B 出入口距于洪區(qū)紅十字醫(yī)院和柳條湖賓館最小距離為6.8m；出入口下穿多條市政管線，部分距離隧道拱頂較近；周邊建筑物密集[2]。

根據(jù)堪察報(bào)告場(chǎng)地地基土主要由第四系全新統(tǒng)和更新統(tǒng)黏性土、砂類土及碎石類土組成，各層主要物理力學(xué)參數(shù)推薦值表見表1。

本站位于沖洪積扇中部，沉積的地層顆粒粗，分布連續(xù)，局部地段上覆黏性土層。本站范圍內(nèi)的地下水賦存于圓礫、礫砂等土層中，按埋藏條件劃分，屬第四系孔隙潛水?？辈炱陂g地下水穩(wěn)定水位埋深為9.8～10.5m，標(biāo)高37.45～37.88m，含水層厚度約21.1m。

表1 各層主要物理力學(xué)參數(shù)推薦值表

3 基坑支護(hù)設(shè)計(jì)

3.1 B 出入口圍護(hù)結(jié)構(gòu)工程概況

出入口明挖段的圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用鉆孔灌注樁加樁間采用錨噴支護(hù)及土釘墻支護(hù)型式，基坑保護(hù)等級(jí)為一級(jí)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)為鉆孔灌注樁+內(nèi)支撐[3]。標(biāo)準(zhǔn)段鉆孔灌注樁采用φ600mm 鋼筋混凝土樁，間距1 000mm，鉆孔樁嵌固深度為4.65m；基坑豎向共設(shè)3 道支撐，3 道支撐均采用Q235φ609mm，t=16mm 鋼管支撐，水平間距2m，各道支撐豎向間距分別為1.9m、3.5m、1.5m；第一道支撐端部設(shè)600mm×800mm 混凝土冠梁，其他各道鋼管支撐端部設(shè)鋼腰梁，腰梁采用2 根Ⅰ45C 加綴板組合而成；剖面基坑深度為11m（見圖1）。

圖1 基坑剖面圖（單位：m）

3.2 主要結(jié)構(gòu)計(jì)算及設(shè)計(jì)

3.2.1 主體結(jié)構(gòu)主要尺寸擬定

出入口明挖段的圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用鉆孔灌注樁+內(nèi)支撐支護(hù)及土釘墻支護(hù)型式，基坑保護(hù)等級(jí)為一級(jí)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)具體設(shè)計(jì)參數(shù)見表2。

3.2.2 計(jì)算結(jié)果及分析

圍護(hù)結(jié)構(gòu)受力計(jì)算模擬開挖及回筑施工過程，按“增量法”原理，分階段采用“北京理正基坑計(jì)算軟件”進(jìn)行結(jié)構(gòu)模擬計(jì)算，標(biāo)準(zhǔn)段第一道支撐設(shè)計(jì)軸力588.12kN，第二道支撐設(shè)計(jì)軸力1 493.58kN，第三道支撐設(shè)計(jì)軸力927.42kN。

表2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)

經(jīng)計(jì)算分析，標(biāo)準(zhǔn)段最不利工況發(fā)生在拆除第三道支撐以后；此時(shí)樁最大彎矩184.06kN·m，圍護(hù)結(jié)構(gòu)最大水平位移值為9.55㎜，小于0.15H%（H為基坑深度），且小于30mm；最大地表沉降值為13mm，小于0.15%H，均滿足總體組下發(fā)《沈陽地鐵十號(hào)線工程施工設(shè)計(jì)技術(shù)要求》。為減少樁體在基坑開挖過程中的位移和減少支撐軸力，標(biāo)準(zhǔn)段第一、二道橫撐分別施加預(yù)應(yīng)力300kN、750kN。斜撐時(shí)，預(yù)加軸力應(yīng)除以系數(shù)sinα（α為斜撐與基坑邊的夾角）[4]。

暗挖段CRD 法施工結(jié)構(gòu)斷面參數(shù)見表3。

3.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.3.1 考慮因素

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)考慮地質(zhì)條件、埋設(shè)深度、荷載、結(jié)構(gòu)形式、施工工序等因素，按照信息化進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，工程類比法確定結(jié)構(gòu)參數(shù)，并進(jìn)行施工階段的承載計(jì)算分析。

3.3.2 計(jì)算荷載及計(jì)算參數(shù)

1）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所考慮的計(jì)算荷載主要有3 種：恒載、活載和偶然荷載。恒載：結(jié)構(gòu)自重、圍巖壓力、設(shè)備重量等；活載：地面汽車荷載、施工荷載（作用于結(jié)構(gòu)底板）；偶然荷載：7 度地震作用，6 級(jí)人防荷載。

表3 暗挖段CRD 法施工結(jié)構(gòu)斷面參數(shù)表

2）主要計(jì)算參數(shù)：地層的物理力學(xué)指標(biāo)依據(jù)工程地質(zhì)勘察報(bào)告取值。地面活荷載20kPa；結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)指標(biāo)根據(jù)規(guī)范選用[5]。

3.3.3 計(jì)算模型及方法

復(fù)合式襯砌的初期支護(hù)應(yīng)按主要承載結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并能夠承受施工期間的所有荷載，其參數(shù)可采用工程類比法確定，施工中通過監(jiān)控量測(cè)進(jìn)行修正。淺埋、大跨度、圍巖或環(huán)境條件復(fù)雜、形式特殊的結(jié)構(gòu)，應(yīng)通過理論計(jì)算進(jìn)行檢算。二次襯砌承擔(dān)使用階段的全部荷載，并能有效控制地層變形。

計(jì)算模式采用荷載-結(jié)構(gòu)模式。結(jié)構(gòu)應(yīng)按施工階段和正常使用階段進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算，必要時(shí)還應(yīng)進(jìn)行剛度和穩(wěn)定性計(jì)算。結(jié)構(gòu)計(jì)算模式應(yīng)符合結(jié)構(gòu)的實(shí)際工作條件、反映結(jié)構(gòu)與地層的相互作用。施工階段采用朗肯主動(dòng)土壓力計(jì)算，使用階段采用靜止土壓力計(jì)算；使用階段按底板支撐在彈性地基上的平面封閉框架進(jìn)行結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析；使用階段的車站結(jié)構(gòu)應(yīng)對(duì)永久荷載、可變荷載及偶然荷載（地震荷載、人防荷載）進(jìn)行組合計(jì)算。

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)所采用的結(jié)構(gòu)類型與施工方法，按GB 50157—2013《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》中有關(guān)荷載規(guī)定，對(duì)結(jié)構(gòu)整體或構(gòu)件采用規(guī)定荷載進(jìn)行計(jì)算。在決定荷載的數(shù)值時(shí)，考慮施工和使用過程中發(fā)生的變化。

4 基坑支護(hù)施工

4.1 施工方法

從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、工程地質(zhì)、水文地質(zhì)和施工條件、施工工期以及施工過程中對(duì)附近居民工作和生活的影響、國家和當(dāng)?shù)卣畬?duì)工程施工的有關(guān)規(guī)定和限制以及對(duì)環(huán)境保護(hù)的要求、施工對(duì)地面交通的干擾影響、對(duì)地下管線正常使用的影響、對(duì)附近大型建筑物的安全與穩(wěn)定的影響等各項(xiàng)要求考慮。

B 出入口部分需垂直下穿崇山東路及東一環(huán)高架橋，斷路施工對(duì)交通影響過大，故采用礦山法施工（CRD），過路之后可在出地面爬坡段采用明挖法施工，即所謂明暗挖結(jié)合的方法施工[6]。

4.2 主要施工步驟

4.2.1 明挖段施工步序

（1）基坑外降水；（2）施做基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)；（3）由上向下邊開挖土層邊架設(shè)支撐至基底標(biāo)高；（4）自下而上施作結(jié)構(gòu)；（5）回填土方。

4.2.2 暗挖段施工步序

設(shè)計(jì)采用短臺(tái)階法和CRD 工法開挖，施工中可根據(jù)開挖中的實(shí)際工程地質(zhì)及水文地質(zhì)情況確定施工方法。初期支護(hù)完成后，施作二次襯砌。施工中應(yīng)嚴(yán)格遵照“管超前，嚴(yán)注漿，短開挖，強(qiáng)支護(hù)，勤量測(cè)，早封閉”的原則進(jìn)行施工和管理，確保施工安全[7]。

5 結(jié)語

按照本文所描述的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行地下室基坑支護(hù)項(xiàng)目的施工，在施工過程中進(jìn)行全面的質(zhì)量檢查，發(fā)現(xiàn)全部符合設(shè)計(jì)方案與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，沒有存在坍塌、滑移等問題，整個(gè)項(xiàng)目的質(zhì)量全部合格，可以保證建筑工程的安全性和穩(wěn)定性。