王又瑩

（中鐵第六勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津 300308）

1 工程概況

1.1 設(shè)計(jì)概況

東大橋站為北京軌道交通28 號(hào)線的第一座車站，與既有6 號(hào)線（后文簡(jiǎn)稱M6）、在建17 號(hào)線（后文簡(jiǎn)稱M17）、在建22 號(hào)線實(shí)現(xiàn)四線換乘，其主體屬于地下五層雙柱三跨島式站臺(tái)車站，長(zhǎng)210m，標(biāo)準(zhǔn)段寬27.6m、深45.05m，28號(hào)線有效站臺(tái)長(zhǎng)102m、寬17.6m，22 號(hào)線有效站臺(tái)長(zhǎng)186m、寬17.6m，總建筑面積為7.6萬(wàn)m2（含附屬）。

1.2 地質(zhì)概況

車站結(jié)構(gòu)縱向自地面向下主要分布土層：砂質(zhì)粉土黏質(zhì)粉土③、粉質(zhì)黏土③1、④3粉細(xì)砂、④2細(xì)中砂、卵石圓礫⑤、細(xì)中砂⑤2、粉質(zhì)黏土⑥、粉質(zhì)黏土⑥2、粉細(xì)砂⑥3、粉細(xì)砂⑦2、中粗砂⑦1、粉質(zhì)黏土⑦4、卵石⑦、粉質(zhì)黏土⑧、中粗砂⑨1、卵石⑨、粉質(zhì)黏土⑩。

各卵石層的力學(xué)參數(shù)如下：（1）卵石⑤：最大厚度為6.9m，一般粒徑為5～30mm，最大粒徑大于等于100mm，粒徑超過(guò)20mm 的含量大于50%，中粗砂充填。水平滲透系數(shù)為117.6m/d；（2）卵石⑦：最大厚度為7.6m，最大粒徑大于等于120mm，一般粒徑為30～70mm，粒徑超過(guò)20mm顆粒約占總質(zhì)量的60%，中粗砂填充，水平滲透系數(shù)為120m/d；（3）卵石⑨：最大厚度為7.9m，最大粒徑大于等于130mm，一般粒徑為30～60mm，粒徑超過(guò)20mm 顆粒含量大于50%，中粗砂填充，水平滲透系數(shù)為150m/d。

車站標(biāo)準(zhǔn)段底板埋深為45.05m，底板位于卵石⑨、中粗砂⑨1、粉質(zhì)黏土⑩中，車站底板進(jìn)入承壓水約22m。

2 深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

地鐵車站超深基坑開(kāi)挖期間，受開(kāi)挖作業(yè)的擾動(dòng)性影響，加之現(xiàn)場(chǎng)土體自身特性等原因，圍護(hù)結(jié)構(gòu)和周邊土體易出現(xiàn)不同程度的變形現(xiàn)象，進(jìn)而作用于周邊現(xiàn)狀建（構(gòu)）筑物，造成不良影響[1-2]。

圍護(hù)結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)有利于提高車站主體和周邊土體的穩(wěn)定性[3]，該工程使用蓋挖逆作法施工，支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為厚1.5m、深74m 的地下連墻，由于車站負(fù)三層、負(fù)四層、負(fù)五層凈高達(dá)9.58m, 8.59m, 10.15m，所以沿著基坑深度方向于負(fù)三、負(fù)四、負(fù)五層分別設(shè)置三道鋼筋混凝土支撐，水平間距6m，除此之外不再設(shè)置其他臨時(shí)橫向支撐。

3 支護(hù)體系的參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)

重點(diǎn)考慮內(nèi)支撐的優(yōu)化，以達(dá)到優(yōu)化工程籌劃、提升工程質(zhì)量的目標(biāo)，通過(guò)此途徑提高支護(hù)體系的應(yīng)用水平。

由于本工程位于城市主干道下方，施工期間為滿足交通道路“占一還一”的原則，應(yīng)用頂板分幅蓋挖逆作法開(kāi)展作業(yè)會(huì)給結(jié)構(gòu)施工造成較大不便，對(duì)位于車站負(fù)三層、負(fù)四層、負(fù)五層的三道鋼筋混凝土支撐的施工、拆除帶來(lái)極大影響，以下通過(guò)不同計(jì)算軟件進(jìn)行安全核算，以實(shí)現(xiàn)優(yōu)化混凝土支撐道數(shù)的目的。

該工程使用理正深基坑計(jì)算軟件與同濟(jì)啟明星深基坑計(jì)算軟件進(jìn)行分析，兩款軟件在模擬基坑蓋挖逆作法施工時(shí)采用了不同的手段模擬樓板的支撐效果，其中理正深基坑計(jì)算軟件通過(guò)計(jì)算斷面樓板剛度為支撐剛度模擬樓板；使用同濟(jì)啟明星基坑支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件直接選擇剛性樓板實(shí)施模擬。通過(guò)兩種軟件對(duì)支撐取消前后計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比（見(jiàn)表1～表2），得到各項(xiàng)安全數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析，研究是否可取消鋼筋混凝土內(nèi)支撐，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，達(dá)到降本增效的目的。

表1 理正深基坑計(jì)算軟件取消內(nèi)支撐前后方案計(jì)算結(jié)果對(duì)比

表1（續(xù)）

表2 同濟(jì)啟明星深基坑計(jì)算軟件取消內(nèi)支撐前后方案計(jì)算結(jié)果對(duì)比

經(jīng)計(jì)算，如果設(shè)計(jì)成厚度為1.4m 的地下連續(xù)墻，不額外增加內(nèi)支撐，基坑安全性可滿足一級(jí)基坑限值要求，但由于市場(chǎng)上目前連續(xù)墻成槽機(jī)械模數(shù)沒(méi)有1.4m 寬，故本工程采用1.5m 寬連續(xù)墻，蓋挖逆作法施工，不額外設(shè)置內(nèi)支撐，方案安全可行。

4 有限元模擬分析

由于此基坑深度較大，本工程在設(shè)計(jì)階段針對(duì)取消常規(guī)混凝土內(nèi)支撐經(jīng)過(guò)平面計(jì)算滿足規(guī)范要求的同時(shí)，通過(guò)MIDAS/GTS NX 仿真分析軟件對(duì)施工階段進(jìn)行三維模擬分析，考慮圍巖與結(jié)構(gòu)的共同作用、分步施工過(guò)程。取長(zhǎng)1000m×寬1200m 范圍土體作為模擬計(jì)算平面范圍，垂直計(jì)算范圍向上取至自由地表，向下取150m 深度。圍巖本構(gòu)模型采用修正摩爾-庫(kù)倫模型，考慮到M17東大橋站主體結(jié)構(gòu)建設(shè)時(shí)序早于本工程實(shí)施，模型中將M6、M17 東大橋站主體結(jié)構(gòu)均作為既有風(fēng)險(xiǎn)源考慮在內(nèi)，M6、M17 及本工程主體和區(qū)間結(jié)構(gòu)均采用彈塑性各向同性的梁、板單元模擬，邊樁及中柱采用植入式梁?jiǎn)卧M(jìn)行模擬，超前地層加固通過(guò)提高圍巖參數(shù)模擬。

在施工該車站時(shí)，使用縱向分幅、水平分步、分層開(kāi)挖的方法，注意每一分步開(kāi)挖完成后都要進(jìn)行支護(hù)，依照隧道施工順序進(jìn)行計(jì)算。首先計(jì)算原始地應(yīng)力，得到前一計(jì)算步驟的地應(yīng)力分布情況后，實(shí)施巖土體開(kāi)挖作業(yè)，在連續(xù)墻施工時(shí)不釋放地應(yīng)力場(chǎng)，每層土體開(kāi)挖時(shí)進(jìn)行百分百始發(fā)后對(duì)相應(yīng)樓層樓板進(jìn)行。具體模型見(jiàn)圖1。

圖1 有限元模型及單元網(wǎng)格圖

利用有限元分析軟件對(duì)施工階段進(jìn)行分析可得出以下結(jié)論：地面最大沉降小于9mm，相比二維計(jì)算分析結(jié)果較小，連續(xù)墻墻體最大水平位移為20.1mm（發(fā)生在負(fù)五層位置），與基坑計(jì)算軟件二維計(jì)算結(jié)果基本符合，滿足規(guī)范最大限值，因此基坑安全性滿足要求。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上，以地鐵車站深基坑工程為背景，對(duì)其變形特點(diǎn)展開(kāi)分析并提出優(yōu)化設(shè)計(jì)策略，對(duì)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，希望能為同仁提供參考。