地铁车站基坑支护方案优化设计

地铁车站基坑支护方案优化设计

关键词：地铁站；地下停车场；支撑体系的优化。1.基坑支护结构杭州地铁秋涛路站为地下两层双跨岛式车站,地下一层站厅层,地下二层站台层。车站底板埋深约17.5m,基坑支护采用1000@750钻孔咬合灌注桩,桩长33米。内设609mm,t=16mm的钢管支撑,竖向设6道,纵向间距4m。南京地铁许俯巷站采用地下连续墙做围护结构,基坑端头开挖深度17.5m,标准段坑内设置4道609钢支撑。南京地铁茶亭站基坑开挖深度16.5~16.8m,围护采用600mm连续墙,设置4道609×14mm钢支撑,围檩采用2I40c。广州地铁某车站主体明挖结构分为两段,南侧、北侧基坑基坑均采用钻孔灌注桩+内支撑作围护结构,基坑北侧最下一道支撑为预应力锚杆。原设计采用沿基坑竖向设三道钢围檩及609×14mm的钢支撑(局部深处为四道钢支撑),在端部和角部采用斜撑,支撑较长处中部设600钢支撑临时立柱。2.混凝土施工质量问题支撑体系应该方便基坑结构施工,不但要达到确保整个施工过程中基坑稳定的目的,还应该便于基坑开挖及后续结构施工作业。目前我公司施工遇到的地铁明挖均为围护桩结合内支撑体系,如杭州地铁秋涛路站、南京地铁许俯巷站、南京地铁茶亭站。秋涛路站、许俯巷站已经完成基坑支护和结构施工,支护均达到预期效果。通过施工可以发现内支撑体系严重干扰土建结构施工,并且存在诸多后续问题。作为临时支护结构的内支撑对后续永久结构的施工有较大影响,尤其是防水卷材、钢筋搭接空间,施工缝设置以及结构砼浇铸质量。杭州地铁秋涛路站采用咬合桩+内支撑作围护结构,基坑竖向设置6道钢支撑,内衬墙厚600mm,钢围檩采用2I45a,受围檩影响,施工时基坑外侧钢筋全部断在围檩下,无法按照规范要求错开钢筋接头,只有采用钢筋联结器来接长钢筋,增加了工程造价。南京地铁茶亭站端头井采用连续墙加钢围檩的结构型式,受围檩影响,基坑外侧钢筋也要采用钢筋联结器接长的方式,事实上采用连续墙围护,连续墙的无论从刚度还是从整体性上讲都远优于各种桩墙,连续墙内的分布钢筋可以抵抗横向弯矩,因此可以取消围檩,而直接采用预埋钢板的方式,南京地铁许俯巷全部采用在连续墙上预埋钢板,没有采用围檩,施工的安全、进度也得到了保证。在目前采用内支撑体系的基坑开挖土方作业中,施工时为达到机械化施工目的,均有开挖土方与架设支撑冲突的矛盾,按照设计的支撑间距、高度要求则无法满足机械施工作业面,因此出现施工中架设支撑时间远远滞后于土方开挖,增大了基坑安全隐患,存在冒险施工的现象。另一方面,内支撑体系限制了机械施工。支撑位置在考虑基坑安全计算要求的前提下,内支撑围檩托架位置需要接近永久结构梁板位置,限制住了施工缝位置,该部位集中布置防水、钢筋等,造成防水卷材搭接长度与钢筋预留接驳器位置重合,卷材搭接长度及搭接施工质量保证难度大大增强,如果采用锚杆体系,可以确保防水接茬任意布置,远离钢筋、施工缝,可以保证理想的防水效果。内支撑接近梁板,尤其是平面位置与结构柱重合,在梁柱施工中避让支撑,结构钢筋预留位置无法完全确保结构要求的钢筋锚固长度,造成临时结构体系影响永久结构物的质量。内支撑体系要求在基坑内部设置环状围檩,围檩的设置与永久结构侧墙位置重合,由于支撑位置限制施工缝,侧墙浇筑高度一般在支撑下方1m左右,在满足钢筋连接要求下,砼浇铸时,由于钢筋顶在支撑下方,操作人员无法下到墙体内部进行振捣,砼的灌注位置只能在模板上端,砼浇铸落差大,离析现象难以避免,结构浇铸后的实体质量无法保障。对照锚杆支撑体系,上述问题完全可以避免。如果设置内支撑,在确保基坑稳定的前提下,各层支撑设在永久结构各层梁板的上方100cm以外较为合理,这样能够确保接缝各工序施工质量及操作空间。通过计算和研究分析,广州地铁某车站内支撑采用I50c型钢作为支撑杆件,支撑位置在基坑-1m、-8m、-11m处,局部在-14m增设了第四支撑,同层支撑间距3m,从而保证了施工操作空间和各工序的施工质量。3.支撑轴力的确定广州地铁某车站采用I50c作为支撑杆件和围檩,通过统一支撑杆件与围檩的材料形式,减少现场二次加工工作量,利于施工采购、加工。I50c支撑结构断面匹配较为合理,内支撑体系整体性得到加强。部分地铁车站选择钢管作为支撑杆件,截面抗弯模量优于I字型钢,但围檩高度加大,增大围檩自身荷载,内支撑整体性降低。可将两个I字型钢组装成单一杆件,加大了支撑的截面面积,从而增加I字型钢的抗弯模量,通过计算也满足了压杆稳定的要求。基坑土方开挖前通过千斤顶施加支撑轴力,千斤顶对称布置在杆件两侧,统一按给定数值施加轴力。角部支撑的牛腿施工时必须考虑施加轴力的作业面,确保斜向布置支撑两侧有顶进设备的工作面。基坑锁定支撑轴力采用特制钢楔,钢楔与支撑、牛腿相互焊接固定。基坑监测数据表明,虽然开始轴力有一定偏差,但最终同一层支撑轴力之间差距不大。分析该现象是由于围护桩受压后产生不同变形,最终形成整体稳定。4.支撑体系安全性分析通过对基坑监测数据分析,监测实际数值与设计警戒值差距较大,说明支撑体系是安全的,同时也说明该支撑体系与设计受力状态有较大距离,尚有安全余量。5.支护材料的选择我国幅员辽阔,国内各城市地铁建设各有差别,车站深基坑施工尤其受到地质情况影响,对于北方普遍土层含水量较小、地下水位较低的基坑支护,若场地条件允许可采用放坡开挖,也可结合锚杆等支撑形式进行优化。并且施工单位也积累了一定支撑材料,施工中选择利用施工单位现有材料,对于总体造价的降低有一定的积极作用。内支撑体系中材料形式变化使施工单位一次性投入加大。6.基坑结构的选