实例分析地铁车站基坑围护设计

1 工程概况

拟建地铁车站地下两层结构，标准段基坑开挖深度约16.89m，端头井基坑开挖深度约17.5m。车站全长约165.5m，顶板覆土约2.50m，采用地下连续墙结合内衬的结构，地下墙厚度0.8m。内衬厚度400mm，地面超载为20kPa。

2 工程地质条件及周边环境条件

基坑东北侧地块规划商业中心，为高层商办，基础型式为桩～筏基础。基坑以南为其他道路绿地工程，为地下一层结构，设有抗浮桩。基坑西边为某住宅小区一期，基础型式为桩筏基础，基坑北地块的某住宅小区二期，目前还在规划中。在基坑影响深度内场地岩土层可分为3大层，土层各层参数见表1。

表1 基坑设计参数表

地层 1素填土 2-1粉质粘土 2-2粉质粘土 2-3淤质粘土 2-4粉质质土 3-1粉质粘土 3-2粉质粘土

容重γ（kN/M3） 16 17.9 18.5 18.4 19.3 20 20.0 內聚力c（kPa） 0 15.8 14.2 7.5 20.0 46.4 35.9 内摩擦角φ（°） 15 10.5 9.5 6.6 12.0 18.0 16.5 3 基坑围护设计方案

综合开挖深度、场地土层、水文地质和场地的周边环境等条件，根据建设单位对基坑支护工程的具体要求，拟采用地下连续墙与四道混凝土支撑形式的方案，并采用疏干井降水的降水方案。

整个基坑分为四个单元进行计算，四个单元分为J1段、J8段、J13段、C12段，挡土支护结构统一采用800mm宽地下连续墙，采用连续槽分段开挖的方式，以5m为一幅。基坑内支撑使用的是钢筋混凝土支撑，并都采用500×700的支撑结构，800×1300的支撑圈梁，支撑分别设在-0.00m，-4.00m，-8.00m，-12.00m，以J8段为例进行计算。

1、地下连续墙入土深度计算：

设地下连续墙底端距离开挖面处t米。对连续墙底端起矩，得：5.87t3-76.204 t2-500.88t+6360.41=0得：t=13.25m则入土深度为：L=17.50+13.25≈30.8m

2、最大弯矩计算： R1 ～R2之间最大弯矩计算

已知：R1 =48.79 kN/m，设剪力剪力Q=0点位于①层顶面以下x1米处.， 48.79=11.78 x1 +16×tan2 （45-7.5）/2×x12得：x1=2.11m则Mmax1 =48.79×2.11-（11.78×2.112 /2+9.42×2.113 /6）=61.98 kN·m/m

R2 ～R3 之间最大弯矩计算

已知：R1 =48.79 kN/m， R2 =71.72 kN/m，设剪力Q=0点位于③-1层顶面以下x2米处。

48.79+71.72=108.10+9.11+20×tan2 （45-9）/2×x22得：x2 =0.79 m则Mmax2 =48.79×（6.2+0.79）+71.72×（2.2+0.79）-[108.10×（1.48+0.3+2.2+0.79）+9.11×（0.17+2.2+0.79）+20×tan236 ×0.793 /6]=10.67kN·m/m

R3 ～R4 之间最大弯矩计算

已知：R1 =48.79 kN/m， R2 =71.72 kN/m， R3 =140.93 kN/m，设剪力Q=0点位于H=6.2m以下x3米处。48.79+71.72+140.93=108.10+9.11+10.56/2×x32得：x3 =5.23>4.2m因此剪力为零点在下一土层，设剪力Q=0点位于④层顶面以下x3’米处。

48.79+71.72+140.93=108.10+9.11+93.14+83.03 x3’+10.56/2×x3’2得：x3’=0.59m则Mmax3 =48.79×（10.4+0.59）+71.72×（6.4+0.59）+140.93×（2.4+0.59）-[108.10×（1.48+0.3+2.2+4.2+0.59）+9.11×（0.17+6.4+0.59）+44.78×4.2/2×（4.2/3+0.59） +83.03×0.592/2+11.36 ×0.593 /6]=240.88kN·m/m

R4 ～P0 之间最大弯矩计算

已知：R1 =48.79 kN/m， R2 =71.72 kN/m， R3 =140.93 kN/m， R4 =596.58 kN/m设剪力Q=0点位于⑤层顶面以下x4米处。

48.79+71.72+140.93+596.58=108.10+9.11+93.14+98.21+103.08x4+11.36/2×x42得：x4 =4.3m 则Mmax4 =48.79×（11.5+4.3）+71.72×（7.5+4.3）+140.93×（3.5+4.3）+596.58×4.3 -[108.10×（1.48+7.8+4.3）+9.11×（0.17+7.5+4.3）+93.14×（1.4+1.1+4.3）+98.21×（0.54+4.3）+103.08×4.32/2+11.36 ×4.33 /6]=992.49kN·m/m

降水设计时，将基坑降水和支护的施工降水作统一考虑，务必保证使地下水位降到地下连续墙底0.5m以下，且基坑中心线处要求降深S应低于开挖基底不少于0.5m。综合考虑最小降深为32m。由于基坑开挖深度较大，轻型井点不能满足降水要求，故采用疏干井降水的降水方案

4 结论

（1）本工程基坑开挖深度标准段基坑开挖深度约16.89m，端头井基坑开挖深度约17.5m，采用地下连续墙结合内衬的结构，地下墙厚度0.8m。内衬厚度400mm，地面超载为20kPa。此设计经济安全，设计中运用新的设计理论，并得到了工程实践的验证。

（2）钢筋混凝土支撑结构的整体刚度好，变形小，安全可靠。这对控制基坑周围建筑物的不均匀沉降、保证地下管线和道路的正常运行都是非常重要的。

（3）墙顶水平位移反映支护结构的顶部变形情况，是支护结构安全状况的重要指标，且在地铁建设这样安全性需求很高的情况下使用地下连续墙与内支撑的支护方式是最为有效的。

参考文献：

[1] GB 50010-2002，钢筋混凝土结构设计规范【S】 [2] GB 50204-2002，混凝土工程施工质量验收规范【S】 [3] DT0219—2006，滑坡防治工程设计与施工技术规范【S】