某地铁换乘车站围护结构设计

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摘要：随着城市地铁的发展，地铁线路的增多，地铁换乘站的数量越来越多，本文介绍某T型地铁换乘车站的围护结构设计。

关键词：地铁换乘站 围护结构 地下连续墙

中图分类号： TU318 文献标识码： A 文章编号：

1 .项目概况

暹岗站为广州地铁六号线二期工程与二十一号线的换乘站，为地下二层车站，车站预留与二十一号线T型换乘的节点区（换乘节点处为地下三层）。车站两端接盾构区间，西端设置盾构吊出井，东端设置轨排井兼作盾构吊出井，基坑长度为344m，标准段基坑宽度为22.8m，深度16.7~19.0m；车站两端盾构吊出，西端扩大段基坑宽度为29.4m，基坑深度为18.66m，东端扩大端基坑宽度30.6m，基坑深度为20.0m，与二十一号线换乘节点区，基坑深25.86m（坑中坑深度约11m）。从上至下基坑范围内有填土、淤泥质土、粉质粘土、中粗砂、花岗岩残积土层、全风化岩、强风化岩、中风化岩、微风化岩，基底位于花岗岩残积土层。基坑安全等级为一级，开挖土石方总量约174148m3。

2.围护结构方案比选

(1)连续墙与钻孔桩方案比选

对本车站明挖基坑支护形式，分别进行了钻孔灌注桩、连续墙两个方案的比选。本车站范围内地层以冲积―洪积砂层为主，以上两种支护形式在技术上都可行，其各自的优缺点见下表

围护结构形式比选表

本车站基坑深约16.7米，车站范围内砂层深厚，基底基本位于花岗岩残积土层，最厚处达12米之深，地质条件差，基坑涌水是一大问题。钻孔桩需桩间旋喷止水，如旋喷止水施工不好极易造成涌水涌砂，危及基坑安全。连续墙幅与幅之间密封连接且整体性好，具有良好的止水效果。经过综合比选，结合广州地区工程经验，最后选择采用连续墙的支护形式，防水效果好，安全整体稳定性易于保证。

(2)围护结构与内衬墙的连接形式比选

围护结构与内衬的连接形式进行了刚接结构、叠合墙结构、重合墙结构三种结构形式的比选。其各自的优缺点见下表

围护结构形式比选表

综合以上三种结构形式的优缺点，重合墙结构在地铁明挖车站中最常用，防水效果好。本车站拟采用重合墙结构，以减小裂缝，确保结构防水效果。

(3)轨排井围护结构形式选择

车站东端设置两个28米×7.9米的轨排井兼作盾构吊出井，由于需要进行铺轨施工，故该段连续墙有28m长度范围不能设置支撑。参考各地设计经验，轨排井段围护结构主要可采用桩锚、环框梁、大跨度预应力鱼腹梁等形式，考虑到减少对环境的污染及方便施工，轨排井段采用主体结构环框梁的形式，即利用主体结构施工环框梁承受支护结构的水平力，支护结构不设置支撑，横向设置3道环框梁，截面1.5m×3m，竖向每隔6米设置1 m×3m扶壁柱。

3. 围护结构设计

主体基坑标准段的围护结构采用800厚的地下连续墙，共设3道支撑。第一、二道采用砼撑，间距9米，第三道采用Ф600×16钢支撑，支撑间距约3m。

节点区基坑围护结构采用1000厚连续墙，设4道混凝土支撑+1道钢换撑。

标准段、轨排段连续墙嵌固深度的设计原则为：花岗岩残积土层和花岗岩全风化带不小于8.0m，花岗岩强风化带不小于5.5m。换乘节点区连续墙嵌固深度进入花岗岩残积土层和花岗岩全风化带不小于10m。

换乘节点支撑平面布置图换乘节点支撑布置图

根据《建筑基坑支护技术规程》，多支点排桩、连续墙采用如下土压力计算模式：基坑底上部主动侧（迎土侧）按主动土压力及静止土压力进行计算，基坑底下部考虑两侧土压力相抵后形成矩形土压力荷载，并在被动侧（基坑侧）计入一组弹性支撑（即地层抗力）。砂层水压力采用水土分算，采用弹性支点杆系有限元法计算，被动土压力按弹性地基梁考虑，其水平抗力系数按m法确定。

围护结构设计内力和变形计算沿车站纵向取单位长度按弹性地基梁计算，坑内开挖面以下地层对墙体的约束采用一系列弹簧支座模拟。

计算时考虑支撑点的位移、施工工况及支撑刚度等对结构的内力与变形的影响，按照“先变形，后支撑”的原则，最终控制设计的位移与内力值应为各工况计算结果的包络值。

对于本基坑换乘节点的杆系水平支撑系统，采用空间杆系有限元方法对其内力及变形进行分析。此时水平支撑（包括围檩和内支撑杆件）形成一自身平衡的封闭体系。进行内力分析时添加适当的约束，以限制整个结构的刚移。在结构上施加不相交于一点的三个约束链杆，形成静定约束结构，以保证分析得到的结果与不加约束链杆时得到的结果一致。将由平面竖向弹性地基梁法或平面连续介质有限元方法得到的弹性支座反力作用在空间杆系结构上，采用杆系有限元的方法来求出各支撑杆件的内力和位移。

围护结构计算采用理正深基坑进行内力计算并用sap2000进行支撑内力分析，节点区地连墙嵌固深度10m，第一道撑最大轴力1092KN，第二道撑最大轴力 4581KN，第三道撑最大轴力5305KN，第四道撑最大轴力7153KN，换撑最大轴力3636KN 连续墙最大变形29.69mm≤30mm,配筋采用E32@100(内)、 E32@100(外) 。

换乘节点内力包络图 换乘节点支撑轴力图

4.特殊问题处理

4.1花岗岩残积土处理

本车站花岗岩残积土较厚（最大深度12米）且连续分布，花岗岩残积土及风化层具有软化、崩解性，残积土及全风化和强风化岩遇水浸泡后，其中风化形成的亲水矿物质迅速吸水膨胀，岩土发生崩解导致岩土强度降低，影响地基土的均匀性和稳定性，对设计、施工有较大影响，施工时应注意防止土层长时间泡水、降低土层的强度。

本基坑对花岗岩残积土的处理方案分东、西两段处理。节点区以东：因周边无重要的建筑物，节点区以东采用降水井降水，基坑施工期间，坑内水位保持在基底以下1米，降低残积土遇水软化的影响。同时，当出现基底残积土软化的情况是，对基底以下0.5内的残积土进行碎石换填。节点区及节点区以西： 考虑距离建筑物较近（距离一栋6层桩基础建筑23米），在连续墙底至中风化岩面之间做防渗墙（前进式注浆），不进行坑内降水。

4.2高压电缆下围护结构施工

在开创大道有两条220KV高压电缆横穿车站基坑，距离地面约23米，影响围护结构施工。考虑高压电缆的影响（高压电缆平面和竖向6米为保护距离），影响范围连续墙设计成3m一幅的短幅墙，钢筋笼分3段吊装，采用钢板焊接连接。

5.结语

暹岗站为广州地铁六号线二期工程与二十一号线的换乘站，考虑本工程的特点及结合广州地区的经验，围护结构采用在地铁车站设计中比较成熟的连续墙加内支撑的形式，经过计算，围护结构设计的各项指标满足相关规范的要求。在轨排井范围，围护结构采用了主体结构环框梁的形式；在花岗岩残积土的处理上，根据采用了坑内降水和止水帷幕的处理方案；在高压电缆下，采用短幅连续墙并对钢筋笼分节吊装焊接施工围护结构，特殊问题处理上方案比较合理。在后续施工过程中，应采用信息化施工，加强对基坑监测，确保施工安全。

参考文献：

[1] GJB 02-98，广州地区建筑基坑支护技术规定

[2] GB 50157-2003，地铁设计规范

[3]《深基坑支护结构与主体结构》王卫东 王建华著 中国建筑工业出版社出版