地铁车站基坑开挖稳定性研究
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摘 要：地铁车站基坑开挖过程中易出现失稳的情况，针对某车站具体情况，通过对地质情况分析和力学计算，分析了其开挖过程对已有结构的影响分析，采取了有效措施，预防了两者失稳现象的发生，采用相关技术手段针对施工中易出现的问题，采取了有效措施，通过实际证明了所采取的技术手段的有效性。
关键词：地铁车站 基坑 稳定性
中图分类号：U231 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）04（b）-0015-01
1 工程概况
本段范围上覆第四系全新统人工填筑土，其下分别为第四系上更新统冰水-流水沉积的粘性土及卵石土，局部夹砂层，下伏上白垩统灌口组泥岩。
2 结构模型
采用荷载-结构模型，模拟老街站三号线车站采用盖挖法施工时，对建成的一号线的结构的影响。车站结构（围护、主体、柱等）采用弹性梁单元模拟，围护桩与侧墙采用刚性藕合连接（叠合结构），地层对结构作用用弹簧模拟。开挖过程中侧土压力对围护桩作用采用朗肯主动压力（水土分算），按“荷载增量法”对整个施工开挖过程进行模拟计算分析。施工工序为：第一步开挖，施作顶板结构；第二步开挖，施作一层中板；第三步开挖，施作二层中板；第四步开挖，施作底板。计算模型如下图1。
三号线开挖对一号线是有较大影响的，开挖前后，一号线中二板最大增幅为36%，底板最大增幅为10%，顶板最大增幅为9%，围护桩（即侧墙）和中一板影响较小（有所减小）。
开挖第一至三步时，一号线结构内力变化较大，而第四步开挖时，一号线结构内力有所改善，主要是由于开挖过程造成一号线受偏载作用，而开挖完成后，荷载为对称荷载。
最大水平变形为20.4 mm，变形满足要求。三号线开挖对一号线是有影响的，但大部分结构受影响较小，因此，只要控制一号线结构的偏载作用（如控制开挖纵向尺寸，及时浇注结构板等），该方案有一定的可行性。
3 主体结构尺寸
基坑采用放坡开挖时，边坡坡度（高宽比）在粘性土层采用1∶1，在卵石土层采用1∶0.75，边坡表面喷射5 cm厚的C20混凝土。
土钉墙结构型式：土钉水平和竖向间距为2.0 m，土钉采用直径φ40钢花管或采用直径φ32钢筋，土钉长度2.0～6.0 m，喷射面层采用150 mm厚的网喷钢筋混凝土结构，混凝土强度采用C20，钢筋网采用单层、直径为φ6间距为200 mm的钢筋；土钉墙的边坡（高宽比）采用1∶0.2。
无论采用放坡开挖还是采用土钉墙支护结构，均须进行基坑外管井降水。管井直径采用φ300 mm，深度不小于15 m，沿基坑两侧错开布置，单侧管井的距离为30 m。
车站顶板厚度为600 mm，侧墙厚度为600 mm，底板厚度为700 mm，中柱采用700×700 mm矩形截面柱，底板下的抗拔桩采用φ1200 mm人工挖孔桩，桩深8 m。
主体框架结构按作用在弹性地基上的等代闭合框架结构进行计算，其地层的作用以一系列弹簧模拟，计算采用SAP84有限元通用结构计分析程序，结构计算按永久荷载、可变荷载、施工荷载和偶然荷载的各种组合工况进行。根据本站工程地质和水文地质的特点，考虑施工完成初期阶段、近期使用阶段和远期使用阶段水浮力分别按0%、50%、100%进行计算分析比较；荷载按结构最不利受力情况进行组合。车站结弯矩图如图2所示。
计算分析表明，由于结构周边土体的约束作用，地震力对地下结构的影响较小，由于构件计算中，地震组合工况仅进行强度检算，而地铁车站在其他工况计算时，其多数构件计算主要由裂缝检算来控制。因此，地震作用工况对构件设计为非控制工况，结构设计时仅需按抗震构造要求进行处理，车站对房屋基础地震影响与原场地相同。计算结果还表明，在有人防荷载作用的工况，计算结果不控制结构构件的设计。
4 施工步骤
施工期间南都西路进行封闭，车站采用明挖顺筑法施工。主要施工步骤如下。
（1）施工场地围挡，施工降水井。
（2）进行基坑开挖，施工降水随开挖深度逐级超前降水，喷射混凝土护坡；同时基坑逐层开挖，并逐层施工土钉墙。
（3）施工底板抗拔桩、接地网、垫层及底板防水层。
（4）顺序施工车站底板、侧墙及侧墙防水层。
（5）施工车站顶板及防水层、覆土、同时敷设管线。
（6）施工道路、路面及绿化。
（7）施工车站附属结构；方案一附属结构可与主体结构同步施工，方案二附属结构与主体结构分别施工。
5 结语
通过计算分析，采用该方案能有效地控制结构的失稳，并给出了具体的主体结构尺寸和施工步骤，对于类似工程的施工有一定的指导意义。
参考文献
[1] 方江华.深基坑支护技术综述[J].西部探矿工程，2003，82（3）：23-26.
[2] 冯玉宝.深基坑工程问题与进展[J].中国地质灾害与防治学报，1998（9）：56-58.