哈爾濱地鐵文化宮站車站基坑支護(hù)方案優(yōu)化設(shè)計(jì)

程?hào)|輝 王 博

(東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040)

哈爾濱地鐵文化宮站車站基坑支護(hù)方案優(yōu)化設(shè)計(jì)

程?hào)|輝 王 博

(東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040)

為了使地鐵深基坑工程更加安全、經(jīng)濟(jì)、合理，應(yīng)用啟明星軟件進(jìn)行計(jì)算分析，對(duì)哈爾濱地鐵文化宮站的基坑支護(hù)工程進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，結(jié)果表明優(yōu)化后的新方案在圍護(hù)結(jié)構(gòu)受力變形上更加合理且造價(jià)更低，對(duì)相似地質(zhì)條件的深基坑支護(hù)具有借鑒意義。

地鐵車站,基坑,支護(hù),優(yōu)化設(shè)計(jì)

0 引言

伴隨著城市的建設(shè)、地下空間的發(fā)展，地鐵工程在世界各大中城市得到了充分的開發(fā)利用。而地鐵工程中深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)又是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)具有臨時(shí)性的特點(diǎn)，同時(shí)兼顧安全系數(shù)和經(jīng)濟(jì)效益最大化成為了深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)的一大難點(diǎn)。如何使深基坑工程做到安全、經(jīng)濟(jì)、合理，是一個(gè)亟待解決的問題，因此，合理的進(jìn)行基坑支護(hù)方案優(yōu)化設(shè)計(jì)就顯得尤為重要[1]。

1 工程概況

本文所述的地鐵文化宮站位于哈爾濱市中山路工人文化宮附近，沿中山路布置，呈西北～東南走向，橫跨革新街和巴陵街。該站地處哈爾濱市市區(qū)中心繁華地區(qū)，市域交通南北干道上，用地緊張，交通量大。文化宮站為地下2層標(biāo)準(zhǔn)島式車站。車站內(nèi)包尺寸長(zhǎng)224.2 m，寬18.3 m(盾構(gòu)加寬處寬22.1 m)，站臺(tái)寬度為11.0 m，地下1層設(shè)置為站廳層，地下2層則為站臺(tái)層。底板埋深約為16.985 m，頂板覆土厚約為3.125 m。

根據(jù)初步勘察，工程沿線地層主要由第四紀(jì)地層所覆蓋，缺失第三紀(jì)地層，場(chǎng)內(nèi)地層自上而下依次為：雜填土層；沖積層：由粉質(zhì)粘土、中砂和粗砂組成；殘積層：粉質(zhì)粘土等。根據(jù)本線路所處地貌單元勘探揭示的地層結(jié)構(gòu)，勘探深度內(nèi)場(chǎng)地地下水可分為上層滯水、孔隙潛水、孔隙承壓水。場(chǎng)地地質(zhì)條件和計(jì)算參數(shù)建議值見表1。

2 基坑設(shè)計(jì)方案優(yōu)化

2.1 支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則

在進(jìn)行支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，通常有以下幾個(gè)原則：1)支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)必須滿足強(qiáng)度、穩(wěn)定性、變形要求，必須保證地下管道以及周圍環(huán)境的安全；2)在確保支護(hù)結(jié)構(gòu)安全指標(biāo)的基礎(chǔ)上，如何選擇可靠的支護(hù)結(jié)構(gòu)是重中之重，我們應(yīng)該從施工場(chǎng)地、施工環(huán)境、

施工設(shè)備以及環(huán)境保護(hù)等方面進(jìn)行全方位的考慮，確定支護(hù)方案；3)影響支護(hù)造價(jià)的因素很多，但是起決定性作用的是基坑支護(hù)方案的選擇。在進(jìn)行預(yù)算時(shí)除了應(yīng)考慮支護(hù)方案的造價(jià)外還應(yīng)考慮到施工費(fèi)、監(jiān)測(cè)費(fèi)等，以求達(dá)到經(jīng)濟(jì)合理的目的；4)根據(jù)具體工程的需求，保證各指標(biāo)下最大限度地縮短工期。基坑工程施工工期占整個(gè)工程的很小一部分，但是必須保證在安全可靠的原則下才能縮短工期[2]。

表1 場(chǎng)地地質(zhì)條件和計(jì)算參數(shù)建議值

2.2 原基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方案

本工程基坑安全等級(jí)定為一級(jí)，即要求地面最大沉降量不大于0.1%H，圍護(hù)結(jié)構(gòu)最大水平位移不大于0.14%H(H為基坑開挖深度)。結(jié)構(gòu)自重，水土側(cè)壓力及地面超載是施工期間圍護(hù)墻承受的主要荷載。結(jié)構(gòu)自重按建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范采用；水土側(cè)壓力按黑龍江省DB 23/902—2005建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定取值。圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算沿結(jié)構(gòu)縱向取單位長(zhǎng)度按豎向彈性地基梁計(jì)算，按基坑開挖、澆筑頂板、開挖、支撐、樓板依次澆筑、拆撐、澆筑側(cè)墻的施工過程和完成后的使用階段等工況進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算。

圍護(hù)結(jié)構(gòu)開挖階段計(jì)算時(shí)必須計(jì)入結(jié)構(gòu)的先期位移值以及支撐的變形，按“先變形，后支撐”的原則進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。計(jì)算參數(shù)選取如下:土加權(quán)天然重度γ取19.5 kN/m3;土彈簧—考慮“時(shí)空效應(yīng)”的經(jīng)固化后的土彈簧剛度;地面超載取20 kN/m2;側(cè)向荷載，施工階段粘性土按水土合算，砂性土按水土分算，采用朗金土壓力公式計(jì)算，C，φ取固結(jié)快剪推薦值。

基坑原設(shè)計(jì)方案為明挖順筑法施工,圍護(hù)結(jié)構(gòu)為φ1 000@1 200鉆孔灌注樁，φ900@600旋噴樁止水帷幕，豎向采用3道鋼支撐(φ609，t=16)體系。原設(shè)計(jì)方案中因施工時(shí)樁間縫隙較大，雖設(shè)置止水帷幕，但仍易造成基坑外側(cè)水土帶入坑內(nèi)，且坑外大量抽水使得地表沉降較大，造成周圍路面、土體、建筑物以及地下管線的沉降位移較大。

2.3 新基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方案

考慮上述的影響，擬采用新的設(shè)計(jì)方案：600厚地下連續(xù)墻,豎向采用第一道混凝土支撐，二，三道鋼支撐(φ609，t=16)體系。采用地連墻的新設(shè)計(jì)方案施工機(jī)械化更高，相比于鉆孔灌注樁施工時(shí)速度更快、精度更高、振動(dòng)較小、噪聲微小，適用于城市中更為密集的建筑群以及夜間施工，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度可靠，承壓力大，兼具防滲、截水、承重以及擋土的功能，能應(yīng)用于更為廣泛的地質(zhì)條件，并且無(wú)需放坡，開挖回填的土方量小，澆筑混凝土?xí)r無(wú)需支模養(yǎng)護(hù)，可低溫施工，成本更為低廉，施工時(shí)間更為精簡(jiǎn)，施工安全度更為可靠，不會(huì)因引起水位的降低而造成周圍地基的沉降，進(jìn)而能夠保證施工質(zhì)量。另一方面，把第一道內(nèi)支撐由鋼支撐換為混凝土支撐，可以增大施工時(shí)的操作空間，進(jìn)而縮短工期，增大節(jié)點(diǎn)的抗拉能力，增加其整體性，減少安全事故[3，4]。

2.4 新舊方案計(jì)算結(jié)果對(duì)比

以本車站標(biāo)準(zhǔn)斷面計(jì)算結(jié)果為例,應(yīng)用啟明星軟件進(jìn)行計(jì)算,計(jì)算模擬了施工過程，考慮了先開挖后支撐時(shí)結(jié)構(gòu)已變形的實(shí)際情況。優(yōu)化設(shè)計(jì)前后兩種方案的對(duì)比計(jì)算結(jié)果如圖1,圖2所示。

從計(jì)算結(jié)果來(lái)看，原設(shè)計(jì)方案的三道豎向鋼支撐軸力分別為：612.1 kN，2 376.9 kN，1 844.2 kN；新設(shè)計(jì)方案的第一道混凝土支撐和第二、三道鋼支撐軸力分別為：151.2 kN，1 605 kN，1 977.6 kN。內(nèi)支撐所受軸力均小于原設(shè)計(jì)方案且支撐穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求，最大位移、彎矩、剪力均滿足規(guī)范要求，且較原方案更為合理。此外，新基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方案所需花費(fèi)總價(jià)約為14 586.51萬(wàn)元,較原設(shè)計(jì)方案總價(jià)16 457.15萬(wàn)元大約節(jié)省20%～25%。

3 結(jié)語(yǔ)

本文通過對(duì)哈爾濱地鐵文化宮站基坑支護(hù)方案的優(yōu)化和比較，對(duì)基坑開挖以及支護(hù)過程進(jìn)行計(jì)算分析，主要考察圍護(hù)結(jié)構(gòu)及支撐結(jié)構(gòu)的內(nèi)力以及變形，不僅能滿足基坑支護(hù)安全系數(shù)，保證施工安全、方便，并且具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。對(duì)其他相似地質(zhì)條件的深基坑支護(hù)具有借鑒意義。

[1] 王 垚,馮 超.地鐵車站深基坑圍護(hù)樁優(yōu)化及其數(shù)值分析[J].中國(guó)安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù),2013(10)：54-58.

[2] 白洪潮.深基坑支護(hù)技術(shù)方案的選擇及其優(yōu)化設(shè)計(jì)[D].荊州：長(zhǎng)江大學(xué),2012.

[3] 孫 勇.基于價(jià)值工程的某深基坑支護(hù)方案優(yōu)選研究[D].廣州：華南理工大學(xué),2012.

[4] 朱川鄂.天津地鐵基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)研究[D].成都：西南交通大學(xué),2005.

Optimal design of Harbin subway culture palace station foundation support scheme

Cheng Donghui Wang Bo

(CollegeofCivilEngineering,NortheastUniversityofForestry,Harbin150040,China)

In order to make deep subway foundation safer, more economic and rational, the paper applies Qimingxing software for computation analysis, and carries out optimal design for Harbin subway culture palace station foundation support engineering. Results show that: the optimized scheme realizes more rational and lower cost in the aspect of enclosure structure stress deformation, which has certain guiding meaning for deep foundation support under similar geological conditions.

subway station, foundation, support, optimal design

2015-08-25

程?hào)|輝(1971- )，男，教授； 王 博(1992- )，女，在讀碩士

1009-6825(2015)31-0052-02

TU463

A