地鐵車站下穿式立交橋一體化施工對支護(hù)結(jié)構(gòu)和圍巖的影響研究

何花

摘要：由于城市發(fā)展速度的逐步加快，交通擁堵問題已經(jīng)在許多城市顯現(xiàn)出來，為了讓城市交通進(jìn)行有效緩解，就需要落實地鐵工程的建設(shè)。目前各地陸續(xù)開通了地鐵運(yùn)營，在開建過程中也就會暴露更多的巖土工程技術(shù)問題，本文將針對下穿式立交橋一體化施工過程中由于開挖方式的不同而產(chǎn)生的對于支護(hù)結(jié)構(gòu)和圍巖的影響進(jìn)行具體分析。

關(guān)鍵詞：地鐵車站；下穿式立交橋一體化；支護(hù)結(jié)構(gòu)；圍巖

大規(guī)模建設(shè)地鐵的時代即將來臨，而地鐵車站的建設(shè)因為危險性較大就需要尤為注意，目前其設(shè)計多為單體地下兩層結(jié)構(gòu)，并未出現(xiàn)設(shè)計、施工以及投入使用同時進(jìn)行的案例，但是由于近幾年國家逐步加強(qiáng)對城市交通規(guī)劃的重視，地鐵與市政交通工程同期實施也是重要趨勢之一。

一、深基坑的特點(diǎn)

首先，其通常為典型的長條形大基坑，多數(shù)城市都會采用地下兩層的結(jié)構(gòu)來進(jìn)行建造，而針對不同城市的交通壓力狀況，對于深基坑的結(jié)構(gòu)也有了創(chuàng)新，有部分城市已經(jīng)開始運(yùn)用城市下穿橋與車站一體化建設(shè)的三層結(jié)構(gòu)。然后，地鐵車是一種多支撐支護(hù)體系，并且運(yùn)用多種圍護(hù)結(jié)構(gòu)來進(jìn)行建設(shè)。其次，其圍護(hù)結(jié)構(gòu)的受力情況與施工方法、開挖工序以及施工措施具有密切相關(guān)的聯(lián)系。再次，因為地鐵一般被建立在城市的繁華地段，所以在施工過程中就提出了較高的環(huán)境保護(hù)要求[1]。最后，由于城市交通壓力的逐漸惡化，就要求地鐵車站的工期較短且必須保證正常通行。

二、地鐵車站與下穿式立交橋一體化理論

該理論的誕生是為了解決現(xiàn)代城市交通的壓力，針對城市交通擁擠的這個老大難的問題來提出的方案。就目前而言，大部分城市道路的路口所采用的都是平交路口，各路車輛與行人都會在路口聚集，只能通過道路上交通指示燈或者交警的疏導(dǎo)來導(dǎo)向，這就很容易產(chǎn)生交通擁堵的情況。下穿式立交橋一體化在城市軌道交通中的應(yīng)用，就是將基坑的深度設(shè)計進(jìn)行加深，實現(xiàn)三層設(shè)計，上步一層作為城市下穿橋梁，將城市平交路口改良為立體交通，由此減少不同方向車輛之間的影響。這種方法也不會增加過多的造價，所以是一種極具優(yōu)勢的地鐵車站建設(shè)方法[1]。

三、圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式

（一）SMW工法樁

這種圍護(hù)結(jié)構(gòu)最早出現(xiàn)在日本，其具有工期短且造價低的優(yōu)點(diǎn)，但是SMW工法樁容易受到地層條件的限制，從當(dāng)下國內(nèi)的建設(shè)水平來看，一旦被使用在飽和粉土和粉砂層的時候就會產(chǎn)生較差的成樁效果，所以并不能滿足大型工程的需要。

（二）鉆孔灌注樁與水平鋼支撐相結(jié)合

該混合圍護(hù)結(jié)構(gòu)主要就是將承載力較強(qiáng)的樁在豎向運(yùn)用，而水平方向上則用的是剛度較大的支撐體系，能夠適應(yīng)于大多數(shù)地基土的建設(shè)，這種結(jié)構(gòu)不僅施工方便，成孔效果表現(xiàn)也比較良好，但是在碎石與巖石地層是不能進(jìn)行應(yīng)用的，所以在施工前要做好充分的地質(zhì)監(jiān)測[2]。

（三）鉆孔咬合樁

這是一種新型的基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)，主要是通過機(jī)械來進(jìn)行鉆孔施工，從而使得相鄰的排樁之間能夠?qū)崿F(xiàn)咬合，并且在平面上進(jìn)行排列。其具有優(yōu)良的防水效果，也能夠在一定程度上節(jié)約工程經(jīng)費(fèi)，鉆孔咬合樁能夠在黏土、粉土、砂土、人工回填土和淤泥質(zhì)土以部分含有卵石與碎石的地層進(jìn)行應(yīng)用，運(yùn)用特殊鉆機(jī)進(jìn)行施工時，鉆孔深度甚至可以達(dá)到一百二十米。

（四）地下連續(xù)墻

地下連續(xù)墻在近幾年來已經(jīng)在地鐵車站建設(shè)當(dāng)中獲得了更為廣泛的應(yīng)用，因為其既可以作為永久結(jié)構(gòu)來進(jìn)行受力，并且具有良好的剛度和防滲性能，施工技術(shù)也較為成熟，施工時間上具有一定的優(yōu)勢。期比較適合在成槽效果好的土層當(dāng)中進(jìn)行利用，如果遇到孤石、大顆粒卵礫石等土層，成槽效果就會減弱。

四、具體影響

接下來要說的兩種施工方式主要是建立在地鐵車站是長條形深基坑，理想化的將模型中的介質(zhì)設(shè)為連續(xù)介質(zhì)，土體采用實體單元，總體采用摩爾庫倫彈塑性模型，以地下連續(xù)墻作為支護(hù)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上來進(jìn)行探討的。

（一）整體開挖和復(fù)合開挖的異同點(diǎn)

根據(jù)相關(guān)研究模型的得出，整體開挖時墻體水平位移會逐漸增加，但是增加量會逐漸減小，與復(fù)合開挖相比，最大水平位移要多出近一半，而且還要對水平位移在施工過程中進(jìn)行不斷地監(jiān)測。整體開挖方式會使得地表沉降跟隨基坑開挖深度的增加也隨之增加，當(dāng)開挖深度較淺時，最大沉降距離基坑較近，而隨著開挖深度不斷增加，地表沉降最大值也就產(chǎn)生了變化，整體開挖方式所造成的地表沉降深度上和復(fù)合開挖基本一致，但是因為之后開挖方式的不同，最終造成的最大地表沉降值依舊比復(fù)合開挖要大，而且在基坑中心具有最大隆起值[3]。

而復(fù)合開挖時對于墻體的水平位移只需要在開挖面轉(zhuǎn)移的時候進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測，相對整體開挖而言具有較強(qiáng)的安全性，其第一層開挖與整體開挖的過程中基本是相同的，所以復(fù)合開挖與整體開挖顯示的地表沉降值基本接近，但是在后續(xù)開挖過程中就產(chǎn)生了變化，復(fù)合開挖方式所造成最大地表沉降終值是比整體開挖要更加的低。

（二）圍護(hù)結(jié)構(gòu)

圍護(hù)結(jié)構(gòu)在復(fù)合開挖與整體開挖的過程中均展現(xiàn)出較為明顯的“弓曲效應(yīng)”，并且如果在圍護(hù)結(jié)構(gòu)的底部嵌入強(qiáng)度比較高的風(fēng)化巖層之后，圍護(hù)結(jié)構(gòu)在基坑地面以下就基本不會產(chǎn)生位移[3]。地表沉降的變化不論在哪一種開挖形勢下，都基本呈現(xiàn)先增大后減小再增大的趨勢，并且無論是復(fù)合開挖與整體開挖過程中最大沉降值產(chǎn)生的位置都是基本一致的。而如果采用了永久結(jié)構(gòu)板作為內(nèi)支撐體系，因為永久結(jié)構(gòu)板要比鋼支撐的剛度更大，所以在地表沉降上會呈現(xiàn)回彈趨勢。

綜上所述，在復(fù)合開挖與整體開挖施工方式的對比之下，從圍護(hù)結(jié)構(gòu)的水平位移情況，還有周圍土體的沉降情況，以及基坑內(nèi)土體的隆起狀態(tài)來看，都可以體現(xiàn)出地鐵車站長條基坑比較適用于復(fù)合開挖方式，其具有較高的安全性與可靠性，并且配合地下連續(xù)墻的設(shè)計，也能夠?qū)Φ叵滤牧鲃幼龅捷^好的阻隔，確保的地鐵車站運(yùn)行的使用安全[4]。

五、結(jié)束語

地下水滲流問題在基坑工程中也是非常重要的一個部分，但因為地下連續(xù)墻本身具有較好的止水效果，所以本文就沒有對其進(jìn)行具體討論。

參考文獻(xiàn)：

[1]盛飛國.地鐵車站下穿式立交橋一體化施工對支護(hù)結(jié)構(gòu)和圍巖的影響研究[D].安徽建筑大學(xué)，2016.

[2]侯公羽.圍巖-支護(hù)作用機(jī)制評述及其流變變形機(jī)制概念模型的建立與分析[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2008，S2：3618-3629.

[3]帥紅巖，陳少平，曾執(zhí).深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)變形特征的數(shù)值模擬分析[J].巖土工程學(xué)報，2014，36S2：374-380.

[4]張獻(xiàn).下穿式立交橋的防水技術(shù)[J].浙江建筑，2012，2904：58-60.

（作者單位：中鐵十二局集團(tuán)第二工程有限公司）