哈尔滨地铁文化宫站车站基坑支护方案优化设计

程东辉 王 博

(东北林业大学土木工程学院，黑龙江 哈尔滨 150040)

哈尔滨地铁文化宫站车站基坑支护方案优化设计

程东辉 王 博

(东北林业大学土木工程学院，黑龙江 哈尔滨 150040)

为了使地铁深基坑工程更加安全、经济、合理，应用启明星软件进行计算分析，对哈尔滨地铁文化宫站的基坑支护工程进行优化设计，结果表明优化后的新方案在围护结构受力变形上更加合理且造价更低，对相似地质条件的深基坑支护具有借鉴意义。

地铁车站,基坑,支护,优化设计

0 引言

伴随着城市的建设、地下空间的发展，地铁工程在世界各大中城市得到了充分的开发利用。而地铁工程中深基坑支护结构又是一项复杂的系统工程，基坑支护结构具有临时性的特点，同时兼顾安全系数和经济效益最大化成为了深基坑支护设计的一大难点。如何使深基坑工程做到安全、经济、合理，是一个亟待解决的问题，因此，合理的进行基坑支护方案优化设计就显得尤为重要[1]。

1 工程概况

本文所述的地铁文化宫站位于哈尔滨市中山路工人文化宫附近，沿中山路布置，呈西北～东南走向，横跨革新街和巴陵街。该站地处哈尔滨市市区中心繁华地区，市域交通南北干道上，用地紧张，交通量大。文化宫站为地下2层标准岛式车站。车站内包尺寸长224.2 m，宽18.3 m(盾构加宽处宽22.1 m)，站台宽度为11.0 m，地下1层设置为站厅层，地下2层则为站台层。底板埋深约为16.985 m，顶板覆土厚约为3.125 m。

根据初步勘察，工程沿线地层主要由第四纪地层所覆盖，缺失第三纪地层，场内地层自上而下依次为：杂填土层；冲积层：由粉质粘土、中砂和粗砂组成；残积层：粉质粘土等。根据本线路所处地貌单元勘探揭示的地层结构，勘探深度内场地地下水可分为上层滞水、孔隙潜水、孔隙承压水。场地地质条件和计算参数建议值见表1。

2 基坑设计方案优化

2.1 支护结构设计原则

在进行支护结构设计时，通常有以下几个原则：1)支护结构的设计必须满足强度、稳定性、变形要求，必须保证地下管道以及周围环境的安全；2)在确保支护结构安全指标的基础上，如何选择可靠的支护结构是重中之重，我们应该从施工场地、施工环境、

施工设备以及环境保护等方面进行全方位的考虑，确定支护方案；3)影响支护造价的因素很多，但是起决定性作用的是基坑支护方案的选择。在进行预算时除了应考虑支护方案的造价外还应考虑到施工费、监测费等，以求达到经济合理的目的；4)根据具体工程的需求，保证各指标下最大限度地缩短工期。基坑工程施工工期占整个工程的很小一部分，但是必须保证在安全可靠的原则下才能缩短工期[2]。

表1 场地地质条件和计算参数建议值

2.2 原基坑支护设计方案

本工程基坑安全等级定为一级，即要求地面最大沉降量不大于0.1%H，围护结构最大水平位移不大于0.14%H(H为基坑开挖深度)。结构自重，水土侧压力及地面超载是施工期间围护墙承受的主要荷载。结构自重按建筑结构荷载规范采用；水土侧压力按黑龙江省DB 23/902—2005建筑地基基础设计规范规定取值。围护结构内力计算沿结构纵向取单位长度按竖向弹性地基梁计算，按基坑开挖、浇筑顶板、开挖、支撑、楼板依次浇筑、拆撑、浇筑侧墙的施工过程和完成后的使用阶段等工况进行内力计算。

围护结构开挖阶段计算时必须计入结构的先期位移值以及支撑的变形，按“先变形，后支撑”的原则进行结构分析。计算参数选取如下:土加权天然重度γ取19.5 kN/m3;土弹簧—考虑“时空效应”的经固化后的土弹簧刚度;地面超载取20 kN/m2;侧向荷载，施工阶段粘性土按水土合算，砂性土按水土分算，采用朗金土压力公式计算，C，φ取固结快剪推荐值。

基坑原设计方案为明挖顺筑法施工,围护结构为φ1 000@1 200钻孔灌注桩，φ900@600旋喷桩止水帷幕，竖向采用3道钢支撑(φ609，t=16)体系。原设计方案中因施工时桩间缝隙较大，虽设置止水帷幕，但仍易造成基坑外侧水土带入坑内，且坑外大量抽水使得地表沉降较大，造成周围路面、土体、建筑物以及地下管线的沉降位移较大。

2.3 新基坑支护设计方案

考虑上述的影响，拟采用新的设计方案：600厚地下连续墙,竖向采用第一道混凝土支撑，二，三道钢支撑(φ609，t=16)体系。采用地连墙的新设计方案施工机械化更高，相比于钻孔灌注桩施工时速度更快、精度更高、振动较小、噪声微小，适用于城市中更为密集的建筑群以及夜间施工，结构强度可靠，承压力大，兼具防渗、截水、承重以及挡土的功能，能应用于更为广泛的地质条件，并且无需放坡，开挖回填的土方量小，浇筑混凝土时无需支模养护，可低温施工，成本更为低廉，施工时间更为精简，施工安全度更为可靠，不会因引起水位的降低而造成周围地基的沉降，进而能够保证施工质量。另一方面，把第一道内支撑由钢支撑换为混凝土支撑，可以增大施工时的操作空间，进而缩短工期，增大节点的抗拉能力，增加其整体性，减少安全事故[3，4]。

2.4 新旧方案计算结果对比

以本车站标准断面计算结果为例,应用启明星软件进行计算,计算模拟了施工过程，考虑了先开挖后支撑时结构已变形的实际情况。优化设计前后两种方案的对比计算结果如图1,图2所示。

从计算结果来看，原设计方案的三道竖向钢支撑轴力分别为：612.1 kN，2 376.9 kN，1 844.2 kN；新设计方案的第一道混凝土支撑和第二、三道钢支撑轴力分别为：151.2 kN，1 605 kN，1 977.6 kN。内支撑所受轴力均小于原设计方案且支撑稳定性满足规范要求，最大位移、弯矩、剪力均满足规范要求，且较原方案更为合理。此外，新基坑支护设计方案所需花费总价约为14 586.51万元,较原设计方案总价16 457.15万元大约节省20%～25%。

3 结语

本文通过对哈尔滨地铁文化宫站基坑支护方案的优化和比较，对基坑开挖以及支护过程进行计算分析，主要考察围护结构及支撑结构的内力以及变形，不仅能满足基坑支护安全系数，保证施工安全、方便，并且具有明显的经济效益和社会效益。对其他相似地质条件的深基坑支护具有借鉴意义。

[1] 王 垚,冯 超.地铁车站深基坑围护桩优化及其数值分析[J].中国安全生产科学技术,2013(10)：54-58.

[2] 白洪潮.深基坑支护技术方案的选择及其优化设计[D].荆州：长江大学,2012.

[3] 孙 勇.基于价值工程的某深基坑支护方案优选研究[D].广州：华南理工大学,2012.

[4] 朱川鄂.天津地铁基坑支护结构研究[D].成都：西南交通大学,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

程东辉(1971- )，男，教授； 王 博(1992- )，女，在读硕士

1009-6825(2015)31-0052-02

TU463

A