地铁车站盖挖逆作法围护结构设计方法研究

胡志耀

(中铁第六勘察设计院集团有限公司，天津 300308)

与传统的覆盖挖法相比，盖挖逆作对周围环境影响小，可在冬季施工，节省基坑的临时支护，简化了基坑的施工过程，更好地适应了熙熙攘攘的闹市区基坑施工。这种施工方法的运用在施工工程需求中具有重要的价值运用。本文在对这种分析方法了解的基础上展开实际工程的研究，并以深圳地铁7号线中的福民站作为实际的测量对象，在分析其结构运用的方法上通过有限元数值模拟法进行模拟，并通过数据分析的方法展开其稳定性结果分析。

1 工程概况

1.1 场地概述

本文以深圳地铁7号线项目中福民站为例展开研究探讨，通过研究分析该地段的主要特征为路段呈现海相冲积平原。

1.2 地铁车站基坑布置

深圳市轨道交通7号线贯穿富民路地下段。主站北侧毗邻知本大厦，在施工要求上需要考量其地段特征所产生的基坑变形，需要加强布置，有效控制。在建设的过程需要考虑布置在道路地下的线路、管道，如电力通信、水供应管道等。地下管线平行在第7线，富民站西端与现有4线福民站T形换乘，盾构东端接好。地铁车站深基坑的总长度为204.53 m，标准断面总长度为21.1 m，采用盖挖法施工。主基坑支护结构采用1 000 mm宽的连续墙和内支撑系统，防止基坑降水。连续墙顶部设置有1 000 mm×1 100 mm的拱梁，格构柱是由4×200×40等角角钢作为承重构件组成的。在计算主体结构时，认为挡土桩是一种永久结构。火车站是一个3层的地下车站。从上到下是车站楼层、设备水平和站台水平。平台有效宽度为123 m，有效平台长度为140 m，采用岛式平台。

2 有限元数值模拟

2.1 计算模型

三维有限元模型的尺寸为78 m×340 m×60 m，基础下表面完全受约束，圆周为正常约束，基础上表面自由。利用B31梁单元模拟了中桩和水平支撑结构，给出了不同的材料参数。本构模型为线性弹性。

2.2 地连墙与土体接触算法

7号线福民站地下连续墙与周围土体的刚度差异较大，变形差异明显。因此，有限元法用于分析基坑的开挖。在本文中，使用ABAQUS有限元分析软件模拟地铁车站基坑的施工过程，土壁之间的接触特征和土壤表面接触模型模拟的。接触表面是不允许进入到另一个接触表面或本身有限滑动接触表面采用库仑摩擦模型，非线性和非对称分析是必要的。临时格列由三维梁单元模拟，它被视为节点组，然后point-to-face接触模型是用来模拟。

2.3 施工过程模拟

对7号线富民站盖挖法进行了动态施工过程的数值模拟，采用逐步法和逐层拆下不同单元组的方法。地下连续墙两侧喷射注浆桩的模拟采用现场变量技术实时更新岩土物理力学参数，模拟加固后土体的力学特性。计算模型只考虑自重应力，不考虑构造应力，并在计算地应力平衡后开始模拟主基坑的施工步骤。

2.4 计算结果分析

1)主厂房竣工后车站结构变形分析见图1，图2是富民车站主基坑开挖后车站地下连续墙和混凝土楼板的总位移云图。

图1 基坑主体完工后地下连续墙变形云图（单位：m）

在完成车站主体结构的施工后，地下连续墙(外壁)的总位移为3 mm～15.7 mm，主要表现为基坑内部变形。最大变形位于基坑两侧的第二侧和负侧。这三个位置是由于基坑开挖卸载能够承受一定的阻力和浮力。混凝土板的总位移为0 mm～21.0 mm，水平变形非常小。主要变形是垂直变形。板坯的中间部分是回弹变形，周围是小的沉降变形。最大回弹变形位于第二层的负侧。跨度的中间部分主要受挖掘卸载的影响。

2)连续墙顶位移的时空变化分析。

由于地下连续墙的自重效应，地下连续墙的竖向位移表现为沉降，在中部，地面连接墙的垂直沉降达到最大值为－5.9 mm。随着施工工程的进行降低了基坑开挖卸荷土体的自重，但整体仍有沉降。

连续墙竖向位移的空间分布是:地面连接墙长度较大的墙1和墙6侧墙的竖向变形，较小的墙1、墙3、墙5和墙7侧墙的竖向变形长度。空间效应显著。

3 基坑变形仿真计算与监测结果对比

富民站线上建筑围护结构到基坑主体结构施工结束期间地下连续墙的水平和垂直位移测量值与模拟值的对比曲线，墙顶的水平位移和垂直位移分别与监测点的水平位移和垂直位移相同，分别编号为QW和QC。

全站仪开挖过程按照从上到下的开挖方法，每个监测的水平位移点坑倾向于增加。在基坑的施工过程中，基坑的变形速率相对较高。三次的测量和计算值稳定后的5 mm～7 mm内的建设主体结构的基坑。数值模拟方法的水平变形结果与测量值吻合较好。

主站结构自上而下应用，开挖卸荷效果明显。在基坑开挖的关键步骤和层、梁、柱等混凝土结构的相应应用中，地下连续墙回弹竖向变形。根据实际监测值与计算值的比较曲线，可以看出QC1(基坑角隅)和QC5(基坑长边)的墙顶竖向变形规律是一致的，最终沉降值稳定在5 mm和6 mm附近。结果表明，数值模拟方法对基坑开挖施工中基坑变形的预测具有一定的可信度。QC26测点位于基坑短边中点，通过数值计算得到的墙顶沉降量大于实际监测值。达到大约4 mm(测量值大约2 mm)，不排除由监测点的移动引起的干扰或施工期间由干扰引起的其他测量误差。

4 结语

综上的实测分析与判断，可以得出以下实际结论:

1)通过有效的测量、数据的判断，可以看出在施工完成后，总体的位移发生了以下变化，墙基坑是3 mm～157 mm，主要由基坑的变形。由于大型地下连续墙的重量，垂直位移出现沉降。

2)对比有限元模拟和监测表明，水平位移与垂直位移的计算值可以看出与施工检测值保持一致，其数值确定在稳定的结构要求下。而在墙侧位移的变化与监测值是保持了一致，其数值反映了悬臂梁的变形状况。通过有限数值模拟分析得出的结果与实测数值保持一致，可以得出数值计算的可信度较高。