地铁车站基坑支护参数选取的思考

◎房昕

本文针对地铁车站基坑设计要求，从地质参数、支撑布置、内力与变形计算方法、支锚刚度、材料抗力和配筋等方面，对基坑支护计算需要注意的几个问题进行探讨。

引言：随着地铁建设的发展，地下空间开发规模越来越大，基坑也越来越深。这些深大基坑通常都位于城市枢纽，常常紧邻建筑物、交通干线及各种地下管线，施工场地狭小、施工周期紧张。地铁车站基坑多采用内撑式支护结构。支护结构参数设计一般通过理论估算与软件（理正或者启明星）设计来综合考虑。本文对内支撑计算过程中一些问题进行了总结。

一、地质参数的选取

地质参数作为支护结构选取的已知条件，对基坑支护设计有直接影响。应选择附近有代表性的钻孔，获得直剪固结快剪强度指标外，还需提供渗透性指标。对于粉性土和砂土还需提供土的颗粒级配曲线等。

二、支撑布置

图1内支撑支护结构

内支撑支护结构是由支护桩（墙）、围檩、水平支撑、钢立柱和立柱桩等组成，见图1。地铁车站基坑多采用钢筋混凝土支撑+钢管撑的形式，一般情况采用对撑，并在基坑四角设置水平角撑，钢支撑与围护结构连接处设置围檩。支撑的层数应视基坑周围环境要求、基坑地质条件和基坑深度等因素而定。上、下层水平支撑轴线应布置在同一竖向平面内，竖向相邻支撑的水平净距不宜小于3m，当采用机械开挖及运输时，不宜小于4m。第一道水平支撑的围檩可同时作为围护结构墙顶的冠梁，为降低计算深度，可以放低墙顶圈梁的标高，但不宜低于自然地面以下3m。同层钢筋混凝土支撑水平间距不大于9m，钢支撑水平间距不大于4 m，上、下层钢筋混凝土支撑与钢管撑的水平间距成比例设置，便于出土。

三、内力与变形计算方法

内力手算比较准确的方法为山肩邦男精确解法。但是该法计算非常繁琐。实际施工中，一般采用山肩邦男近似解法计算，按山氏近似解法计算的结果，一般都大于山氏精确解，横向轴力稍大于精确解，最大弯矩约大10%，近似程度相当高。根据弯矩利用规范中提供的公式采用结构力学图乘法计算，验算变形。软件中提供了弹性支点法，可以得到变形。

四、支锚信息

1.支锚刚度计算。

支撑支锚刚度计算方法见公式（1）。

式中：KB：支撑结构水平刚度系数；

α：与支撑松弛有关的系数；

E：支撑构件材料的弹性模量（N/mm2）；

A：支撑构件断面面积（m2）；

l：支撑构件的受压计算长度（m）；

S：支撑水平间距（m）。

2.材料抗力计算。

支撑支锚刚度计算方法见公式（2）。

式中：T：支撑结构材料抗力；

φ：轴心受压构件稳定系数，查阅结构手册；

ζ：与工程有关的调整系数；

A：支撑构件断面面积（m2）；

fy：抗压强度设计值，（kN/m2）。

五、冠梁简化计算方法

冠梁按以对撑和角撑构件为约束支座的多跨连续梁[3]，计算跨度可取相邻支撑点的中心距。对撑与角撑离散为以竖向围护结构及立柱作为竖向约束的连续梁或单一构件，两端受压，竖向承受自重及其他施工荷载。冠梁配筋按照偏心受压构件计算，先判断偏心类型，然后配筋。

六、结论

基坑支护设计受周围环境要求、地质条件、现场施工条件和基坑深度等多种因素影响，设计时，应确保地质参数、支锚刚度、材料抗力和钢筋等设计准确。在此基础上，才能得到合理的支护设计参数。