上海地铁内江路站基坑支护结构设计

李曙光，刘志祥

(1.中铁工程设计咨询集团有限公司郑州设计院，郑州 450001;

2.北京康顺通工程项目管理有限公司，北京 100176)

1 工程概况

上海市轨道交通12号线内江路站位于杨浦区爱国路与规划长阳路交叉路口东侧，呈东西向布置，车站全长164.4 m。站位为棚户拆迁区(图1)，场地东北侧距1号出入口附属结构21 m外有白洋淀绿苑小区7层砖混结构楼房1幢;西南方向距3号出入口附属结构23 m外有建设新苑小区14层框架结构楼房1幢;紧邻站位东侧有白洋淀地下人防工程1处;沿既有爱国路有φ800 mm钢筋混凝土雨水管1根、φ150 mm和φ300 mm铸铁给水管各1根，管线距离车站约10 m。

图1 内江路站平面位置

车站主体采用双柱三跨地下两层结构，4个附属外挂为地下一层(局部设电缆夹层)结构，根据车站总体布置情况，确定施工顺序为:先施作主体结构，后施作附属结构。主体基坑标准段深约17.5 m、宽21.5 m，端头井深19.4 m、宽24.6 m，基坑保护等级为二级;4个附属基坑深约11 m，4号附属基坑局部因设置电缆夹层深约12.5 m，基坑保护等级均为二级。

站位紧临黄浦江，场地内地层主要为流塑状淤泥质黏土(图2)，地下水位埋深约1 m，其中⑦1层为承压水层，承压水水位埋深3.0～11.0 m，并呈幅度不等的周期性变化。

图2 站位地质剖面(单位:m)

内江路站基坑较深，地质条件极差。参照上海地区类似工程的建设经验［1-3］，该车站主体基坑支护结构采用地下连续墙+内支撑的设计方案，内部结构采用叠合墙体系，即地下连续墙在基坑施工期间作为围护结构，在后期使用阶段和内衬墙一起作为主体受力结构。附属基坑采用桩+内支撑的支护体系。

2 主体基坑设计

2.1 地下连续墙结构计算

车站主体结构标准段基坑开挖深度约17.5 m，宽约21.5 m，围护结构采用800 mm厚地下连续墙，400 mm厚内衬墙，初拟连续墙插入比为0.85，墙趾位于⑦1层。基坑竖向设置5道内支撑，其中第1道为800 mm×800 mm钢筋混凝土支撑，其余4道为φ609 mm(t=16 mm)钢管支撑;横向按照混凝土支撑间距约6 m、钢支撑间距约3 m的原则布置。

根据叠合墙的受力特点，对于地下连续墙结构在基坑开挖阶段采用总量法计算，在内部结构回筑阶段采用内力增量分步叠加法计算，另考虑各种工况下叠合墙体系的内力包络值对连续墙和内部结构进行配筋设计。场地土层物理力学指标见表1。

表1 场地土层物理力学指标

对地下连续墙结构施工阶段的受力分析，采用SAP84有限元程序建立荷载-结构模型，并取表1中固结快剪 c、φ 值的0.7 倍进行计算［4～8］，模型如图3 所示。

将开挖及回筑施工分为10个荷载步骤，分别为:(1)基坑开挖到第1道支撑底部;(2)安装第1道支撑并开挖到第2道支撑处，超挖控制在支撑中心线以下约0.6 m;(3)安装第2道支撑并开挖到第3道支撑处;(4)安装第3道支撑并开挖到第4道支撑处;(5)安装第4道支撑并开挖到第5道支撑处;(6)安装第5道支撑并开挖到基坑底部;(7)浇筑底板并拆除第5道支撑;(8)浇筑中板并拆除第3、4道支撑;(9)浇筑顶板并拆除第2道支撑;(10)拆除第1道支撑。地层参数见表1，连续墙结构各阶段的变形和弯矩内力详见图4、图5。

根据上海市标准《城市轨道交通设计规范》(DGJ08—109—2004)［5］10.4.1 条，基坑保护等级为计算最大水平位移33.4 mm≤52.5 mm，满足规范对二级基坑的控制标准。当然，该算法并未考虑基坑施工的“时空效应”［3］，基坑围护结构最终变形跟施工工艺、工序及施工节奏有很大关系。

另外，根据启明星软件对坑底抗隆起稳定性以及围护结构变形及稳定性计算的结果，将标准段基坑地下连续墙插入比优化至0.81。

车站主体结构端头井基坑开挖深度约19.4 m，宽约24.6 m，围护结构采用1 000 mm厚地下连续墙，600 mm厚内衬墙，连续墙插入比为0.82。基坑竖向设置6道内支撑，其中第1道为800 mm×800 mm钢筋混凝土斜撑，其余5道为φ609 mm(t=16 mm)钢管斜撑。二级时，围护结构最大水平位移≤0.3%H(H为基坑 开挖深度)。此处，连续墙

图3 地下连续墙荷载-结构模型

图4 地下连续墙变形

2.2 主体结构计算

因站位地下水位较高，基坑施工期间需采取降水作业，结构施工完成并回填土后，达到该阶段的最不利状态(自重工况)［9］，考虑的荷载有土压力、覆土重、结构自重、地面活载、站厅及站台层活载。随着地下水位逐步升高，结构底板承受的浮力逐渐加大，达到该阶段的最不利状态(浮力工况)，考虑的荷载有土压力、覆土重、结构自重、底板承受的浮力。地铁正常运营时，也是必须计算的受力状态(运营工况)，考虑的荷载有土压力、覆土重、结构自重、底板承受的浮力、地面活载、站厅及站台层活载。

沿车站纵向选取1 m带宽的横向平面框架建立计算模型，底板竖向边界条件为GAP单元(只受压力不受拉力的弹簧)，连续墙位于底板以下部分设置水平向土弹簧边界。另对前述3种状态分别计算并取弯矩包络值如图6所示。

综合前述施工阶段、使用阶段内力计算结果，即可对叠合墙体系中地下连续墙结构和内部结构进行配筋设计。

图6 标准段主体结构计算模型及弯矩包络图(单位:kN·m)

2.3 内支撑体系设计

2008年11月15日杭州地铁湘湖站基坑坍塌，大家在调查原因、吸取教训之时［10］，认为若第1道采用钢筋混凝土支撑，则可以承受一定的拉力，那么引起的破坏可能会小一些。鉴于此，内江路站基坑均采用钢筋混凝土支撑作为第1道撑。主体基坑标准段及端头井支撑竖向布置详见图7、图8;主体基坑第1道支撑平面布置详见图9。标准段钢支撑不设围檩，直接撑在地墙上;端头井处大多为斜撑，钢管斜撑焊接在地下墙的预埋钢板上。钢支撑的预加力按照支撑轴力计算值的70%施加。

内支撑的拆除顺序:标准段基坑在浇筑底板并达到设计强度后拆除第5道撑;继续浇筑侧墙和中板再拆除第3道撑;随后浇筑侧墙、顶板并拆除第2、4道撑;最后回填土，拆除第1道撑。端头井基坑在浇筑底板后拆除第6道撑;其余5道支撑在浇筑顶板后一起拆除。

3 附属基坑设计

4个外挂附属基坑均为地下一层结构(局部含电缆夹层)，其均采用φ800 mm@950 mm(局部落深处采用φ900 mm@1050 mm)排桩作为围护结构，围护桩插入比约为1;鉴于地下水位较高，在排桩外采用φ850 mm@600 mm水泥土三轴搅拌桩作为止水帷幕。基坑竖向设置3道支撑，第1道均为钢筋混凝土支撑(支撑平面布置详见图9)，其余为φ609 mm(t=16 mm)钢管支撑，东南角2号出入口附属基坑因面积较大，第2道撑也采用钢筋混凝土支撑。

支撑的拆除顺序为:浇筑结构底板并达到设计强度后拆除第3道钢支撑;然后浇筑侧墙，并在设计位置架设换撑和抛撑(从底板处上抛25°)，之后再拆除第2道撑;浇筑剩余侧墙及顶板，最后回填土，拆除第1道支撑。

图7 标准段基坑支撑布置剖面(单位:mm)

图8 端头井基坑支撑布置剖面(单位:mm)

图9 内江路站基坑第1道支撑平面布置

4 基坑降水

鉴于场地地下水位较高，主体基坑较深，地下连续墙结构插入了⑦1承压水含水层，根据内江路站地质详勘资料进行计算可知:主体基坑标准段与端头井坑底土抗突涌稳定性不满足规范要求，标准段基坑承压水水位需要降至-11.0 m以下;端头井处承压水水位须降至-13.6 m以下，施工中通过监测承压水头确定深层降水的实施。4个附属基坑开挖施工期间仅需抽降潜水即可满足要求。

5 地基加固

因场地土层强度极低，根据计算需要，在基坑开挖前应对坑底土体进行高压旋喷桩复合地基加固。主体基坑标准段采用抽条加固的方式，抽条加固体尺寸为3 m(宽)×3 m(深)，间距3 m;端头井采用裙边+抽条相结合的加固方式。另外，还须对主体基坑阳角外土体适当加固。

4个附属基坑采用裙边+抽条相结合的加固方式，裙边加固体尺寸为3 m(宽)×4 m(深)。

6 结论

针对站位场地主要为富水软土地层的特点，该车站主体基坑采用地下连续墙+内支撑的支护结构设计方案，这种结构体系具有刚度大、整体性好、抗渗性强等优点。目前内江路站主体结构已经完工，4个附属结构也已完成3个，工程进展顺利，说明支护结构设计方案合理，可供类似工程借鉴。

［1］王卫东，王建华.深基坑支护结构与主体结构相结合的设计、分析与实例［M］.北京:中国建筑工业出版社，2007.

［2］丛蔼森.地下连续墙的设计施工与应用［M］.北京:中国水利水电出版社，2001.

［3］刘国彬，王卫东.基坑工程手册［M］.2版.北京:中国建筑工业出版社，2009.

［4］袁明武.SAP84微机结构分析通用程序［M］.北京:北京大学出版社，1992.

［5］上海市隧道工程轨道交通设计研究院.DGJ08—109—2004 城市轨道交通设计规范［S］.上海:上海市建设工程标准定额管理总站，2003.

［6］冯世进，陈晓霞，高广运，等.迭代增量法分析地下连续墙的受力性状［J］.岩土力学，2009，30(1):226-230.

［7］袁庆利.某地铁车站深基坑围护结构的优化设计［J］.铁道标准设计，2012(2):81-84.

［8］李刚.地铁车站深基坑地下连续墙变形特征分析［J］.铁道标准设计，2008(6):100-103.

［9］龚杰，梁伟，张自根.三维有限元模型在复杂车站结构设计中的成功尝试［J］.地下工程与隧道，2001(4):17-22.

［10］张旷成，李继民.杭州地铁湘湖站“08.11.15”基坑坍塌事故分析［J］.岩土工程学报，2010，32(1):338-342.