地铁车站下穿式立交桥一体化施工对支护结构和围岩的影响研究

何花

摘要：由于城市发展速度的逐步加快，交通拥堵问题已经在许多城市显现出来，为了让城市交通进行有效缓解，就需要落实地铁工程的建设。目前各地陆续开通了地铁运营，在开建过程中也就会暴露更多的岩土工程技术问题，本文将针对下穿式立交桥一体化施工过程中由于开挖方式的不同而产生的对于支护结构和围岩的影响进行具体分析。

关键词：地铁车站；下穿式立交桥一体化；支护结构；围岩

大规模建设地铁的时代即将来临，而地铁车站的建设因为危险性较大就需要尤为注意，目前其设计多为单体地下两层结构，并未出现设计、施工以及投入使用同时进行的案例，但是由于近几年国家逐步加强对城市交通规划的重视，地铁与市政交通工程同期实施也是重要趋势之一。

一、深基坑的特点

首先，其通常为典型的长条形大基坑，多数城市都会采用地下两层的结构来进行建造，而针对不同城市的交通压力状况，对于深基坑的结构也有了创新，有部分城市已经开始运用城市下穿桥与车站一体化建设的三层结构。然后，地铁车是一种多支撑支护体系，并且运用多种围护结构来进行建设。其次，其围护结构的受力情况与施工方法、开挖工序以及施工措施具有密切相关的联系。再次，因为地铁一般被建立在城市的繁华地段，所以在施工过程中就提出了较高的环境保护要求[1]。最后，由于城市交通压力的逐渐恶化，就要求地铁车站的工期较短且必须保证正常通行。

二、地铁车站与下穿式立交桥一体化理论

该理论的诞生是为了解决现代城市交通的压力，针对城市交通拥挤的这个老大难的问题来提出的方案。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，各路车辆与行人都会在路口聚集，只能通过道路上交通指示灯或者交警的疏导来导向，这就很容易产生交通拥堵的情况。下穿式立交桥一体化在城市轨道交通中的应用，就是将基坑的深度设计进行加深，实现三层设计，上步一层作为城市下穿桥梁，将城市平交路口改良为立体交通，由此减少不同方向车辆之间的影响。这种方法也不会增加过多的造价，所以是一种极具优势的地铁车站建设方法[1]。

三、围护结构形式

（一）SMW工法桩

这种围护结构最早出现在日本，其具有工期短且造价低的优点，但是SMW工法桩容易受到地层条件的限制，从当下国内的建设水平来看，一旦被使用在饱和粉土和粉砂层的时候就会产生较差的成桩效果，所以并不能满足大型工程的需要。

（二）钻孔灌注桩与水平钢支撑相结合

该混合围护结构主要就是将承载力较强的桩在竖向运用，而水平方向上则用的是刚度较大的支撑体系，能够适应于大多数地基土的建设，这种结构不仅施工方便，成孔效果表现也比较良好，但是在碎石与岩石地层是不能进行应用的，所以在施工前要做好充分的地质监测[2]。

（三）钻孔咬合桩

这是一种新型的基坑围护结构，主要是通过机械来进行钻孔施工，从而使得相邻的排桩之间能够实现咬合，并且在平面上进行排列。其具有优良的防水效果，也能够在一定程度上节约工程经费，钻孔咬合桩能够在黏土、粉土、砂土、人工回填土和淤泥质土以部分含有卵石与碎石的地层进行应用，运用特殊钻机进行施工时，钻孔深度甚至可以达到一百二十米。

（四）地下连续墙

地下连续墙在近几年来已经在地铁车站建设当中获得了更为广泛的应用，因为其既可以作为永久结构来进行受力，并且具有良好的刚度和防渗性能，施工技术也较为成熟，施工时间上具有一定的优势。期比较适合在成槽效果好的土层当中进行利用，如果遇到孤石、大颗粒卵砾石等土层，成槽效果就会减弱。

四、具体影响

接下来要说的两种施工方式主要是建立在地鐵车站是长条形深基坑，理想化的将模型中的介质设为连续介质，土体采用实体单元，总体采用摩尔库伦弹塑性模型，以地下连续墙作为支护结构的基础上来进行探讨的。

（一）整体开挖和复合开挖的异同点

根据相关研究模型的得出，整体开挖时墙体水平位移会逐渐增加，但是增加量会逐渐减小，与复合开挖相比，最大水平位移要多出近一半，而且还要对水平位移在施工过程中进行不断地监测。整体开挖方式会使得地表沉降跟随基坑开挖深度的增加也随之增加，当开挖深度较浅时，最大沉降距离基坑较近，而随着开挖深度不断增加，地表沉降最大值也就产生了变化，整体开挖方式所造成的地表沉降深度上和复合开挖基本一致，但是因为之后开挖方式的不同，最终造成的最大地表沉降值依旧比复合开挖要大，而且在基坑中心具有最大隆起值[3]。

而复合开挖时对于墙体的水平位移只需要在开挖面转移的时候进行重点监测，相对整体开挖而言具有较强的安全性，其第一层开挖与整体开挖的过程中基本是相同的，所以复合开挖与整体开挖显示的地表沉降值基本接近，但是在后续开挖过程中就产生了变化，复合开挖方式所造成最大地表沉降终值是比整体开挖要更加的低。

（二）围护结构

围护结构在复合开挖与整体开挖的过程中均展现出较为明显的“弓曲效应”，并且如果在围护结构的底部嵌入强度比较高的风化岩层之后，围护结构在基坑地面以下就基本不会产生位移[3]。地表沉降的变化不论在哪一种开挖形势下，都基本呈现先增大后减小再增大的趋势，并且无论是复合开挖与整体开挖过程中最大沉降值产生的位置都是基本一致的。而如果采用了永久结构板作为内支撑体系，因为永久结构板要比钢支撑的刚度更大，所以在地表沉降上会呈现回弹趋势。

综上所述，在复合开挖与整体开挖施工方式的对比之下，从围护结构的水平位移情况，还有周围土体的沉降情况，以及基坑内土体的隆起状态来看，都可以体现出地铁车站长条基坑比较适用于复合开挖方式，其具有较高的安全性与可靠性，并且配合地下连续墙的设计，也能够对地下水的流动做到较好的阻隔，确保的地铁车站运行的使用安全[4]。

五、结束语

地下水渗流问题在基坑工程中也是非常重要的一个部分，但因为地下连续墙本身具有较好的止水效果，所以本文就没有对其进行具体讨论。

参考文献：

[1]盛飞国.地铁车站下穿式立交桥一体化施工对支护结构和围岩的影响研究[D].安徽建筑大学，2016.

[2]侯公羽.围岩-支护作用机制评述及其流变变形机制概念模型的建立与分析[J].岩石力学与工程学报，2008，S2：3618-3629.

[3]帅红岩，陈少平，曾执.深基坑支护结构变形特征的数值模拟分析[J].岩土工程学报，2014，36S2：374-380.

[4]张献.下穿式立交桥的防水技术[J].浙江建筑，2012，2904：58-60.

（作者单位：中铁十二局集团第二工程有限公司）