对地铁车站围护结构的分析

周建

摘要：随着地铁在全国范围内的蓬勃发展，地铁车站的围护结构也多种多样，本文主要就几种常见的围护形式进行分析比较，尤其是近几年研发出来的新的围护结构形式，从而了解它们之间的差异性及各自的适用性，对以后围护结构的设计有很大的帮助。

关键词： 围护结构、地下连续墙、排桩、TRD、SMW桩、钻孔咬合桩

1.概述

地下铁道是城市公共交通的骨干。它具有节能、省地、运量大、全天候、无污染又安全等特点，特别适应于大中城市。中国主要城市对地下铁道有较大需求，建设积极性较高，地下铁道交通发展迅猛，已有30多座城市建成了或正在新建、或拟就了建设规划。

2.对地铁车站的围护结构进行分析比较：

2.1地下连续墙

地下连续墙，一般定义为利用各种挖槽机械，借助于泥浆的护壁作用，在地下挖出窄而深的沟槽，并在其内浇注适当的材料而形成一道具有防渗水、挡土和承重功能的连续的地下墙体。作为地铁车站围护结构的最常用的支护形式，在承载力和防水等方面有着巨大的优势，因此一直以来在地铁建设中有着广泛的应用，尤其是在沿海地区，有效的处理了软弱土的地基问题。但是这种围护结构也有自身缺陷，主要是建设成本太高和对城市的市政管线建设有比较大的影响。

2.2 排桩

排桩是以某种桩型按队列式布置组成的基坑支护结构。排桩的应用也非常广泛，同时技术也很成熟，在许多内陆城市，包括西安等黄土地区中有着广泛的应用，最常使用的就是钻孔灌注桩。排桩的承载力比较高，施工较地下连续墙容易，但不能解决防水的问题，一般施工中需在排桩的间隙处喷射桩间网喷混凝土，以解决防水问题。排桩的缺点也同样是成本比较高，不是很经济。下图1是西安某地铁车站的围护结构图，采用的就是排桩的型式。

图1

图2是桩间网喷混凝土大样图，采用的是150x150的钢筋网，喷射100mm厚的素混凝土。

图2

2.3 SMW桩

SMW工法是以多轴型钻掘搅拌机在现场向一定深度进行钻掘，同时在钻头处喷出水泥系强化剂而与地基土反复混合搅拌，在各施工单元之间则采取重叠搭接施工，然后在水泥土混合体未结硬前插入H型钢或钢板作为其应力补强材，至水泥结硬，便形成一道具有一定强度和刚度的、连续完整的、无接缝的地下墙体。

华东地区某车站，车站为单层双跨结构，采用明挖顺作法施工,SMW围护结构。车站范围内土层较单一,主要为软塑状亚粘土及流塑状淤泥质亚粘土,饱含地下水,但透水性差，地下水类型为潜水。基坑深约12ｍ,周边条件好。根据本站的工程地质和水文地质条件、基坑变形控制要求、施工作业空间等因素,按工程类比法和理论计算,确定围护结构采用Φ850ｍｍＳＭＷ桩,间隔插入700ｍｍ×300ｍｍＨ型钢,内支撑采用Φ609ｍｍ、ｔ=12ｍｍ钢管支撑。从车站基坑工程的实践结果来看SMW工法围护桩止水效果明显,在支撑时间与支撑数量保证的情况下桩体与支撑能共同承担周围的土层压力,水泥土中的型钢在主体结构施工完成并达到设计强度后全部回收,降低了基坑支护的成本。

2.4 TRD工法

TRD工法是将链式切削器插入土中，靠链式切削器的转动并沿水平方向掘削前进，形成连续的沟槽，同时将水泥浆从切削器的端部喷出，与土在原地搅拌混合，形成水泥土地下连续墙，并在水泥土墙中插入型钢，以增加连续墙的强度和刚度，最后在主体结构施工完毕后拔出型钢。TRD工法可以说是SWM工法桩的改进，扩大应用了范围，加深了处理深度。

TRD工法的特点：(1)整机的地上高度不超过10m，其地上高度与切削沟槽的深度无关，同时箱式刀具在筑造墙体时经常插入地中，故而装置的整体稳定性好。(2)筑成的墙体垂直精度高，并适合于各种土质条件下施工。(3)筑成的墙体连续无接缝等厚度，故而可适用于作止水墙体。(4)在切削沟槽时，因为是在全切削深度的内进行全区域的混合搅拌，故而墙体的质量均匀。(5)可在筑成的墙体内按实际计算结果以最佳间距设置芯材。

TRD工法具有施工效率高，工程造价低，成墙效果好，地层适应性好，环保等优点；TRD工法在地铁车站的基坑工程中的应用在技术上是可行的，在经济上是相当有优势的。

2.5 钻孔咬合桩

钻孔咬合桩是一种新型基坑施工技术，因其突出特点，近年来在软土地层应用广泛。钻孔咬合桩是国内应用刚刚起步的新型排桩式围护结构。它是在平面上沿一条轴线设置单排钻孔桩，相邻的桩互相搭接，为一种特殊的桩列式挡土坡。与已有的成熟的深基坑围护形式相比，，咬合桩有在钻孔过程中不需使用泥浆，成桩精度高、桩体质量好，进度快、造价低，施工过程中噪音小、对周边环境影响小等优点。下面就南京某地铁车站的基坑工程作为例子进行分析。

2.5.1工程地质与水文地质

南京地铁某车站主体总长187.15m，标准段宽21.2m。该车站为地下式车站，车站顶板埋深为0.9m，两层车站，地下一层为站厅层，顶板开口作为出入口，地下二层为站台层。地貌类型属长江低漫滩。主要为杂填土和素填土，根据该车站勘探资料，该车站上部主要由淤泥质粉质粘土或粉细砂为主，下部以砂性土为主，场地地下水类型属孔隙潜水；砂性土层中地下水具一定承压性。

2.5.2 围护方案的选择

钻孔咬合桩作为近来较热门的新型施工技术，其具体优点有：钻孔咬合桩的桩间相咬合，形成排桩整体受力，抗荷载能力强，防水效果好；强度和刚度均较大，可以作为永久结构的一部分；不易塌孔、振动小，特别适合紧邻地下管线等构筑物的施工；与普通钻孔灌注桩相比，无泥浆、噪音低、文明施工、环保效果好；成桩垂直度好整体性强，节约混凝土；利用套管成桩可设砂桩的优点，围护结构可分段施工，节约施工场地和工期。本基坑最大开挖深度约为14m，水泥土搅拌技术上不满足要求，而地下连续墙的造价太高，又考虑到采用SMW 桩作为围护结构，不能解决抗浮问题，如采用需增加很多抗浮措施，其技术经济的合理性尚需进一步论证，所以，从技术可行、经济合理角度综合考虑，本设计采用钻孔咬合桩。

根据以往工程的设计施工经验，本设计采用Φ1000mm 的咬合桩，桩在车站基坑开挖面以上桩长13610mm，嵌入深度依据经验取上部桩长的0.8～1.0 倍，方便起见，本基坑取13000mm，所以总的桩长为26610mm。为保证桩底的最小设计咬合厚度不小于50mm，桩距取为800mm。

2.5.3 支撑方案的选择

综合考虑深大基坑的工程经验采用钢支撑在支撑效果和施工速度上都有着较大的优势，所以本设计全部采用钢结构支撑体系。本基坑属于深长基坑，从施工难度和适用性出发，宜采用平面支撑体系。综上所述，本基坑选用平面布置支撑的形式，根据施工条件和相关规定，共设置3 道支撑，钢支撑均选用Φ609 钢管。

2.5.4荷载计算

按车站基坑标准段进行计算，标准段的各地层情况按平均值计算。土压力是比较难于准确把握和计算的荷载，在设计计算和参数取值上常常采用直观、简单和偏于安全的方法。一般情况下不计地震产生的影响。考虑由于在施工时严格要求控制围护结构侧向位移，墙背土压力采用静止土压力，并采用水土合算。基坑稳定性验算主要进行以下三方面的验算：基坑底部土体抗隆起稳定性验算、抗倾覆验算和整体圆弧滑动稳定性验算，均满足要求。

鉴于钻孔咬合桩突出的特点和在软土地层的适用性，这种新型围护结构将在将来的城市地下工程中发挥重要作用。设计计算中，我们应该注意钻孔咬合桩围护结构的选用要综合考虑因有工程地质与水文地质条件、工程周围环境、整体刚度、与永久结构关系、与结构抗浮的关系及经济合理性等多方面因素。

3 结论

通过对几种常见的地铁车站围护结构形式的分析和比较，我们对它有了进一步的了解，包括各自的优缺点和对不同地基的适用性，尤其是新型的围护结构形式，SMW工法，TRD工法，钻孔咬合桩，都有自己独特的优势，施工上也都是比传统的围护结构更加经济，在承载力满足的情况下还是推荐使用。相信在不就得将来，会有更多的更新的工法出现，地铁也会在更广泛的地区得到发展。

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