论城市轨道交通建设中深基坑倒支撑优化施工技术

摘要：本文结合笔者工作实例主要针对城市轨道交通建设中深基坑钢支撑架设优化技术进行了详细计算和论述。

关键词：城市轨道交通建设中深基坑 倒支撑施工技术

1工程概况：

深圳地铁5号线宝华站至宝安中心站明挖区间和盾构井竖向设置1道钢筋混凝土支撑和4道钢支撑（第四道支撑为两根Ф600钢管支撑双拼），除盾构井和区间端头为斜撑外，其余均为对撑。按设计，钢支撑采用壁厚t为16mm钢管，横撑水平间距一般为3米（砼支撑为6米），竖向在负三层与负二层分别设计一道临时倒撑。

倒撑设计施工顺序：施作底板―拆第五道支撑―负三层临时倒撑―施作负三层倒撑下中隔墙―负三层倒撑下侧墙―施作负三层中板―拆第四道支撑―负二层临时倒撑―施作负二层中板―拆第三道支撑―拆负二层临时倒撑―施作顶板

2方案比选 ：

我们选E型连续墙作为计算代表，对两种方案的各种工况进行计算和分析，决定是否可采取倒撑设计优化。

2.1方案一： 按原设计方案，见钢支撑倒撑优化前的围护结构计算书如下：

(1)工程概况

深圳地铁5号线宝宝区间基坑开挖深度为24.4m，采用厚度为1000mm的地下连续墙围护结构，墙长度为36.9m，墙顶标高为3.78m。计算时考虑地面超载20kPa。

共设5道支撑，见下表:

中心标高（m） 刚度（MN/m2） 预加轴力（kN/m）

2.28 170.21

-3.22 222.07

-8.72 222.07

-12.72 444.14

-17.22 222.07

(2）地质条件

场地地质条件和计算参数见表1。地下水位标高为2.78m。 表1

土层 层底标高(m) 层厚(m) 重度(kN/m3) () c(kPa) 渗透数

(m/d) 压缩模量

(MPa) M

(kN/m4) kmax(kN/m3)

1-1 -0.22 4 19 18 40.9 8770

2-1 -3.82 3.6 16.4 5 7 700

2-3 -6.92 3.1 17.1 4.4 14.5 1397.2

3-5 -10.22 3.3 19.4 9.6 23.7 3253.2

3-11 -11.92 1.7 19 37.2 0 23956.8

3-5 -13.22 1.3 19.4 9.6 23.7 3253.2

3-11 -14.42 1.2 19 37.2 0 23956.8

7-1 -20.72 6.3 18.2 20.9 28.91 9537.2

8-1 -25.22 4.5 18.5 24.8 36.8 13500.8

8-2 -35.22 10 19.1 27.4 22 14475.2

(3）工况

工况编号 工况类型 深度(m) 支撑刚(MN/m2) 支撑编号 预加轴力(kN/m)

1 开挖 2

2 加撑 1.5 170.21 1

3 开挖 7.5

4 加撑 7 222.07 2

5 开挖 13

6 加撑 12.5 222.07 3

7 开挖 17

8 加撑 16.5 444.14 4

9 开挖 21.5

10 加撑 21 222.07 5

11 开挖 24.4

12 换撑 23.75 2400

13 拆撑 5

14 换撑 17.5 222.07

15 拆撑 4

16 换撑 16.7 960

17 换撑 13.5 222.07

18 拆撑 3

19 换撑 10.3 960

20 拆撑 2

21 换撑 4.5 2000

22 拆撑 1

(4）计算

(5）裂缝分析：构件采用C30混凝土，配置II级变形钢筋，钢筋至边距70mm。

构件受弯矩1723.2kN.m；构件受弯矩982.5kN.m。

背土侧裂缝宽度为0.19mm，迎土侧裂缝宽度为0.13mm。

2.2方案二：取消倒撑，见钢支撑优化倒撑后的围护结构计算书

(1)工程概况

深圳地铁5号线宝宝明挖区间基坑开挖深度为24.4m，采用厚度为1000mm的地下连续墙围护结构，墙长度为36.9m，墙顶标高为3.78m。计算时考虑地面超载20kPa。

共设6道支撑，见下表。

中心标高（m） 刚度（MN/m2） 预加轴力（kN/m）

2.28 170.21

-3.22 222.07

-8.72 222.07

-12.72 444.14

-17.22 222.07

-10.72 222.07

(2）地质条件

场地地质条件和计算参数见表1。地下水位标高为2.78m。表1

土层 层底标高(m) 层厚(m) 重度(kN/m3) () c(kPa) 渗透系数

(m/d) 压缩模量

(MPa) m(kN/m4) kmax(kN/m3)

1-1 -0.22 4 19 18 40.9 8770

2-1 -3.82 3.6 16.4 5 7 700

2-3 -6.92 3.1 17.1 4.4 14.5 1397.2

3-5 -10.22 3.3 19.4 9.6 23.7 3253.2

3-11 -11.92 1.7 19 37.2 0 23956.8

3-5 -13.22 1.3 19.4 9.6 23.7 3253.2

3-11 -14.42 1.2 19 37.2 0 23956.8

7-1 -20.72 6.3 18.2 20.9 28.91 9537.2

8-1 -25.22 4.5 18.5 24.8 36.8 13500.8

8-2 -35.22 10 19.1 27.4 22 14475.2

(3)工况

工况编号 工况类型 深度(m) 支撑刚度(MN/m2) 支撑编号 预加轴力(kN/m)

1 开挖 2

2 加撑 1.5 170.21 1

3 开挖 7.5

4 加撑 7 222.07 2

5 开挖 13

6 加撑 12.5 222.07 3

7 开挖 17

8 加撑 16.5 444.14 4

9 开挖 21.5

10 加撑 21 222.07 5

11 开挖 24.4

12 换撑 23.75 2400

13 拆撑 5

14 加撑 14.5 222.07 6

15 拆撑 4

16 换撑 16.7 960

17 拆撑 6

18 拆撑 3

19 换撑 10.3 960

20 拆撑 2

21 换撑 4.5 2000

22 拆撑 1

工况简图如下：

(4）计算

抗管涌验算: 按砂土，安全系数K=0.948; 按粘土，安全系数K=1.836

(5）裂缝分析：构件采用C30混凝土，配置II级变形钢筋，钢筋至边距70mm。

构件受弯矩2160.7kN.m；构件受弯矩1111kN.m。

背土侧裂缝宽度为0.30mm；受拉侧裂缝宽度为0.16mm。

3方案对比分析结论

根据两种方案计算数据的对比分析，优化倒撑并不影响基坑围护结构安全。因此,我们采用方案二即优化倒撑施工。我们在施工中取消负三层倒撑和负二层倒撑，把负三层的倒撑调整到负三层中板以上1米位置，并把倒撑时间调整到负三层中板砼浇注前。

4施工注意事项

（1）钢支撑架设工程中，注意优化后基坑地面沉降、土移、墙体变形等的监控量测；

(2)在钢支撑架设工程中，对连续墙裂缝宽度和轴力变法要进行跟踪监测，对实测数据和计算数据进行对比，如果偏差太大，要分析原因并采取安全保证技术措施后，再架设钢支撑。

（3）加快钢支撑的架设速度，尽可能缩短倒撑和侧墙及中板的施工时期，但拆除钢支撑时必须保证侧墙和中板混泥土设计强度要求。

5结语

（1）根据两种方案计算数据的对比分新，调整和优化支撑架设并不影响基坑安全，同时经过监控量测，基坑处于稳定和安全状态，说明优化支撑架设有利下一步主体结构施工安排，。

（2）优化了倒撑施工，在保证了安全和质量的情况下，减少了钢支撑的配置和架设工程量，节约了成本，同时方便了主体结构的施工，缩短了工期。与倒撑施工相比，主体施工干扰少，工期短，费用节约，主体结构施工缝质量易控制。

（3）优化钢支撑架设中，连续墙混凝土裂缝宽度背土侧由0.19mm扩展到0.3mm，迎土侧由0.13mm扩展到0.16mm，这样充分发挥了连续墙自身抗裂和抗弯作用的优势。根据裂缝理论，为今后深基坑支护体系的施工积累了宝贵的经验，同时为地铁明挖深基坑围护结构连续墙设计提供了新的思路。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。