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摘要：地铁建设是国民发展大计的重大工程，在地铁工程的整个过程中地铁车站深基坑支护技术应该放在至关重要的地位，深基坑技术不完善就有可能造成重大事故，从而导致整个地铁项目的不能继续运行。因此本文通过对深基坑支护结构进行分析，并通过实际的应用分析对深基坑技术进一步阐释，为地铁深基坑支护结构的运用提供一个借鉴。
关键词：地铁深基坑支护结构；原理；计算方法
中图分类号：TV551文献标识码： A
引言
在一般情况下，地铁车站需设置在地下以满足地上面积供应不足，因此在地铁建设的过程中难免发生坍塌事件，由此造成的周边建筑、道路、管线的损坏；这些事故能造成财产损失，甚至会造成人员伤亡。其中，地铁车站深基坑支护是发生坍塌事故的重要原因之一。因此，在地铁车站的建设中，对于地铁车站的深基坑支护技术措施探讨显得尤为重要，它必须既能满足施工需求，对当地的影响降到最低，又能满足施工报价等诸多因素。
一、深基坑支护的类型及特点
（一）深层搅拌水泥桩支护
水泥作为深层搅拌水泥围护墙一种固化剂，将软土和水泥浆采用深层搅拌机就地强行搅拌，形成连续搭接的水泥土柱状加固体挡墙。优点是具有止水、挡土的双重功能，但是也有缺点，比如厚度较大，位移相对也较大。
（二）地下连续墙支护
地下连续墙支护基坑开挖时变形小，对周围地面的沉降造成的影响较小，这种支护方式的刚度大，能够承受较大的侧压力。有点是墙体刚度大，施工噪音低、震动小，防渗性能好。
（三）钢板桩支护
这种基坑支护方式比较简易，早期的时候常用这种支护方式。使用时常与内支撑型钢或外拉锚垫板结合形成围护结构，钢板桩的形式主要有H 型、Z 型、U 型、直线型、冷压薄板型和组合型，其所具有的特点是施工方便，工期短。
（四）SMW 工法
SMW 工法支护是在各施工单元之间则采取重叠搭接施工，以三轴搅拌机在现场向一定深度进行钻掘，在钻头处喷出水泥强化剂而与地基土反复混合搅拌，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，等到水泥整体变硬，使其能够形成一道具有一定刚度和强度的、无接缝的、连续完整的地下墙体。SMW工法支护具有造价低、工期快、对周围环境影响小的优势和特点，特别是在软土地基深基坑的维护能够很好地适应要求。现在，此项技术已经被大量应用于市政基础设施、轨道交通和地下建筑工程中，并且取得了很好的经济效益和社会效益。
二、深基坑支护结构计算方法
深基坑支护结构的计算是一个很复杂的过程，需要考虑多方面的问题，除了包括土压力、支护结构、弯矩支撑体系和剪力的设计和计算，还有基坑局部稳定性和整体稳定性、结构和地面的变形，以及对邻近建筑的影响、软弱土层的局部加固等的计算，在实际运用中，深基坑支护结构计算方法主要有下面三种方法：
（一）极限平衡法
极限平衡法取单位宽度受侧力荷载作用的梁系进行计算，主要考虑力的平衡。包括静力平衡法、二分之一分割法、等值梁法以及刚性支承连续梁法等。它对于计算普通挡土墙或者开挖深度不深的钢板桩是比较成熟的。其中极限平衡法由于没有考虑支护结构变形对土压力的影响，所以不适用于多支点结构计算，而悬臂式及单支点支护结构的嵌固深度确定和内力计算可以采取极限平衡法。
（二）有限元方法
有限元法通过数值模拟，将土体、支护结构进行单元划分，从而得到支护结构的位移、内力，就能算出整个土体的位移场和应力场。它通过将地基土在内的整个深基坑作为一个空间结构体系，综合考虑开挖过程、支护结构与岩土体共同作用、渗流、时间等因素的影响，综合分析支护结构的内力与变形。
（三）弹性地基梁法
弹性地基梁法把支护结构看作一个弹性支承的地基梁，将外侧土压力作为施加在墙体上的水平荷载，计算中引用承受水平荷载桩的横向抗力的概念。弹性地基梁法能够较好的反映基坑开挖过程中各种因素对围护结构受力的影响，但该法基本上没有涉及强度问题，无法确定围护墙的插入深度。
三、深基坑支护结构在地铁中的应用
（一）基坑概况
某市地铁南站位于两街交叉口的地下，南北向布置，车站设计起终点里程为左IDK37+896.300—右IDK38+088.00。车站为标准站，平面形状主要为矩形，基坑总长为192.5m，标准段宽度19.7m，盾构井段宽度为23.8m。车站一般段开挖深度约16.0—18.6m，北端盾构井段深约18.1m，南端盾构井深约18.4m。基坑支护方案采用0.8m厚钢筋混凝土连续墙为围护结构；釆用内支撑的方式:第一道支撑为矩形0.8mX0.8m， C30钢筋混凝土撑，水平间距6m；第二、三道支撑采用(φ0.609m×t0.016 m)钢管撑，每幅连续墙设水平两道钢撑，基坑开挖剖面如图1所示。
图1 主体结构维护剖面
（二）模拟计算分析
开挖阶段模拟施工步序为:1.第一次 挖至设计标高3m；2.施作混凝土冠梁，在1.2m安装第一道支撑(混凝土撑)；3.第二次开挖至设计标高9.2m；4.在8.2rn处安装第二道支撑(钢支撑)；5.第三次开挖至设计标高12.2m；6.在11.2m处安装第三道支撑(钢支撑)；7.第四次开挖至15.31m，到达基坑底部，具体过程见图2所示。
图2 施工工况模拟示意图
（三）支护结构验算
1.计算原理
计算原理支护结构计算基于增量法原理，即采用弹性支点法和极限平衡法模拟基坑开挖和回筑施工过程中各种基本因素对支护结构受力的影响，在分步计算中考虑结构体系受力的连续性，跟踪施工全过程逐阶段计算。开挖面以下用一组弹簧模拟地层水平抗力，土的水平抗力系数按K法确定，采用弹性支点法计算。支护结构计算采用“理正深基坑支护结构设计软件”(F-SPW5.41)。支护结构计算模型图如下图3所示：
图3支护结构计算模型
2.按照竖向静力平衡计算嵌固深度
在实际工程中，支护桩的底部并没有结构支座，桩底竖向的静力平衡是依靠地层承载来保证的。可以按照下面公式计算。
由于Σ Y=0，故Wz +Wc+P-Fy-Ff=0
式中，Wz为支护桩自重，按照全部桩长计算；Wc为腰梁、横撑自重，按照折算为计算宽度范围内一半重量计算；P为地面活荷载引起的作用力；Fy为桩端地基支承反力；Ff为桩身摩擦阻力。开挖面以上部分按照桩1/3周长的侧面积计算，开挖面以下按照全部周长侧面积计算，桩身压力均按照主动土压力计算。
3.支护桩嵌固深度计算
由于P c=K·W/S
式中:K為承载力安全系数，一般取1.2，W为围护桩及附属构件重量；S为桩底面积.
根据承载力条件，PK≥PC ，故，
比较d1和d2的大小，取其大者
结束语
城市地铁由于一般都是穿越都市的繁华地段，所以要防止基坑外部土体产生过量位移，以免影响已有的建筑物、道路等的正常工作。特别是对于管线陈旧的老城区漏水、渗水的现象存在较普遍，这就对地铁车站深基坑工程的设计和施工提出了更高的要求。所以，施工人员要认识到当前深基坑工程施工中存在问题，明确指出施工技术要点，并及时采取有效措施予以解决，更好地保证地铁工程的安全。
参考文献：
[1]何李，殷凯. 武汉某地铁车站深基坑支护设计及地下水处理措施[J]. 科技创新与应用，2014，03:198-199.
[2]周凤珠，薛春满. 浅谈深基坑内支撑支护施工技术[J]. 科技创新与应用，2014，08:215.
[3]衡大辉. 深基坑工程施工技术要点分析[J]. 中国新技术新产品，2014，02:46.
关键词：地铁深基坑支护结构；原理；计算方法
中图分类号：TV551文献标识码： A
引言
在一般情况下，地铁车站需设置在地下以满足地上面积供应不足，因此在地铁建设的过程中难免发生坍塌事件，由此造成的周边建筑、道路、管线的损坏；这些事故能造成财产损失，甚至会造成人员伤亡。其中，地铁车站深基坑支护是发生坍塌事故的重要原因之一。因此，在地铁车站的建设中，对于地铁车站的深基坑支护技术措施探讨显得尤为重要，它必须既能满足施工需求，对当地的影响降到最低，又能满足施工报价等诸多因素。
一、深基坑支护的类型及特点
（一）深层搅拌水泥桩支护
水泥作为深层搅拌水泥围护墙一种固化剂，将软土和水泥浆采用深层搅拌机就地强行搅拌，形成连续搭接的水泥土柱状加固体挡墙。优点是具有止水、挡土的双重功能，但是也有缺点，比如厚度较大，位移相对也较大。
（二）地下连续墙支护
地下连续墙支护基坑开挖时变形小，对周围地面的沉降造成的影响较小，这种支护方式的刚度大，能够承受较大的侧压力。有点是墙体刚度大，施工噪音低、震动小，防渗性能好。
（三）钢板桩支护
这种基坑支护方式比较简易，早期的时候常用这种支护方式。使用时常与内支撑型钢或外拉锚垫板结合形成围护结构，钢板桩的形式主要有H 型、Z 型、U 型、直线型、冷压薄板型和组合型，其所具有的特点是施工方便，工期短。
（四）SMW 工法
SMW 工法支护是在各施工单元之间则采取重叠搭接施工，以三轴搅拌机在现场向一定深度进行钻掘，在钻头处喷出水泥强化剂而与地基土反复混合搅拌，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，等到水泥整体变硬，使其能够形成一道具有一定刚度和强度的、无接缝的、连续完整的地下墙体。SMW工法支护具有造价低、工期快、对周围环境影响小的优势和特点，特别是在软土地基深基坑的维护能够很好地适应要求。现在，此项技术已经被大量应用于市政基础设施、轨道交通和地下建筑工程中，并且取得了很好的经济效益和社会效益。
二、深基坑支护结构计算方法
深基坑支护结构的计算是一个很复杂的过程，需要考虑多方面的问题，除了包括土压力、支护结构、弯矩支撑体系和剪力的设计和计算，还有基坑局部稳定性和整体稳定性、结构和地面的变形，以及对邻近建筑的影响、软弱土层的局部加固等的计算，在实际运用中，深基坑支护结构计算方法主要有下面三种方法：
（一）极限平衡法
极限平衡法取单位宽度受侧力荷载作用的梁系进行计算，主要考虑力的平衡。包括静力平衡法、二分之一分割法、等值梁法以及刚性支承连续梁法等。它对于计算普通挡土墙或者开挖深度不深的钢板桩是比较成熟的。其中极限平衡法由于没有考虑支护结构变形对土压力的影响，所以不适用于多支点结构计算，而悬臂式及单支点支护结构的嵌固深度确定和内力计算可以采取极限平衡法。
（二）有限元方法
有限元法通过数值模拟，将土体、支护结构进行单元划分，从而得到支护结构的位移、内力，就能算出整个土体的位移场和应力场。它通过将地基土在内的整个深基坑作为一个空间结构体系，综合考虑开挖过程、支护结构与岩土体共同作用、渗流、时间等因素的影响，综合分析支护结构的内力与变形。
（三）弹性地基梁法
弹性地基梁法把支护结构看作一个弹性支承的地基梁，将外侧土压力作为施加在墙体上的水平荷载，计算中引用承受水平荷载桩的横向抗力的概念。弹性地基梁法能够较好的反映基坑开挖过程中各种因素对围护结构受力的影响，但该法基本上没有涉及强度问题，无法确定围护墙的插入深度。
三、深基坑支护结构在地铁中的应用
（一）基坑概况
某市地铁南站位于两街交叉口的地下，南北向布置，车站设计起终点里程为左IDK37+896.300—右IDK38+088.00。车站为标准站，平面形状主要为矩形，基坑总长为192.5m，标准段宽度19.7m，盾构井段宽度为23.8m。车站一般段开挖深度约16.0—18.6m，北端盾构井段深约18.1m，南端盾构井深约18.4m。基坑支护方案采用0.8m厚钢筋混凝土连续墙为围护结构；釆用内支撑的方式:第一道支撑为矩形0.8mX0.8m， C30钢筋混凝土撑，水平间距6m；第二、三道支撑采用(φ0.609m×t0.016 m)钢管撑，每幅连续墙设水平两道钢撑，基坑开挖剖面如图1所示。
图1 主体结构维护剖面
（二）模拟计算分析
开挖阶段模拟施工步序为:1.第一次 挖至设计标高3m；2.施作混凝土冠梁，在1.2m安装第一道支撑(混凝土撑)；3.第二次开挖至设计标高9.2m；4.在8.2rn处安装第二道支撑(钢支撑)；5.第三次开挖至设计标高12.2m；6.在11.2m处安装第三道支撑(钢支撑)；7.第四次开挖至15.31m，到达基坑底部，具体过程见图2所示。
图2 施工工况模拟示意图
（三）支护结构验算
1.计算原理
计算原理支护结构计算基于增量法原理，即采用弹性支点法和极限平衡法模拟基坑开挖和回筑施工过程中各种基本因素对支护结构受力的影响，在分步计算中考虑结构体系受力的连续性，跟踪施工全过程逐阶段计算。开挖面以下用一组弹簧模拟地层水平抗力，土的水平抗力系数按K法确定，采用弹性支点法计算。支护结构计算采用“理正深基坑支护结构设计软件”(F-SPW5.41)。支护结构计算模型图如下图3所示：
图3支护结构计算模型
2.按照竖向静力平衡计算嵌固深度
在实际工程中，支护桩的底部并没有结构支座，桩底竖向的静力平衡是依靠地层承载来保证的。可以按照下面公式计算。
由于Σ Y=0，故Wz +Wc+P-Fy-Ff=0
式中，Wz为支护桩自重，按照全部桩长计算；Wc为腰梁、横撑自重，按照折算为计算宽度范围内一半重量计算；P为地面活荷载引起的作用力；Fy为桩端地基支承反力；Ff为桩身摩擦阻力。开挖面以上部分按照桩1/3周长的侧面积计算，开挖面以下按照全部周长侧面积计算，桩身压力均按照主动土压力计算。
3.支护桩嵌固深度计算
由于P c=K·W/S
式中:K為承载力安全系数，一般取1.2，W为围护桩及附属构件重量；S为桩底面积.
根据承载力条件，PK≥PC ，故，
比较d1和d2的大小，取其大者
结束语
城市地铁由于一般都是穿越都市的繁华地段，所以要防止基坑外部土体产生过量位移，以免影响已有的建筑物、道路等的正常工作。特别是对于管线陈旧的老城区漏水、渗水的现象存在较普遍，这就对地铁车站深基坑工程的设计和施工提出了更高的要求。所以，施工人员要认识到当前深基坑工程施工中存在问题，明确指出施工技术要点，并及时采取有效措施予以解决，更好地保证地铁工程的安全。
参考文献：
[1]何李，殷凯. 武汉某地铁车站深基坑支护设计及地下水处理措施[J]. 科技创新与应用，2014，03:198-199.
[2]周凤珠，薛春满. 浅谈深基坑内支撑支护施工技术[J]. 科技创新与应用，2014，08:215.
[3]衡大辉. 深基坑工程施工技术要点分析[J]. 中国新技术新产品，2014，02:46.