摘  要 针对某超大地铁深基坑工程，提出一种适合大型地铁基坑工程的新型支撑体系———“半逆作”环板形支撑体系的设计理念。以增量法对基坑施工进行全过程模拟，讨论支撑刚度对基坑水平变形及围护结构内力的影响，并对差异沉降引起结构的附加应力进行分析，为工程顺利施工提供了理论依据。

关键词 城市轨道交通 超深大基坑 半逆作 增量法 差异沉降

 

      北京市轨道交通某车站规划位于京石高速公路与八一厂西路相交路口南侧。9 号线线路规划横穿八一厂西路，呈东西走向; 10 号线线路规划沿八一厂西路下设置，南北走向，两线在此实现换乘。9 号线车站为双层侧式站台，10 号线车站为 3 层岛式站台，9 号线 在 上，10 号线在下，两站呈十字“岛-侧”换乘。在 两 线 换乘节点处设置大型的地下双层圆形综合换乘 厅，见 图 1( 中部为双层换乘圆厅) 。

      车 站 综 合换乘厅的围护结构采用半逆作环板支撑体系( 见图 2) ，采用钻孔桩和钢管柱作为竖向支撑体系，先期浇筑 15 m 范围的环形板作为横向支撑体系，具体施工步序见图 3。

      勘察报告利用钻孔揭露地层最大深度为 46 m。根据钻探资料及室内土工试验结果( 利用该站原详勘资料) ，按地层沉积年代、成因类型，将本工程场地勘探范围内的土层划分为人工堆积层( Qml) 、新近沉积层( Q42 + 3al) 、第四纪晚更新世冲洪积层( Q3al + pl) 和第三纪始新世长辛店组 E2C 共 4 大类。本场区第四系沉积以晚更新世冲洪积层为主，并按地层岩性及其物理力学性质进一步分为 11 个大层，根据全线地层分布情况，本场区缺失地层代号为③、④、⑥、⑧、⑩的地层，地层层序自上而下依次见表 1。

      增量法是先计算出各个施工工况下由增量荷载引起的内力及位移，并与之前各阶段结构已产生的内力及位移进行线性叠加，就可以得出当前阶段结构的实际受力及位移。

      增量法分析要求计算得到结构在施工阶段和使用阶段等不同阶段的受力状态。为恰当地模拟施工过程及使用阶段不同的受力状况，要将结构受力划分为若干个相对独立的工况进行计算，分工况依据是: 结构组成、支撑状况有较大变化或结构受力有比较大的变化。由于结构的环向对称性质，将结构的空间抗压刚度简化为平面问题，建立二维模型进行分析。

      按照划分好的施工步骤计算每一施工步的荷载，( 见图 4) 。

      用 sap84 有限元分析软件，按上面计算简图对施工过程进行模拟，并将每一步增量荷载的计算结果与上一步计算的结果进行叠加，得到本阶段的位移、弯矩以及剪力，具体每一步的计算结果详见图 5。

      由于受现场施工精度、误差及温度影响，楼板的横向抗压刚度与理论值具有一定的差距。在本文的分析中，将顶板和楼板的横向抗压刚度每次降低 10%，直至降低到理论计算值的 10%，用平面杆系有限元法模拟每一步的位移及内力，见图 6 ～ 图 7。

      从上面的计算中可以看出，随着楼板刚度的增加，桩体的水平位移是逐渐减小的，当刚度为原刚度的 1/10 时，最大水平位 移 达 到33 mm，而最大弯矩出现的工况却是在楼板刚度折减为 70% 时出现的。这说明，围护桩刚度过大时，应通过减小截面或减少配筋来进行优化。

      盖挖半逆作工法施工阶段竖向支撑系统为: 钻孔灌注桩与钢管柱。由于钻孔灌注桩与钢管柱之间差异沉降的存在，对于作为横向支撑的楼板将产生很大的附加应力。根据北京地区盖挖法的施工经验，以20 mm 控制指标作为边界条件加入到本模型中，得到差异沉降引起的附加应力，如图8 ～ 图9 所示。可以看出，结构在差异沉降作用下的结构附加内力为 188 kN·m，还是很大的，在施工中要对其进行严密监测，当差异沉降达到 20 mm 时应立即停工，并采取应急措施。

      本文以北京地铁某车桥站综合换乘厅超大深基坑工程为背景，引入了半逆作混凝土环板支撑体系的设计理念，并用增量法进行全过程模拟，结果表明: 围护结构和施工过程相关，围护桩的内力不是发生在施工结束后，而是一个动态的变化过程。分析结果说明，围护结构的内力在材料强度允许范围内，围护结构的变形满足一级基坑的变形要求，采用这种支护方式是安全有效的。

 

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