地铁车站地下连续墙支护设计

1大连地铁2号线某车站工程概况

2地下连续墙维护结构

2.1地下连续墙支护法：

地下连续墙围护呈封闭状态，在深基坑开挖后，加上内支撑或锚杆，就可以起到挡土的作用，更加方便深基坑工程的施工。特别是当今地下连续墙已经发展到既是基坑施工时的挡土围护结构，又可以作为拟建主体结构的侧墙（此时在墙体内侧宜加筑钢筋混凝土衬套），即两墙合一。

地下连续墙按照施工材料的不同，可分为钢筋混凝土连续墙、桩排式连续墙和水泥土地下连续墙。其施工工艺具有如下优点：

（1）墙段刚度大，整体性好，因而结构和地基变形都较小即可用于超深围护结构，也可用于主体结构；

（2）使用各种地质条件。对砂卵石地层要求进入风化岩层时，钢板桩难以施工，但却可以采用合适放入成槽机构施工的地下连续墙结构；

（3）可减少工程施工时对环境的影响。施工时振动少，噪声低，对周围相邻的工程结构和地下管线影响较小，对沉降及变位较易控制；

（4）可进行逆筑法施工，有利于加快施工进度，降低造价。

由于地下连续墙具有整体刚度大和防渗性能好，适用于地下水位以下的软粘土和砂土多种底层条件和复杂的施工环境，尤其是基坑底面以下有深层软粘土需将墙插入很深的情况。但地下连续墙的造价高于钻孔灌注桩与深层搅拌桩，因此要根据基坑开挖深度，土质情况和周围环境情况，通过技术经济比较认为经济合理才可采用。一般来说，当在软土层中基坑开挖深度大于10米，周围相邻建筑

物如地下管线对沉降与位移要求较高，或用作主体结构的一部分，或采用逆筑法施工时，可采用地下连续墙。

（5）对于江河沿海软土地层以及地下水位较高，地下水量丰富且变化较大

的底层的基坑开挖采用地下连续墙支护最为经济且施工效果最为优越，故被广泛采用，据不完全统计我国已施工完成的地下连续檣总面积达150万平方公里以上，已超过中国国土面积1/8.

2.2本工程围护结构方案：

（1）由于本工程地铁站位于大连市华城大厦与幸福路交汇处，车站东北面是商贸区，东南面是文娱和商业办公区，有规划中的大连歌剧院，博物馆等，西南面是居住、商务区、有邮电大厦、人寿大厦、国贸大厦，西北角是搞成居住区，处于未来人口密集、交通繁忙区

域，所以工程在施工中施工单位周边可利用的土地及其狭小，再加大连市为全国著名旅游城

市，全国生态文明建设示范城市，故在施工过程中对城市环境保护，噪声控制，地下水环境污染等指标的要求都十分严格。

(2)本工程工程地质条件见分组如下：

(3 )本工程开挖深度14m，地面超载g=65kN / m2，地下水位离地面 2.2m , k h=18000kN/m 3

根据以上三点分析再结合以往在大连地区施工的工程经验，超过14米的基坑开挖宜采

用地下连续墙法，所以在本工程中采用地下连续墙法作为支护结构并设三道支撑。C30混凝土E=3 x 106t/m3。

3围护结构设计

3. 1设计原则与设计方法

基坑支护结构应采用以分项系数表示的极限状态设计表达式进行设计。

基坑支护结构极限状态可分为下列两类：

(1)承载能力极限状态：对应于支护结构达到最大承载能力或土体失稳、过大变形导致支护结构或基坑周边环境破坏；

(2)正常使用极限状态：对应于支护结构的变形已妨碍地下结构施工或影响基坑周边环境的正常使用功能。

基坑支护结构设计应根据表2选用相应的侧壁安全等级及重要性系数。

表3-1基坑侧壁安全等级及重要性系数

注：有特殊要求的建筑基坑侧壁安全等级可根据具体情况另行确定。

支护结构设计应考虑其结构水平变形、地下水的变化对周边环境的水平与竖

向变形的影响，对于安全等级为一级和对周边环境变形有限定要求的二级建筑基坑侧壁，应根据周边环境的重要性、对变形的适应能力及土的性质等因素确定支护结构的水平变形限值。

当场地内有地下水时，应根据场地及周边区域的工程地质条件、水文地质条件、周边环境情况和支护结构与基础型式等因素，确定地下水控制方法。当场地周围有地表水汇流、排泻或地下水管渗漏时，应对基坑采取保护措施。

根据承载能力极限状态和正常使用极限状态的设计要求，基坑支护应按下列

规定进行计算和验算。

1、基坑支护结构均应进行承载能力极限状态的计算，计算内容应包括：

1）根据基坑支护形式及其受力特点进行土体稳定性计算；

2）基坑支护结构的受压、受弯、受剪承载力计算；

3）当有锚杆或支撑时，应对其进行承载力计算和稳定性验算。

2、对于安全等级为一级及对支护结构变形有限定的二级建筑基坑侧壁，尚应对基坑周边环境及支护结构变形进行验算。

3、地下水控制验算：

1）抗渗透稳定性验算；

2）基坑底突涌稳定性验算；

3）根据支护结构设计要求进行地下水位控制计算。

基坑支护设计内容应包括对支护结构质量检测及施工监控的要求。

当有条件时，基坑应采用局部或全部放坡开挖，放坡坡度应满足坡稳定性要求。3. 2 土压力计算

3. 2. 1计算参数

表开挖基坑各土层参数

基坑开挖深度14m ，地面超载g=65kN / m ，地下水位离地面 2.2m , k h =18000kN/m

3. 2. 2 土压力计算方法

1）静止土压力

静止土压力是墙静止不动，墙后土体处于弹性平衡状态时作用于墙背的侧向压力。根据弹性半无限体的应力和变形理论， P o = K°?z

式中：一土的重度；

o :

K o

—静止土压力，可由泊松比 ' 来确定，

一般土的泊松比值，砂土可取0.2?0.25，黏性土可取0.25?0.40，其相应的K 。值在0.25?0.67之间。对于理想刚体 —0

, K 。=0 ；对于液体' =0.5， K 。=1

由式（3-1 ）可知，在均质土中，静止土压力与计算深度呈三角形分布，对于高度为H 的挡墙而言，取单位墙长，则作用在墙上静止土压力的合力值

E 。为

E 。H 2

（3-2）

合力E 。的方向水平，作用点在距墙底 H/3高度处。 2）填土面水平时的朗肯土压力

朗肯土压力理论认为在垂直墙背上的土压力，是相当于达到极限平衡的半无限体中任一垂直截面上的应力。当地面水平时，土体内任一竖直面都是对称面，因此竖直和水平截面上的剪应力等于零。

3）主动土压力

当墙后填土达到主动极限平衡状态时，作用于任一 z 深度处土单元的竖直应力匚厂 Z

应是大主应力°，而作用于墙背的水平向土压力P a

应是小主应力二3

由土的强度理论可

知，当土体中某点处于极限平衡状态时，大主应力 J 和小主

z 深度处的静止土压力为

（3-

应力二3间应满足以下关系式:

黏性土：

Q W Q

=；「3tan (4^ —) 2ctan(45

2)（3-3）

Q中4

二3-门tan2(45 ) -2ctan(45

或2（3-4）无黏性土：

；:.] =；:「3tan (45 —)

（3-5）

2q 申

二3二二1tan (45 )

或2（3-6）

以= P a , b^7z代入式（3-4）和（3-6）,即得朗肯主动土压力计算公式为黏性土：

2 小°④

p a二ztan (45 )-2ctan(45 )

2 2( 3-7)

或P a 二ZK a-2c「K a (鸥) 无黏性土：■v 2 Q ?

P^ ztan (45 )

2( 3-9)

或Pa = ZKa( 3-10)

2 -中

? =tan (45)

上面各式中：K a —主动土压力系数，2；—墙后填土的

重度（kN/m3）,地下水位以下取有效重度；c —填土的黏聚力（kPa）；-

填土的内摩擦角；z—计算点距填土面的深度（m。

由式（3-10）可知：无黏性土的主动土压力强度与深度z成正比，沿墙高压力分布

为三角形，作用在墙背上的主动土压力的合力E a即为P a分布图型的面积, 其作用点位置在

分布图型的形心处，土压力方向为水平，即

E a二1H2tan2（45 - ）

2 2（3-11）

1 2

Ed' HR

(3-12)

3）被动土压力

当墙在外力作用下挤压土体时，填土中任一点的竖向应力二二z仍不变,

而水平向应力却由小到大逐渐增大，直至出现被动朗肯状态。此时，作用在墙面上的水平

向应力达到最大限值P p，即大主应力G，而竖向应力为小主应力，即

和（3-5）可得被动土压力强度计算公式：

6。利用（3-3）

黏性土：

P P=zK p 2c.K p （3-

13）

无黏性土：

P P = zK p ( 3-14)

=ta n2（45，+?）

K心

式中：K p —被动土压力系数，P 2。其余符号同前

由上面两式可知，黏性土的被动土压力随墙高呈上小下大的梯形分布。单位

墙长被动土压力合力为：

黏性土：

E^- H2K p 2cH K p

2(3-15) 无黏性：

仁2

E p H2K p

2(3-16) 以上介绍的朗肯土压力理论计算公式简单，使用方便。但由于在推导过程中的条件假定和简化，使该理论使用范围受限。此外，由于朗肯理论忽略了墙背和填土之间的摩擦作用，从而使计算的主动土压力偏大，被动土压力偏小。

3. 3. 3 土压力计算