南京地铁张府园站结构设计与周边建筑物保护doc.doc

摘 要 南京地铁一号线张府园站基坑开挖紧靠周边7层居民楼、14层办公大楼及6层住宅楼，土质状况复杂，施工条件差，周边环境保护要求高，采取多种方案，确保车站设计质量，配合施工单位综合采用了多种技术措施，并利用“时空效应”理论和信息化施工手段，安全、合理地完成了车站的施工 关键词 车站 基坑 周边建筑 变形 沉降 监测 1 工程概况 南京地铁一号线张府园站位于市中心的中山南路与建邺路交汇处西北侧车站沿南北向路侧布置，为地下二层岛式车站，顶板覆土2．21～2．64m，底板埋深约15．40～17．06m，主体结构外包尺寸为216．0m21．4m，设三个出入口及若干风井车站主体围护结构为地下连续墙，内衬为现浇钢筋混凝土框架结构，车站施工采用明挖顾筑法由于本车站地处市中心区域，且车站沿路侧布置，在车站的西侧有多幢不同类型的地面建筑物距离车站基坑边约2．1～6．8m，为确保车站在施工期间周边地面建筑物的安全可靠，设计针对不同的地面建筑物的保护要求，采取相应的技术措施严格控制基坑的变形和地表的沉降，保证了车站周边居民建筑、办公大楼及道路交通的安全，同时结合设计对施工也提出了具体的施工步骤要求和监测控制要求。

2 场地工程地质、水文条件 根据工程勘察资料分析，本车站范围属于秦淮河古河道地区，分布的土层主要是第四系，地势较为平坦，土体埋藏条件相对较为稳定地下水以孔隙潜水为主，水位变化受大气降水渗入影响显著，一般水位埋深在地表下2．2～2．8m之间车站埋深范围内的土层主要是以②-1-1d2-3粉砂、② -1-2c2-3粉土和② -3-1d3-2粉砂为主，其含水量较高、渗透性大、局部较松、欠均质、中低强度，其中在车站中板深度范网内厚度约2．5～4．5m的② -1-1d2-3粉砂土的水平渗透系数达到1．8110—3 cm／s、在车站底板范围内厚度约5．0m的② -3-1d3-2粉砂土的水平渗透系数达到2．1210—3 cm／s，另外在13．0～19．0m埋深范围内的土层还有轻微液化针对这些土层特征，在车站基坑开挖施工中，通过合理地布置井点降水、适当地进行地基加固等措施是控制和防止这类土层出现流砂、坍塌和渗水管涌现象的有效方法 3 周边环境 由于本车站沿中山南路的西侧南北向布置，就整个车站站位来讲，东侧为地面道路，西侧的南半部分靠近车站基坑没有地面建筑，而北半部分则有跑马巷7层居民住宅楼(其基础距基坑最近处仅有1．7m)和江苏省交通规划设计院14层办公大楼(距离基坑5m左右)，在车站的南北端还有张府园小区6层居民住宅楼(见图1)。

根据车站基坑变形控制保护等级标准及本车站周边环境保护要求，本车站基坑保护等级为一级，车站设计(特别是围护结构设计)根据保护对象的不同采取了相应的技术措施，并对施工提出了具体的技术要求图1 张府园站平面（北端） 4 车站结构型式的选择 首先从本车站地质纵剖面上分析，整个车站基本上处于砂性土层之中，该土层含水量高、渗透系数大，且其水位变化受大气降水渗入的影响明显，通常状态下该土层土质稍密～中密、中等压缩、中等强度，然而一旦通过降水，土体强度提高很大根据南京地区的这一地质特征条件，结合地铁车站本身的功能要求，设计进行了不同型式的结构方案的比选，如针对地下车站侧墙结构方案就进行了单、双层衬砌的方案比较若采用单层衬砌、地下墙围护结构的接缝防水措施处理难度大、费用也高；从车站受力状况分析，本车站顶极覆土约2．5m，底板埋深相对较大，且根据车站建筑布置，车站中部主体部分为单柱双跨结构，车站两端的备用房部分为双柱三跨结构；另外，根据业主要求，在车站南端约100m范围内，车站顶部规划建造5～6层的地面建筑，经结构受力分析，本车站结构顶板、底板及侧墙均受到不均匀荷载的影响对车站基坑开挖的稳定和车站使用阶段整体纵向沉降控制的设计都带来了一定的难度。

基于上述原因，本车站侧墙结构设计最终选用了双层衬砌，此外，根据国外经验，在粉细砂土层中采用双层衬砌还可以减少发生流砂的机率车站结构型式根据车站使用功能的不同，在有效站台范围采用了单柱双跨和在车站两端设备区采用了双柱三跨的箱形钢筋混凝土框架结构，基坑围护结构根据周边地面超载的大小及控制沉降、变形要求分别选用厚度为600rnrn和800mm的地下连续墙，基坑开挖阶段地下连续墙作为围护结构的受力体系，承受侧向水土压力内衬结构回筑后，地下墙与内衬结构组成共同的受力体系 5 邻近构筑物的保护 从前面的叙述中可以知道，在本车站基坑施工过程中需要重点保护的地面建筑物主要是车站基坑西侧的一幢7层居民住宅楼、一幢重4层的省交通规划设计院办公大楼和车站北端的“┐”型6层居民住宅楼其中7层居民楼距离车站基坑边仅2．1～2．8m、14层的省交通规划设计院办公大楼距离车站基坑边仅5．3～6．8m、车站北端的6层居民住宅楼距离车站基坑边约5．0m，这三幢建筑在车站整个施工过程中都必须确保其正常使用为确保这三幢建筑物的安全、可靠，设计根据这些地面建筑的不同基础型式、体量大小及距离基坑边缘的距离，分别采取了加大地下墙厚度、加深地下墙深度和采用钢筋混凝土支撑等不同的技术措施，进行有针对性的基坑设计。

5．1 针对7层居民楼和14层办公楼处的基坑设计 从平面布置图中可知，由于7层居民楼和14层办公大楼与车站基相邻，且距离基坑边缘仅2．1～6．8m(建筑外边线)，由于两幢建筑结构型式完全不同，7层居民楼为浅埋条形基础，基础埋深仅为0．9m，上部结构为砖混型式；而14层办公大楼为桩基础(有地下室)，上部结构为框架型式(具体情况见表1) 表1 地面建筑基本资料表 针对以上数据，根据设计要求，对这些地面建筑物的保护等级为一级保护，设计将交点放在可能对该两幢建筑产生影响的基坑围护结构上首先考虑影响范围，经过现场实地测量及基坑开挖可能对地面建筑影响范围计算，确定重点加强围护结构设计的范围约为70m(即（15）轴～（23）轴) 5．1．1 基坑受力分析 由于两幢地面建筑均在基坑西侧，从基坑围护结构受力分析可以明显发现，该范围内的基坑横向受力处于严重的不对称状态若不采取有效措施，基坑将发生严重的侧移，而侧移量的大小还将威胁到两幢地面建筑物的安全为此，设计首先从控制基坑侧移入手，分别按两幢地面建筑不同高度计算出基坑一侧的地面超载，对于7层居民楼，其基础为一般条形基础，超载的作用面一般可按基础底面算起，也就是可近似地考虑作用在车站基坑的顶面；而对于14层办公大楼，其基础型式为桩基，超载的作用面应考虑桩基的影响，一般超载的作用范围应根据桩长分布，按实际情况进行计算。

同时根据车站周边环境保护要求，按一级基坑保护的标准，控制基坑侧移大小，进行围护结构的设计经反复计算，通过提高结构刚度，能够有效控制结构变形为此，在该范围内，双侧围护结构采用了厚度800mm的地下连续墙，地下连续墙的深度达30．6m，超过了14层办公大楼桩基深度的16．0m，且地下连续墙进入到②-3-3b3粉质粘土达6m(见图2)图2 张府园车站横断面 5．1．2 基坑变形控制 基坑周边建筑物保护的关键实质上就是对基坑变形的控制针对本工程的特殊情况，为了确保该两幢建筑物的绝对安全可靠，设计首先从加大围护结构的刚度，提高围护结构自身的抗变形能力角度分析；通过对600mm和800mm两种厚度的地下墙计算比较，选用了800mm的地下墙其次根据该范围内围护结构单侧地面超载特大的现状，并结合基坑稳定计算和地下墙插人深度范围内的土层条件，合理地确定地下墙的人土深度：本范围内地下墙入土深度接近1．0H，地下墙全长约30．6m根据地基基础设计规范计算基坑的抗隆起和抗倾覆的安全系数分别为Ks＝3．4>2．5和Ks=1．26>1．1，均满足基坑的要求另外，根据以往的设计经验，围护结构体系中的支撑设计至关重要，特别是首道支撑的及时架设和基坑开挖过程中的支撑保护。

为了确保本范围基坑施工的绝对安全，有效地控制基坑变形，设计在基坑表面、结合地下墙围护结构预圈粱设置了一道刚度相对较大的钢筋混凝土支撑，钢筋混凝土支撑断面尺寸8001200，支撑间距约9m，端部采用八字撑与地下墙连接(详见图1)由于第一道钢筋混凝土支撑是在基坑尚未开挖的状态下施工，所以对控制基坑开挖后的初始变形起到了极其重要作用而对于第2道～第4道支撑，为便于施工，缩短基坑无支撑暴露时间加快施工进度，设计仍然选用了钢管支撑，但支撑水平间距则根据地下墙幅宽4m的特征，采用2m一根，而实际布置时将支撑设置在地下墙接缝的两侧，采用双拚形式，以达到加大钢支撑间距、方便基坑施工挖土的目的 从前面的分析中可以知道，该范围内的围护结构两侧地面超载相差较大，从理论上讲，车站两侧的围护结构可以分别考虑，但是通过计算发现，基坑西侧的围护结构由于承受较大的地面超载，产生的内力也相对较人，而基坑东侧围护结构承受的侧向压力相对较小，产生的内力也小但两者之间通过支撑有机地结合在一起如果两侧围护结构刚度不同，而支撑轴力较大时，则容易造成基坑发生侧移，所以通过试算发现，只有增加基坑东侧的结构刚度，使两者的刚度匹配，才能达到平衡整个基坑的抗侧移能力。

为此，采用了对称设计的思路，从设计计算上确保了整个基坑的安全 最后，设计还对该范围内的基坑内侧土体进行了加固，以增强基坑内侧被动区土体的抗侧压能力这样，从整个基坑的各个方面都进行了有针对性的加强，以确保基坑的整体稳定和绝对安全 5．1．3 其他保护措施 由于该范围内西侧地下墙围护结构距离二幢地面建筑物很近，特别是7层居民楼为浅埋条形基础，基础外边距离地下墙导墙仅0．2～1．1m，为防止在地下墙成槽阶段就出现对二幢地面建筑基础的影响，设计将地下墙幅宽由通常的6m调整为4m，同时要求提高地下墙成槽阶段的泥浆比重，以确保地下墙成槽阶段土壁的稳定然而在具体实施该方案的过程中，施工单位又根据设计方案进一步采取措施，加强了对这二幢建筑物的保护具体措施如下： 首先选用隔断墙，所谓隔断墙法就是在已有建筑物与施工的地下墙之间设置隔断墙(详见图2)，以减少和避免土体位移与沉降对建筑物的影响，特别是14层办公大楼的桩基础距离地下墙也只有5～6m，桩长约16m左右，为摩擦桩如果不设置隔断墙，则地下墙在成槽阶段就有可能因坍孔而造成桩基周边土体的松动，引起桩承载力降低或使桩基在土体中的应力传递发生重分布，引起土体和地面建筑物的不均匀沉降。

从而对办公大楼的安全带来影响为了保护7层居民楼和14层省交通规划设计院的办公大楼，施工采用了密捧钻孔灌注桩作为隔断墙，钻孔桩直径φ700，长度32．6m，比地下连续墙底深2m： 其次，采用了跟踪充填注浆方法来保护地面建筑物即在地下墙完成后，随着基坑开挖、架设支撑施工的进行，逐步对各组注浆孔进行跟踪充填注浆，及时填充墙体背后出现的空洞，严格控制地面的沉降 最后，施工单位根据设计对基坑开挖提出的参数，及时调整施工步骤，运用“时空效应”理论、控制基坑变形特别在临近建筑物的开挖过程中，采用分段、分层、平衡、对称的开挖方式，快挖快撑，一般分层高度控制在4m之内，分段长度不超过6m，开挖时间控制在12～16小时，支撑时间控制在5小时之内在限定的时间内和限定的空间内完成开挖及支撑，做到不超时、不超挖，有效地控制了基坑的变形 5．2 针对车站北端“┐”型6层居民楼的保护设计在本车站的北端有一幢6层的居民楼距离北端头井较近(距基坑边约5．0m)该居民楼上部为砖混结构，下部为条形基础亡在车站主体结构的基坑设计中，设计根据该建筑物的基础资料及基坑开。