武汉地铁三号线竹叶山站基坑围护结构设计

1. 工程背景

1.1 项目概述

1.1.1 项目地理位置与规模

• 竹叶山站位于武汉市，是地铁三号线的重要站点。
• 站点沿凤凰中大道设置，呈东西走向，站台中心里程为SK7+939.847，设计起里程SK7+794.247～SK8+018.247。
• 车站主体结构内包尺寸总长224m，宽度17.6m。

1.1.2 周边环境与施工条件

• 车站西南角为12层混凝土结构楼房，距离车站8m~9m。
• 东南角为2层砖混结构医院，距车站主体14m。
• 东北角有2层砖混结构饭店，距车站主体最近为25m。
• 西北角有2层砖混结构超市和6层砖混结构居民楼，超市距车站主体最近距离为25m，居民楼距车站主体最近距离为29m。
• 施工期间竹山站临时封闭。
• 影响范围内的管线全部搬迁，包括DN600的供水管、DN300的煤气管和污水管。

1.2 工程地质条件

1.2.1 地层结构与岩性特征

• 场地勘探深度以内通常可以划分为四个不同的土层或岩层：素填土、粉质黏土、强风化岩和中风化岩。
• 素填土主要由粉性土与黏性土交织而成，夹杂着少量碎石、建筑垃圾及生活垃圾。
• 粉质黏土呈现灰黄色，质地柔软且具有较好的塑性和黏性。
• 强风化岩具有含火山角砾、晶屑岩屑凝灰的特殊结构，呈现出块状构造。
• 中风化岩主要色调为灰白色，内部结构特征表现为含火山角砾晶屑岩屑凝灰结构，呈现出块状构造特征。

1.2.2 物理力学性质

• 地层物理力学参数表包括杂填土、粉质粘土、强风化砂岩和中风化砂岩的层厚、重度、粘聚力和内摩擦角。
• 粉质粘土的粘聚力为20.00kPa，内摩擦角为13.00度。
• 中风化砂岩的粘聚力为400.00kPa，内摩擦角为40.00度。

1.3 水文地质条件

1.3.1 地下水类型

• 场地地下水划分为孔隙性潜水、孔隙微承压水、红色碎屑岩类裂隙孔隙水三种类型。
• 孔隙性潜水主要存在于场地表部的1层填土和2层黏质粉土之中。
• 孔隙微承压水主要赋存于粉质黏土之中。
• 基岩裂隙水深藏于坚实的基岩层之内。

1.3.2 地下水补给与排泄

• 孔隙性潜水的主要补给来源为大气降水和地表水体的下渗。
• 孔隙微承压水的补给主要依赖于上部潜水层的越流补给。
• 基岩裂隙水的补给来源主要来自上部的潜水层和深部的承压水层。

1.4 工程地质评价

1.4.1 地质安全性

• 工作环境未出现泥石流、滑坡等恶劣地质现象，无地下采空区等潜在安全隐患。
• 地理位置优越，地势相对较高，有利于排水和地基稳定性。
• 岩石结构坚实稳固，排除了因地质构造缺陷导致的岩石崩塌、巨型变形或损毁的风险。

1.4.2 工程条件

• 施工期间需考虑周边建筑物的影响，确保施工安全。
• 管线搬迁方案需确保不影响车站主体施工。
• 基坑围护结构设计需确保稳定性，满足最小控制值的要求。

2. 围护结构方案选型

2.1 设计原则与技术标准

2.1.1 设计原则

• 地面超载：车站标准段和端头井处施工时的地面超载分别为 20kPa 和 30kPa。
• 主体结构施工：车站的板墙柱等主体结构在开挖至基坑底后，从下往上依此施工，即顺作法。
• 基坑尺寸与支护设计：根据实际工程条件，合理选取基坑的尺寸、支护设计参数、布置方式。
• 稳定性验算：基坑应通过的各种稳定性验算，且保证围护体系的形变、位移、沉降等满足最小控制值的要求。
• 动态设计与信息化施工：围护结构设计与施工应遵循与监测结果进行动态设计、信息化施工相结合的原则。

2.1.2 技术标准

• 详细列出与基坑围护结构设计相关的技术标准。

2.2 围护结构方案比较

2.2.1 围护结构方案比选

• 对比分析不同围护结构方案的优缺点，包括排桩、地下连续墙、土钉墙、钢板桩等。
• 考虑地质条件、基坑深度、周边环境等因素，选择最合适的围护结构方案。

2.2.2 内支撑选型

• 根据围护结构方案，选择合适的内支撑类型，如横撑、斜撑等。
• 内支撑的选型需考虑围护结构的受力特性，确保结构稳定。

2.3 围护结构设计计算

2.3.1 计算图示与计算模型

• 详细描述基坑围护结构的计算图示与计算模型，包括结构布置、受力分析等。

2.3.2 配筋计算

• 冠梁配筋计算：根据冠梁的受力特性，计算所需的钢筋数量和分布。
• 截面计算：根据基坑围护结构的受力特性，计算基坑围护结构的截面尺寸。

2.3.3 稳定性验算

• 整体稳定性验算：确保基坑围护结构的整体稳定性。
• 抗倾覆稳定性验算：计算基坑围护结构的抗倾覆稳定性。
• 抗隆起稳定性验算：确保基坑围护结构的抗隆起稳定性。

2.4 端头井结构计算

2.4.1 计算图示与计算模型

• 详细描述端头井的计算图示与计算模型，包括结构布置、受力分析等。

2.4.2 端头井基本信息

• 端头井的尺寸、深度、周边环境等基本信息。

2.4.3 端头井计算结果

• 端头井的计算结果，包括配筋计算、稳定性验算等。

2.5 基坑监测方案

2.5.1 监测目的

• 监测的目的在于确保基坑施工期间的安全与稳定。

2.5.2 监测项目

• 地表沉降、围护墙顶水平位移及竖向沉降、围护墙体水平位移、地下水位量测等。

2.5.3 监测项目的具体实施

• 地表沉降的监测方法与设备。
• 围护墙顶水平位移及竖向沉降的监测方法与设备。
• 围护墙体水平位移的监测方法与设备。
• 地下水位量测的监测方法与设备。

3. 结论

• 通过对竹叶山站基坑围护结构的系统研究，结合具体工程案例，提出了一套合理、经济、可靠的基坑围护设计方案。
• 设计范围包括基坑围护结构的选择、结构设计、受力分析及稳定性评估等方面。
• 设计过程中需考虑地质条件、施工条件、经济成本等因素的限制，确保设计方案的可行性和经济性。
• 设计过程中应遵循安全、经济、合理、环保的原则，确保基坑围护结构能够满足施工期间的安全要求，同时考虑结构的耐久性和后期拆除的便捷性。
• 研究内容主要包括基坑围护结构的选择与优化、结构设计方法的研究、受力性能分析、基坑变形控制等。
• 研究方法包括文献调研、数值模拟、理论分析和现场监测等，以确保设计的合理性和准确性。
• 本次设计的创新点可能包括采用新型支护结构或优化现有支护结构的设计方案，提高基坑围护的安全性和稳定性。
• 预期成果包括一套完整的基坑围护设计方案、相关的理论分析成果和数值模拟报告，为类似工程提供参考和借鉴。