装配式预应力鱼腹梁钢结构支撑系统在邻近地铁深基坑工程中的应用研究

装配式预应力鱼腹梁钢结构支撑系统在邻近地铁深基坑工程中的应用研究

吕凯

（无锡市地铁集团，江苏 无锡 214024）

摘要：深基坑紧邻地铁在基坑支护的选型上有较高的要求，需控制基坑开挖期间深层土体位移，满足地铁结构变形控制标准。装配式预应力鱼腹梁钢结构支撑系统是近年来快速发展的支撑体系，能有效控制围护结构变形。本文结合工程案例及实测数据，对装配式预应力鱼腹梁钢结构支撑系统在紧邻地铁侧深基坑支护中的应用和注意事项进行探讨

1、引言

随着我国城市建设的快速发展，地铁周边地块逐渐成为开发的热点。由于地铁属于市政重要公共设施，地铁的结构安全及运营安全尤为重要，对邻近地铁周边地块基坑支护的要求也较高，围护结构需具有足够的刚度，确保基坑在施工期间对地铁结构的扰动在可控范围内。在基坑支护设计阶段，应以安全为前提，选择经济性更好、更便于现场施工的支护工艺。

紧邻地铁侧深基坑工程因相关地方法规要求，放坡、桩锚工艺在这些项目中应用较少，而采用桩+内支撑的支护体系在此类项目中应用越来越广泛。装配式预应力鱼腹梁钢结构支撑系统是近年来发展较快的一种支撑体系，该系统采用预制构件现场拼接无需焊接，且支撑间距大支撑布置灵活，可有效减少支撑安装及土方开挖工期。而且预应力鱼腹梁可根据现场需求调节预应力，可有效控制基坑变形。本文结合无锡市某基坑项目，对装配式预应力鱼腹梁支撑系统在紧邻地铁侧基坑项目中的应用进行研究分析。

2、项目概况

2.1 装配式预应力鱼腹梁钢结构支撑系统原理

装配式预应力鱼腹梁钢结构支撑系统主要由钢桁架和钢绞线组成，通过钢绞线施加预应力后对钢桁架施加反作用力，使得钢桁架形成支撑反力。通过调整钢绞线中的预应力，可以增加钢桁架中的支撑反力，约束基坑围护结构的变形。

2.2 基坑概况

该项目邻近已运营的地铁站点，地块内布置有地下两层地下室， 基坑开挖深度为8~9.7m，开挖面积约18373.9㎡，围护结构与地铁站点最小水平净距为7.4m。基坑围护结构采用围护桩+止水帷幕的支护形式。围护桩采用φ800@1000mm钻孔灌注桩，桩长18.5m~21m，桩端标高为-17.9~-17.6m。基坑在+1.000m标高布置有一道预应力鱼腹梁和型钢组合支撑，邻近地铁侧在-1.900m标高处布置有一道型钢斜抛撑。鱼腹梁单根钢绞线设计预应力为130KN，根据支撑宽度布置24~32根钢绞线，并预留8根钢绞线作为预留钢筋不张拉。

3 基坑施工扰动有限元模拟分析

3.1有限元模型

现场施工围挡临近地铁附属结构布置，基坑与车站附属之间施工荷载荷载考虑为30Kpa超载，楼面折算荷载为15Kpa。

鱼腹梁通过钢绞线施加预应力，转化为直腹杆对型钢围檩的压力，经计算直腹杆轴力多位于67.2~528KN。为简化模型，对围檩施加直腹杆轴力替代鱼腹梁的支撑反力，支撑轴力取加权平均值251KN。

表1  土层计算参数表

表2  模型参数表

3.2计算结果分析

根据计算，本项目基坑开挖期间邻近地铁侧围护桩最大水平位移为21.5mm，地铁结构主要受基坑开挖施工扰动及外部施工荷载影响较大。车站主体及隧道距离基坑开挖区域较远，受施工扰动较小，该项目施工期间车站最大竖向位移为-0.313mm，最大水平位移为1.08mm，满足地铁结构变形控制标准10mm的要求，对地铁运营安全影响较小。

基坑施工区域与车站附属结构最小水平净距为7.4m，基坑开挖初期间受施工荷载的影响略有沉降，最大沉降量为2.84mm

，最大水平位移为1.66mm。随着基坑内土方的开挖卸载，周边地层略有上浮，水平位移增大，最大竖向位移为局部上浮1.4mm，最大水平位移为3.02mm，对地铁结构及运营安全影响可控。

4 基坑施工期间地铁结构变形监测分析

根据监测，该项目施工期间围护结构最大水平位移为2.9mm，最大沉降量为4.0mm，车站主体及区间隧道受基坑开挖影响较小，最大沉降量为2.1mm，最大水平位移为1.6mm，车站站点运营状况良好，未见明显表观病害。

5、结论及建议

本项目应用了装配式预应力鱼腹梁钢结构支撑系统作为支护体系，通过有限元模拟计算及施工期的监测反馈，验证了该支撑体系在紧邻地铁侧基坑项目中应用的可行性，为之后类似的项目设计提供可可参考的依据，通过研究，取得以下结论。

1）预应力鱼腹梁钢结构支撑体系具有开挖空间大，采用标准构件现场拼装，大大缩短了支撑安装及土方开挖的时间。同时通过对鱼腹梁中钢绞线施加预应力，可有效增大钢支撑的水平刚度，对控制围护结构变形具有较好的效果。

2）通过对该项目基坑开挖施工进行模拟计算分析，通过对内支撑体系先行建模计算腹杆反力后作为边界条件施加在模型中的方法是可行的，结合监测数据分析，模拟计算结果和实测数据基本一致。

3）现场支撑体系采用了现场拼装，现场拼装施工的精度对支撑的稳定性影响较大，且现场型钢组合支撑预应力较大，现场预应力施加应严格按照设计方案实施，避免支撑体系失稳。

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