土木工程毕业设计（论文）-南京市地铁2号线莫愁湖站基坑设计与施工.docx

全套图纸加扣 3012250582编号：（ ）字 号本科生毕业设计设计题目：南京市地铁2号线莫愁湖站基坑设计与施工专 题：斜井冻结技术研究姓 名：学 号：班 级：土木工程地下2011-2班二一五年六月全套图纸加扣 3012250582中 国 矿 业 大 学本科生毕业设计姓 名：学 号：学 院：力学与建筑工程学院专 业：土木工程专业（城市地下工程方向）设计题目：南京市地铁2号线莫愁湖站基坑设计与施工专 题：斜井冻结技术研究指导教师：职 称：二一五年六月 徐州中国矿业大学毕业设计任务书学院 力学与建筑工程 专业年级 土木工程专业地下2011 学生姓名 任务下达日期： 2015年 1月 19 日毕业设计日期： 2015年 1月 19 日至 2015 年 6 月 8 日毕业设计题目：南京市地铁2号线莫愁湖站基坑设计与施工毕业设计专题题目：斜井冻结技术研究毕业设计主要内容和要求：设计要求：根据南京地铁莫愁湖站基坑工程的实际资料，进行该车站基坑的围护结构设计和施工组织设计。结构设计内容应包括基坑地下连续墙施工方案、结构开挖方案、围护结构设计，并编制设计计算书。施工组织设计内容应包括施工准备、施工方法及辅助施工技术、施工总平面布置、施工进度计划和施工管理等内容。绘制图纸：莫愁湖站基坑总平面图，莫愁湖站基坑平面图，莫愁湖站基坑纵剖面图。专题要求：冻结法凿井作为通过不稳定冲积层及邻近含水基岩的特殊凿井施工方法，应用广泛，根据目前斜井冻结法施工的应用情况，对其施工技术参数进行分析和总结。绘制图纸：1张。其它要求：绘制的图纸中，要求手工绘制1张。翻译一篇与设计或专题内容相关的外文参考文献，其中文字数不少于3千字，并且附原文。院长签字： 指导教师签字：中国矿业大学毕业设计指导教师评阅书指导教师评语（基础理论及基本技能的掌握；独立解决实际问题的能力；研究内容的理论依据和技术方法；取得的主要成果及创新点；工作态度及工作量；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）：成 绩： 指导教师签字： 年 月 日中国矿业大学毕业设计评阅教师评阅书评阅教师评语（选题的意义；基础理论及基本技能的掌握；综合运用所学知识解决实际问题的能力；工作量的大小；取得的主要成果及创新点；写作的规范程度；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）：成 绩： 评阅教师签字： 年 月 日中国矿业大学毕业设计评阅教师评阅书评阅教师评语（选题的意义；基础理论及基本技能的掌握；综合运用所学知识解决实际问题的能力；工作量的大小；取得的主要成果及创新点；写作的规范程度；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）：成 绩： 评阅教师签字： 年 月 日中国矿业大学毕业设计答辩及综合成绩答 辩 情 况提 出 问 题回 答 问 题正 确基本正确有一般性错误有原则性错误没有回答答辩委员会评语及建议成绩：答辩委员会主任签字： 年 月 日学院领导小组综合评定成绩：学院领导小组负责人： 年 月 日摘 要本毕业设计主要由三个部分组成，前面两个部分的内容主要是围绕南京市地铁2号线莫愁湖车站基坑的设计开展，分别为围护结构的设计与施工组织设计。第三部分为专题，主要进行了斜井冻结技术的相关研究。在莫愁湖地铁车站基坑的围护结构与基坑施工组织设计中，首先根据车站工程建设区域的工程地质、水文地质条件和周边构筑物与环境情况，进行基坑围护与支撑方案的比选。决定选用地下连续墙和钢支撑系统进行支撑和围护，并编制计算书，进行相关验算。在施工组织设计设计中，根据计划方案和实际情况，对地下连续墙的结构施工，基坑土体开挖，施工准备和总平面布置等进行设计，并编制和实施一系列措施，保证工程安全顺利施工。第三部分的主要内容为人工冻结技术在斜井施工中的相关研究。介绍了斜井的冻结施工过程中冻结壁的计算，温度场与应力场的发展规律等。并结合相关工程实例对斜井的冻结技术有了更进一步的认识。关键词：基坑； 围护结构； 支撑； 施工组织； 地下连续墙； 斜井冻结 全套图纸加扣 3012250582 ABSTRACTThis graduation design mainly includes three part. The contents of the previous two parts mainly around the design of Mochou Lake foundation pit on the line 2 of NanJing subway station, including the bracing of foundation pit structure design and construction organization design of the Mochou Lake subway station. The third part is special subject part which mainly has carried on the freezing technique of inclined well of the related research.The first two parts mainly talk the bracing of foundation pit structure design and construction organization design of the Mochou Lake subway station, according to the engineering geology, the hydrology geology conditions , surrounding structures and environmental conditions of the Mochou Lake subway station located, through comparing the Construction schemes and supporting schemes , confirm that the construction method is diaphragm wall,support system adopts steel support .And formatted the book of calculation for the bracing of foundation pit structure design of the Mochou Lake subway station for related checking. In the construction organization design, according to the plan and actual situation of Mochou Lake foundation pit, designing the structure of the diaphragm wall construction, the excavation of foundation pit soil ,the construction preparative and the construction place arrange. And preparing and implementing a series of measures to ensure the safe and successful construction project.The third part is the special subject part, the content is the application of artificial freezing method in Inclined Shaft Construction. It describes the calculation of freezing construction in the frozen wall slope, temperature field and the stress field of the law of development , etc. And combined with related engineering example for deviated well freezing technology，we can have the further understanding of this technology.Keyword: foundation pit; supporting construction; strut; construction organizing; diaphragm wall; inclined shaft freezing目 录第一部分 南京市地铁2号线莫愁湖站基坑围护结构设计1 工程概况11.1 工程地质及水文地质资料11.2 工程周围环境32 设计依据和设计标准52.1 工程设计依据52.2 基坑工程等级53 基坑围护方案设计63.1 水泥土围护墙63.2 钢板桩围护63.3 钻孔灌注桩排桩支护73.4 地下连续墙73.5 SMW工法83.6 土层人工冻结法围护83.7 逆作法93.8 方案选择94 基坑支撑方案设计94.1 支撑结构类型94.2 支撑布置形式94.3 支撑材料和类型104.4 支撑体系的方案比较和合理选定114.5 基坑施工应变措施125 计算书125.1 荷载计算125.2 围护结构地基承载力验算145.3 基坑底部土体的抗隆起稳定性验算155.4 抗渗验算165.5 抗倾覆验算165.6 整体圆弧滑动稳定性验算175.8 支撑内力变形计算225.9 地下连续墙配筋验算246 基坑主要技术经济指标256.1 开挖土方量256.2 浇注混凝土量266.3 钢筋用量266.4 人工费用26第二部分 南京市地铁2号线莫愁湖站基坑施工组织设计1 基坑施工准备271.1 基坑施工的技术准备271.2 基坑施工的现场准备271.3 其他准备282 施工方案292.1 概况292.2 施工工法292.3 围护结构施工工艺322.3 施工主要技术措施和关键部位技术措施423 施工总平面布置453.1 施工现场广场临时建筑物的布置原则453.2 施工用的临时运输线路的布置，建筑材料的堆放位置453.3 大型设备停放454 施工进度计划及管理措施454.1 工程安排的原则454.2 全面实施施工质量过程控制465 质量、安全、文明管理措施465.1 工程质量标准465.2 土方运输环境管理规定495.3 安全生产管理措施495.4 文明施工措施49第三部分 斜井冻结技术研究1 概述511.1 冻结技术简述511.2研究现状521.3 研究内容与意义552 斜井冻结理论562.1斜井冻结壁厚度计算562.2冻结壁与井壁的受力与形变612.3 斜井顶、底板冻结孔布置原则612.4竖向直排冻结温度场632.5多排管冻结段温度场652.6 应力场的分布和变化规律682.7 斜井局部冻结技术693 工程实例713.1 工程概况713.2 井筒主要技术特征713.3 井筒地质特征713.4 冻结设计723.5相关监测情况：753.6 副斜井底板温度及壁后土压力测量774 结语与展望81参考文献81翻译部分84致 谢99第一部分 南京市地铁2号线莫愁湖站基坑围护结构设计 中国矿业大学2015届本科毕业设计 第1页1 工程概况莫愁湖地铁车站工程隶属于南京市地铁二号线的一期工程。车站的主要建设用地在莫愁湖公园空地上，沿东西走向布置。其位置在汉中门大街与莫愁湖西路丁字路口东南角。车站的全长约148米，标准段净宽约为23米。东、西端头井净宽分别约为28和33米，车站上部拟建设二层建筑。1.1 工程地质及水文地质资料1.1.1 工程地质在土层成因、岩物理力学性质等方面，根据土体采样的相关数据，将整个土层分为7个层次。续表1-1 中国矿业大学2015届本科毕业设计 第2页表1.1 各个土层特性表土层层底标高/m厚度/m土层性质1填土2.38-0.151.003.00上部为碎砖、石子与粘性土混杂，下部以灰黄色粘性土为主，土质松散2浜土-0.182.10仅在D7SZ22孔钻遇，灰黑色淤泥质土，含有机质、腐植物，有臭味褐黄色粘土0.17-0.900.802.60饱和，可塑软塑，含铁锰质斑点、云母，夹粉砂团块，稍显光滑、高干强度、高韧性，中高压缩性灰色淤泥质粉质粘土-2.95-4.202.704.20饱和，流塑，含云母，夹薄层粘质粉土或粉砂团块，土质不均，稍显光滑、中等干强度、中等韧性，高压缩性灰色淤泥质粘土-11.69-12.957.909.70饱和，流塑，含云母、有机质，夹粉土、粉砂团块，夹贝壳碎屑，土质尚均匀，光滑、高干强度、高韧性，高压缩性1灰色粘土-18.69-20.436.208.00饱和，流塑软塑，含云母、有机质，夹粉土薄层，夹泥钙质结核、半腐植物根茎及贝壳碎屑，土质均匀，光滑、高干强度、高韧性，高压缩性3灰色粉质粘土-39.88-43.4920.3024.80软塑，含云母、有机质，夹薄层粉土，夹泥钙质结核，稍显光滑、高干强度、高韧性，中压缩性1灰色粉砂-52.99-60.3112.0019.30中密，含云母、石英，夹薄层粘性土，土质较好，中压缩性1灰色粘土-59.70-61.911.406.80软塑，含云母、腐植质，夹薄层砂或粉土，光滑、高干强度、高韧性，中压缩性2灰色粉质粘土夹砂钻穿，可塑软塑，含云母、腐植质，以粘性土为主，具交错层理，呈互层状，局部砂性较强，稍显光滑、中等干强度、中等韧性，中压缩性综述经勘探查明，在基坑开挖深度范围内，缺失层硬土,以流软塑淤泥质粘性土为主。、1层土层，含水量高、孔隙比大、压缩性高、强度低及渗透性差，因而具有较大的流变特性，可能导致围护结构稳定性差，坑底易产生回弹隆起 中国矿业大学2015届本科毕业设计 第3页1.1.2 水文地质经过勘测，建设场地具有潜水类型的浅部地下水。浅部地下水的主要来源为大气降水与地面河流，水位随气象的变化而变化，埋深大多在0.901.50米。经检测，地下水和土壤对混凝土结构基本无影响，但对钢结构可能会产生弱腐蚀作用。根据以上的观测资料，表明承压水主要分布在1层中。承压水水位受多因素影响，在幅度方面具有周期性变化趋势。承压水的水头主要分布在地表下的3.0m11.0m处，含水层的埋藏深度在在4359.4m之间均有出现。 1.1.3 场区地震效应分析及评价根据相关规范，认定建设场地属于IV类场地。虽然地基土体较为软弱，但经探测20m的埋深土层，未发现存在有大量的砂土、砂质粉土层。因此液化问题可不予考虑。 全套图纸加扣 3012250582 第28页1.1.4 不良地质条件对施工的影响1）整个探测过程未发现天然气层等不良地质现象。 2）从以上土层特性可知，在开挖范围内以粘性土为主。而地震震动液化的主要产生地层：饱和砂土和砂质粉土尚未发现。第层、1层局部有粉土夹层，而这些粉土层极易遭受动水作用，产生流砂现象，影响车站基坑的安全开挖。1.2 工程周围环境1.2.1 基坑周围邻近建筑物莫愁新寓居住小区位于拟建车站区域的北侧，著名的国家级旅游景点莫愁湖公园位于车站东南侧，星湖宾馆坐落在建设区域西侧，为12层高的建筑物。而根据规划，在施工场地的拟建用房的区域，存在一栋3层高的避风塘蓝湾咖啡屋。就总体看来，建设区域的周边建筑物结构与布置形式较为良好。1.2.2 周围管线及地下构筑物设施由于本工程施工区域位于莫愁湖公园空地上，管线主要布置在汉中门大街及莫愁湖西路下，涉及管线搬迁较少。汉中门大街、莫愁湖西路上的管线见下表1.1，在施工过程中需要采用一定的监测措施。表1.2 周边管线一览表管线种类管径（mm）/规格埋深（m）材质位置处置方法莫愁湖西路现有管线围挡外电力1根0.78铜原地监测电力1根0.96铜电力1根1.12铜电话3根0.9铜电话12孔0.86铜电力1根1.04铜路灯1孔0.41钢上水1500.95铁汉中门大街原有管线汉中门大街以南原地监测电话39孔1.15铜上水5001.27铁煤气3000.79铁煤气5001.4铁电力20孔1.52铜上水15001.18铁雨水6001.2砼污水3002.68砼雨水10001.23砼污水3002.25砼电话24孔1.25铜雨水2000.65砼煤气5000.95铁煤气3000.95铁上水3001.01铁电话4根0.95光纤电力1根0.88铜汉中门大街以北原地监测上水1500.96铁上水15001.86铁上水5001.5铁雨水8001.6砼电力24孔1.28铜电话15孔1.5铜煤气6001.71铁1.2.3 周围道路在车站基坑施工区域周边主要有两条道路，分别为幅宽40m的汉中门大街路和幅宽24m的莫愁湖西路。其中莫愁湖西路设双向机动车4车道；汉中门大街为双向机动车6车道的设置形式。根据监测，平时车流量较大。1.2.4 邻近地区对地面沉降很敏感的建筑资料和要求车站周边的莫愁新寓居住小区，星湖宾馆等建筑物及城市重要道路对地面沉降有较高要求，因此需采取有效措施尽量减少基坑和周围构筑物的变形。2 设计依据和设计标准2.1 工程设计依据表2.1 工程设计依据表序号名称编号1岩土工程勘察规范GB50021-20092建筑地基基础设计规范GB50007-20113建筑基坑支护技术规程JGJ120-20124地下工程防水技术规范GB50108-20085建筑抗震设计规范GB50011-20106建筑结构荷载规范GB50009-20127建筑地基处理技术规范JGJ79-20128混凝土结构设计规范GB50010-20109建筑地基基础工程施工质量验收规范GB50202-200210混凝土结构工程施工质量验收规范GB50204-200211混凝土结构工程施工规范GB50666-201112建筑基坑工程监测技术规范GB50492-200913锚杆喷射混凝土支护技术规范GB50086-200114建筑桩基技术规范JGJ94-200815基坑工程技术规程DB42/159-201216施工现场临时用电安全技术规范JGJ46-200517地质勘察基础工程公司提供的岩土工程详细勘察报告18国家、地铁公司、地方政府有关施工质量、安全、环保的文件19建筑施工手册20现场勘察情况2.2 基坑工程等级表2.2 支护结构的安全等级安全等级破坏后果一级支护结构失效、土体过大变形对基坑周边环境或主体结构施工安全的影响很严重二级支护结构失效、土体过大变形对基坑周边环境或主体结构施工安全的影响严 重三级支护结构失效、土体过大变形对基坑周边环境或主体结构施工安全的影响不严重本工程紧邻汉中门大街，该道路为城市主干道，平时车流量较大，周围建筑物分布较多，附近管线多为重要设施。由于距莫愁湖较近，地下水位埋深极浅，仅为1.0米，对工程施工的防水要求较高。基坑开挖深度较大，如果施工过程中出现土体变形过大、支护结构不稳现象，将对基坑周边的建筑设施、主体工程及社会效益造成严重影响，故工程的安全等级设为一级。3 基坑围护方案设计基坑支护是施工过程中的重要环节，通常是对基坑侧壁进行加固、支挡和保护，便于施工操作，保护基坑周边建筑设施及管线的安全。基坑支护方案的设计应从工程实际的情况出发。选择的出发点是根据施工安全，技术先进，工程成本等原则进行支护方案的比选与优化。在进行方案的筛选时要考虑多种因素，其中有：建设场地的工程地质与水文地质条件、基坑深度、施工要求、临近荷载、周围环境保护与结构耐久性等。选取的设计方案需能够保障边坡稳定，而且要控制变形，保证基坑周围建筑设施、线路、管道和道路的安全与使用要求。随着支护技术的不断发展，各种各样的支护结构形式在实际工程中得到运用。目前在基坑工程中，各种支护形式经常交叉组合使用，追求施工的安全性与利益最大化。依据支护结构的受力形式，可以划分为桩墙结构，重力式结构，土钉墙和拱墙结构这几种基本类型。其中桩墙结构主要指各种各样的护坡桩基和地下连续墙，它们结合锚杆形成桩墙一锚杆结构，与钢筋混凝土或钢支撑组成桩墙一内支撑结构。搅拌桩、旋喷桩和微型桩均能与土钉墙组合形成复合土钉墙。重力式结构主要为搅拌桩或旋喷桩形成的水泥土墙。此外还有逆作拱墙、SMW工法、软土加固措施、钢板桩支护、人工地层冻结等。这些都是在基坑支护的施工中的经常采用形式。莫愁湖车站地下水位较高，埋深约为1.0米。土层以粘土、粉土、粉质粘土和淤泥质粘土为主，且场地建设和环境保护较高，基坑开挖深度约为17米，针对此类地质的深基坑，通常采用：3.1 水泥土围护墙深层搅拌水泥土围护墙是一种较为常用的土体加固方法。它的施工工艺是先将水泥浆喷入土体，然后利用深层搅拌机在原地将混合，进行强行搅拌,待凝固之后，形成相互搭接的格栅状或实体结构形式。多用于淤泥质地层。由于不再布设支撑，有利于机械化施工，止水性能良好。施工技术相对成熟，工程造价较低，较为经济。施工过程中振动较轻，环境污染小，挤土轻微，因此多用于闹市区工程。但由施工引起的位移较大，尤其是长度较大的基坑，需采取相应措施减少位移。所以基坑的尺寸不宜过大，深度不应大于七米。目前在地下二层以内的基坑围护工程中。3.2 钢板桩围护钢板桩围护墙,通常是由钢板以正反扣的形式进行搭接或按照并排形式组成。在工程中经常采用的有拉森钢板桩和槽钢钢板桩这两种类型。其中拉森钢板桩的规格有12m、15m、18m部等；槽钢钢板桩的桩长为69m ,型号和长度均需进行计算。因为钢板桩性能较为稳定，耐腐蚀性较强，通常是在基坑工程完成之后，将钢板桩重新拔出进行环保回收，可以用作它途或在下次施工中继续使用，降低了工程成本。钢板桩以其施工便捷，缩短工期等特点在较多工程中得到应用，尤其是软土地区的基坑开挖支护。但是钢板桩因其结构特点，不能兼做止水帷幕，如遇地下水位的埋深较浅，就需要采取相应措施来控制水位高低，以保证基坑的顺利开挖。由于槽钢板桩抗弯性能较差，因此多使用在浅基坑和沟槽中。与槽钢钢板桩相比，拉森钢板桩抗弯能力较强。通常在钢板桩的顶部设置支撑或锚杆来增加抗弯能力。整体来说钢板桩的支护刚度小，在土体开挖后经常产生较大的变形，因此需要采取一定的措施。3.3 钻孔灌注桩排桩支护钻孔灌注桩是指依靠机械或人工的方法，在地基的土层中先形成桩孔，然后吊装钢筋笼，进行混凝土的浇筑，从而形成的围护桩。钻孔灌注桩的施工程序主要有机械定位开挖钻孔清理钻孔内置钢筋笼浇筑混凝土等。与其他的成桩围护方式相比，钻孔灌注桩具有以下特点：整个施工过程中基本无噪音，振动较小，因此对周围的环境污染小。周边地面的隆起和变形量较小，对周围建筑物和构筑物危害小，施工安全性增加。而且钻孔灌注桩的直径可控，通常能够制作直径大、入土深的桩基。在桩基穿透的土层同时可以进行原位测试，以提供更加详尽的土层地质资料。施工所需设备较为简单轻便，能够满足较低的净空条件。以钻孔灌注桩为主体形成的墙身，强度、刚度和稳定性能均良好。当工程桩采取钻孔灌注桩的方式时,可以组织同步施工,令施工组织更加合理，缩短整个工期。因此钻孔灌注桩广泛应用于基坑施工中，尤以在软粘土质和砂土地区的深基坑的支护方案中经常被优先考虑。但钻孔灌注桩防水性能较差，尤其是在高水位软粘质土层，土体颗粒容易在流水作用下在桩间缝隙流失。因此需要采取注浆、水泥搅拌桩或旋喷桩等方法作为截水帷幕，共同形成基坑围护体系。根据相关施工实践，大多数桩基的上部混凝土强度低，中下段强度较高。因此，常在在排桩之间进行压密注浆，加固土体以保证围护结构安全。3.4 地下连续墙目前，在深基坑的支护方案中，地下连续墙为经常采用的支护方式。这主要是因为地下连续墙的整体性好，结构刚度大，是支护结构中现行最有效地支护形式，且具有良好的止水效果，能够适用于较为复杂和不良的地质条件，减少周围土体的变形，有效地保护周围的建筑设施和环境。地下连续墙施工工序主要有：成槽机或铣槽机分段成槽吊装钢筋笼浇筑混凝土形成连续的地下墙体。地下连续墙由于以上优点，既能作为围护结构，又可成为主体结构组成部分。在应用方面，多用于开挖深度较大、对周边环境要求高的市区繁荣地段的大型基坑或地铁的车站工程建设当中。但是采用地下连续墙进行结构支护时，工程成本和所需材料往往较高，另需要专门的施工机械进行工程施工，设备采购成本高。同时由于施工工艺的要去较为严格，普遍高于与重力式水泥土墙和钻孔灌注桩排桩支护相比，建造成本比这两种方式要高得多。所以尺寸较小或深度较浅的的基坑中不宜建设。若仅为封水作用，则不可避免的造成大量的浪费，不利于总体效益。3.5 SMW工法SMW工法的施工工艺主要是利用专门的施工机械（主要为多轴搅拌机)，确定钻孔位置后，然后进行钻孔，同时将水泥浆液从钻头前端注进土层，经搅拌后，再芯材(大多数为H型钢,也有钢板桩和钢管等其它材料)插入搅拌体中，待凝固之后成为加固墙体。这种支护形式既能承受土体压力，又能具有良好的防渗挡水性能,属于功能比较完备的支护结构围护墙，不必另设挡水帷幕。具有在施工过程中基本无周围环境影响；不会产生大量的泥浆污染，以及适应于多种复杂的地层条件，不局限于施工场地范围，有效缩短工期，可降低工程造价等特点。SMW工法的作用机理：该工法通过在水泥搅拌桩中加入受拉材料，多为H型钢，经过搅拌、凝结将型钢与水泥桩组成一个整体，因此此工法的另称为劲性水泥土搅拌桩法。水泥土与型钢组成的复合体，不但能够增加受拉材料的刚度，还可减少材料因受力而产生的位移。此外，水泥土能对受拉材料进行套箍，以免受拉材料产生失稳。采取这这种方案对基坑进行支护，产生的挠度变形要小，抗弯刚度得到提高。由于其形成的结构强度可靠,凡是能进行水泥土搅拌桩施工的地层均可采用该工法，也可配合混凝土或钢支撑进行深基坑支护；如果地层条件允许，还能在一定程度上代替地下连续墙作为地下设施的围护结构。而且如果条件允许，采取相应措施成功回收H型钢等受拉材料，则在工程造价上比地下连续墙要降低许多。此种技术在国外已经得到了较多应用，但在我国SMW工法的应用实例不多，相关的工程实践也不多，因而具有较大发展前景和研究空间。3.6 土层人工冻结法围护利用人工冻结法进行基坑的围护，在软土地区的工程开挖中，逐渐得到较多应用。人工冻结法进行软土基坑的围护主要是因为软土含水量高，可在拟建设区域的周围土体中布置冻结设施，通过土体降温，使土体中的水冻结成冰，与土体共同形成一道具有一定可靠强度的冻结墙体，承受外界荷载，并将基坑外的地下水进行隔绝。此时的冻结土体作为开挖工程的临时支护结构，待工程完结，不再进行冻结。利用人工冻结技术进行土层的加固，具有以下优点：土体在冻结之后形成的冻土体的强度可为未冻结之前的数十倍乃至数百倍，其强度足可以承受大量荷载，成为基坑的支护结构；土层中的自由水降温结冰后作为胶体颗粒分散在土体颗粒之间，形成胶结物，止水作用良好。根据众多的施工实践表明，冻结土体作为基坑的截水帷幕，效果远远超过其它的止水措施；该方法适应性很强，只要含水量大于等于10和地下水流速小于l0m/d，任何土层都可以采用；因进行加固的材料主要来自土体本身，可以依据周边环境、工程约束等限制条件进行合理布设；此外，整个施工过程无需向土层中添加其它材料，对周围环境和地下水污染较小。这种方法多应用在我国的东部和南部地区的含水量较高的土层中，例如上海地区的含水率较大软土和砂土地层等。它的缺点则是容易因为冻胀产生变形，并且温度升高而引起的融沉，可能对周边建筑造成影响，问题不容易解决。此外由于我国的人工冻结技术尚不完善，施工过程中对冷量的利用不甚合理，常常造成大量的浪费，引起工程成本较高，因此通常在抢险工程中应用。3.7 逆作法支护结构与主体结构结合的逆作法在基坑的支护方案中采用较少，仅在数例工程实践中出现。支护结构与主体结构相结合的方法主要是利用地下主体地下结构的一部分或全部作为支护结构，不再另外设置或仅一部分支护结构的方法。逆作法是一种自上而下的施工顺序。支护结构通常为钻孔灌注桩或地下连续墙的大部。通常应用在周边环境条件极其复杂，地质条件不良的深基坑开挖工程中。此方法对施工组织的要求较高、工程造价相对较高，是在采取其它方法效果不良的情况下的被动方法。但对工程建设环境要求低，工期也可以相对缩短，对交通流量较大的地段可以适当采用。3.8 方案选择上述几种方案均可应用于莫愁湖地铁站的建设中，但方案的选择需要进行全方位的考虑，选出最佳方案。由于施工区域邻有风景名胜莫愁湖公园及部分市民公寓，而高压旋喷桩在施工过程中会产生大量的泥浆，如处理不当，会对周围环境造成严重影响，故不宜采用；基坑开挖区域的水位埋深仅为1.0米，对防水要求较高，因此槽钢钢板桩亦不应采用；钻孔灌注桩的止水效果不良，整体刚度也不尽人意，故不采用；SMW工法支护的刚度相对较小，并且当基坑开挖后，很容易发生变形，应用经验不足，可能造成机械二次进场，H型钢不用回收，故不宜采用。而人工地层冻结进行围护产生的冻胀融沉问题无法依据现有经验进行预测，且地处城市主干道，亦不采用。综上所述，鉴于基坑的开挖深度、土层的性质、地下水的埋深与流动、 周围构筑物的变形要求、工程造价、工程质量和施工工期等各方面因素，最终决定采用地下连续墙形式。4 基坑支撑方案设计4.1 支撑结构类型基坑的支撑结构的结构添类型主要有两种：坑内部分支撑和局外拉锚杆是（索）。各种各样的型钢支撑、钢筋混凝土支撑和钢管支撑等为内支撑系统的主要材料；而外拉锚在基坑开挖中常使用的有拉锚和土锚。而本工程考虑到强度和刚度的要求，以及空间和场地的影响，在进行地基土体加固的时候不宜选用锚杆支护技术。根据基坑的开挖规模、周围的环境保护、主体结构以及临近建筑物的变形要求以及施工的技术精度要求，施工工期等多个因素的影响,最终选择采用内支撑体系。4.2 支撑布置形式内支撑体系主要分为水平支撑和竖向支撑两部分,这两种内支撑形式既可单独应用，也可相互组合，布置方法较为丰富：(1)内支撑在形式上常用的主要有钢支撑、钢筋混凝土支撑以及两者相互组合形成支撑体系等三种形式。(2)平面布置形式主要有:正交形式；对撑与角撑结合；圆环状等。(3)竖向方向可以布置单层或多层，也可以进行竖向斜撑。4.2.1 正交支撑形式经过实践比较，正交的支撑体系布置形式对变形的控制能力最强,钢支撑体系,钢筋混凝土支撑体系以及钢支撑与钢筋混凝土支撑的组合体系均能以此种方式进行布设。但是由于布设形式较为繁复，导致作业空间狭小,无法进行大规模机械化施工，土体开挖速度慢，影响整个工期。所以此支撑形式适合于周围环境较为敏感，开挖面积不大基坑工程中。4.2.2 对撑、角撑结合边桁架形式对撑和角撑通常形成结合边的桁架形式，这种布置形式能够较好的应对各种各样复杂形状的深基坑。该方式目前在上海等软土地区的基坑工程建设中，首先采用的支撑体系的平面布置方式。在这种布设方式中，各个区域的支撑受力受临近影响较小，相对独立,可以一边支撑，一边进行土体的开挖施工,便于施工组织。此外还能提供较大的作业空间，进行大型机械化施工，加快施工进度。此种布设形式，可以根据工程实际灵活选用支撑材料,可充分利用支撑材料的优点。当采用钢支撑与钢筋混凝土支撑组成的复合支撑体系时,通常采用以下的组合形式：在基坑的端部和第一道支撑布设时，多采用钢筋混凝土支撑。这主要是因为钢筋混凝土支撑的刚度大,强度高，有利于控制基坑的角部变形和向下的进一步作业,同时避免了复杂的钢支撑节点施工。通常在下几道的支撑布设时在采用钢支撑,主要是利用其制作与施工速度快、成本较低的特点。4.2.3 圆环类支撑形式在目前所有的圆环类支撑形式中，出现的主要有圆环形式、双半圆环形式和多圆环的形式。与其它的支撑布设形式相比，当支撑以圆环类形式布设时，能够充分发挥钢筋混凝土的强度和刚度大，以及良好的抗压性能,受力较为符合钢筋混凝土的特点。而且它的无支撑布设的面积较大,作业空间充裕,适于各种挖土机械进行施工，大大加快土体的开挖速度，相应的降低工程造价。但与其他形式相比，它对受力的均匀性要求较高,相关的技术要求精度高，对施工单位的管理组织与技术水平都具有较高的要求。而且要进行下层土方的开挖，必须要等到上一层的支撑全部制作完成，达到相应的强度之后才能施工,造成工期相对较长。这种布设形式在面积较大，形状不甚规则的深基坑工程应用较多。4.2.4 竖向斜撑体系中心岛结合斜支撑的布设形式是目前较为常见的竖向斜撑体系。这种布置方式，通常使用在平面面积规模较大而开挖深度较小的基坑工程中。这种形式能够节省大量支撑和立柱的设置,从而显著降低工程成本。其主要的施工工艺为:首先将基坑以盆式开挖至中部基底，然后完成中心岛基础底板的浇筑，以中心岛底板作为基座设置斜支撑进行基坑盆边土的开挖，最后进行中心岛周边的施工。4.3 支撑材料和类型在目前的基坑施工中，内支撑的材料主要是钢支撑和钢筋混凝土支撑，这两种材料可以既可单独，也可混用。两种支撑材料各有优势，可根据下表进行选择：表4.1 钢支撑和钢筋混凝土支撑比较表钢支撑钢筋混凝土支撑材料采用钢管或型钢钢筋混凝土施工方法预制后现场拼装现场浇筑节点焊接或螺旋连接一次浇筑而成适应性适用于对撑布置方案，平面布置变化受限制；只能受压，不能受拉，不宜用作深基坑的第一道支撑易于通过调整断面尺寸和平面布置形式为施工留出较大的挖土空间，既能受压，又能受拉，亦经得起施工设备的撞击对布置的限制荷载水平低，支撑在竖向和水平向的间距都比较小荷载水平高，布置不受限制，可放大截面尺寸以满足较大间距的要求支撑的形成安装结束时即已形成支撑作用，还可以用千斤顶施加轴力以调整围护结构的变形混凝土结硬以后才能整体形成支撑作用，混凝土收缩变形大，影响支撑内力的增长重复使用的可能性在等宽度的沟渠开挖时可做成工具式重复使用，但在建筑基坑中因尺寸各异难以实现重复使用的要求无法重复使用支撑的利用或拆除拆除方便，但无法在永久性结构中使用在围护结构兼作永久性结构的一部分时钢筋混凝土支撑可以作为永久性结构的构件；但如不作为永久性构件，则拆除工作量比较大支撑体系的刚度与变形刚度小，整体变形大刚度大，整体变形小支撑体系的稳定性稳定性取决于现场拼装的质量，包括节点轴线的对中精度、杆件受力的偏心程度以及节点连接的可靠性，个别节点的失稳会引起整体破坏现浇的钢筋混凝土体系节点牢固，支撑体系的稳定性可靠4.4 支撑体系的方案比较和合理选定在本工程中，开挖的基坑属于深基坑，因此竖向斜撑形式无法满足要求，不予采用。对于圆环类和正交类支撑，布置形式较为复杂，且对施工者的管理与技术水平要求较高，不宜在本工程中采用，因此采用以对撑为主要布设形式，辅以角撑的支撑体系。考虑到本工程的工期要求，而钢筋混凝土支撑所需的施工时间较长，钢支撑便于拆卸和重复使用，以及工程造价等因素，故采用钢支撑。水平支撑在竖向上的布置应考虑多种因素，主要根据基坑规模、土层和地下水条件、支护方案的选择、基坑等级、周围环境的变形要求以及已施工工程经验多方面因素进行确定。支撑与其下在拆撑前需要完成的底板净距不宜小于500毫米。4.5 基坑施工应变措施从多个角度，依据实际情况来看待莫愁湖地铁车站的建设，发现有上述诸多不利因素。单以工程地质与水文地质条件来说，在基坑施工过程中，将会遭遇以流软塑淤泥质粘性土为主的地层。处于该地层中的土体具有较大的流变特性，不利于基坑的安全开挖。此外还有其它的不利因素，给整个施工带来困难。4.5.1 深基坑施工稳定性问题由于莫愁湖站端头井基坑宽度达到了28 m，基坑开挖深度达到17 m，基坑的稳定性控制较困难。要求支撑体系具有较高的稳定性，如果外部出现扰动，极有可能出现支撑失稳现象。 4.5.2 周围环境保护问题在本工程基坑的西侧宾馆等建筑；车站北侧为居民小区，东南侧为人流量较多旅游休闲景点，道路下管线较多，周边环境要求较严格。4.5.3 应对措施在基坑的开挖过程中，尽量采用分层开挖的方式，减少大面积放坡，；但开挖过程中，需增强对纵向土坡的稳定性控制。尤其是在雨季要做好排水工作，不能因积水和坡脚扰动，引起滑坡。混凝土因其刚度较大，挠曲度较小，总体稳定性较好，在工程中较多运用。但往往需要在混凝土达到一定强度后才能进行下一步的开挖，因此可在必要时可通过加入早强剂或提高砼强度等级，减小基坑变形发展。还有可以通过合理布置场区，利用现场既有场区，合理布设临时设施和交通组织，避免作业冲突。5 计算书5.1 荷载计算5.1.1 各层土的物理力学性质指标表5.1 各土层的物理性质指标土层序号土层名称土层平均厚度（m）重度（KN/ m3）粘聚力c（KPa）内摩擦角（）1填土1.6018.01220.0褐黄色粘土1.7018.11519.5灰色淤泥质粉质粘土3.4216.91117.0灰色淤泥质粘土8.9216.41011.51灰色粘土6.9017.61515.03灰色粉质粘土21.5217.81223.01灰色粉砂13.3218.7333.51灰色粘土5.8217.91620