地铁车站基坑支护结构造价影响因素研究

侯浙宁

摘要：为进一步探究地铁车站基坑支护结构造价的主要影响因素，以某地铁车站施工为实际案例，首先通过结合实际情况和理论分析，确定影响造价的几个主要影响因素。而后通过仿真实验，确定本次施工处于安全状态时各个影响因素的范围。最后基于已有数据信息，通过正交试验确定各个影响因素的最优解，并将其作为实际施工参数。研究结果显示，本次优化后的施工方案有效兼顾了造价和质量安全两方面的要求，具有一定的理论和现实意义。

关键词：地铁车站；基坑支护结构；工程造价；影响因素

0   引言

在地铁工程建设过程中，由于地质结构、既有地下构筑物等诸多因素的影响，使之施工难度居高不下，这同时也带来了工程造价管理难度的增加，其中较为典型的则是地铁车站基坑支护结构的施工环节。

如何在该施工环节兼顾施工质量和施工造价，历来是工程领域的一项重要研究内容。对此需要结合当前先进的理论方法，准确识别分析地铁车站基坑支护结构造价的影响因素，以确保该环节在保证质量的基础上，将造价成本控制在较低水平。

1   项目概况

某新建地铁车站采用地下两层双跨、三跨箱型框架结构，内部设计为11m岛式站台。同时，为该车站配备如下附属结构：风亭2组、出入口4个、安全通道1个。通过前期地质勘查后发现，该车站所处位置地下水位较低，且地基硬度较高，对此设计单位决定采用“钻孔桩+圈梁+钢支撑”的支护体系作为该地铁车站的基坑支护结构，支护结构体系示意图如图1所示。

该地铁车站施工区域附近同时存在商业金融建筑工程项目施工等内容，且施工过程中可能因开挖等环节造成地面沉降等不利影响，因此该地铁车站基坑支护结构设计工作的复杂性相对较高，如何在保证结构安全的情况下，将此环节的工程造价进一步降低，成为施工企业需要重点研究的一项内容。

2   施工安全性分析

根據本次工程作业的基坑支护结构概算表，得到各个方面的施工造价预算占比情况如图2所示。

根据图2可知，在本次基坑支护结构施工中，钻孔桩施工的费用远高于其他施工环节的费用，其工程量及影响也较为突出，因此本次主要针对钻孔桩结构展开研究，结合以往经验和相关参考文献，确定本次研究工作需从以下几个方面加以展开。

2.1   围护桩桩径对安全性的影响

参考围护桩设计的初始方案，控制其他支护参数不变，将桩径分别设置为800mm、1000mm、1100mm和1200mm，应用有限元分析软件对以上条件下的围护桩最大水平位移与最大地表沉降，得到的分析结果如图3所示。

根据图3可见，随着桩径的增加，理论上的最大水平位移和地表沉降量均呈下降态势。在以上4种桩径下，其水平位移和地表沉降均低于30mm的允许值，具有一定的安全性。但相对而言，当桩径为800mm时，上述两项指标与允许值较为接近，对于不可抗力因素的抗性稍差。

进一步分析地表沉降量变化后发现，当桩径为800mm时，其水平位移和地表沉降变化趋势线的“勺型”特征较为明显，最高值均出现在距离坑边15～17m的狭小范围内。鉴于此种情况容易造成局部应力集中，因此不考虑此种条件，确定桩径需在1000mm以上。

2.2   不同桩间距对施工方案安全性的影响

在本环节中，参考原设计方案，设定桩径为1000mm，并控制其他参数不变，以此为基准，将桩间距分别设置为1.2m、1.4m和1.5m等3种，以探究桩间距如何影响安全性。本次仍以最大水平位移和地表沉降量为评价指标，得到评价结果如图4所示。

根据图4中的数据变化趋势可见，随着桩间距的不断增大，桩身水平位移和地表沉降量均处于逐步上升的趋势。由此可推断出，缩短桩间距是提升围护结构安全性的可能路径。

相对而言，桩间距的调整对于桩身水平位移和地表沉降量的改变效果并不突出，在本次设置3中情况，其桩身水平位移和地表沉降量均有效控制在30mm的允许值以下。因此本次设置的1.2m、1.4m和1.5m桩间距，均可在安全性上满足实际需要。

2.3   不同围护桩嵌入比对施工方案安全性的影响

围护桩嵌入比即围护桩嵌入深度与围护桩整体长度之比值。根据以往经验可知，如结构底部嵌入深度过低，则会导致整个围护结构出现倾斜变形甚至结构破坏等问题。而嵌入深度过高，又会导致工程造价显著提升。

为兼顾工程安全和造价两方面的要求，本次参考以往文献资料和施工经验，分别设置嵌入比为0.65、0.71、0.80，应用有限元分析方法对以上3种条件下的最大水平位移和地表沉降量进行仿真分析，得到分析结果如图5所示。

根据图5数据变化趋势可知，随着嵌入比数值的增大，桩顶水平位移的最大值和地表沉降量的最大值均显著降低。由于桩身最大水平位移及地表沉降的容许值为30mm，因此在以上3种嵌入比的施工模式下，其最大水平位移和地表沉降量均符合要求。

3   施工方案优化

3.1   不同参数对造价的影响

根据上文针对安全性的分析可知，合理的桩径参数可设置为1000mm、1100mm和1200mm；合理的围护桩桩间距可设置为1.2m、1.4m和1.5m；同时合理的围护桩嵌入比可设置为0.65、0.71和0.80。

对不同参数如何影响工程造价进行单因素分析，得到分析结果如表1所示。根据表1中的数据可得出如下推论：

施工整体费用与桩径参数成正比，桩径参数过高或将导致严重浪费，因此应当在安全性满足要求的前提下，尽量缩短桩径以降低造价。

当桩间距增大时，钻孔桩的施工费用相应降低，但相对于不同桩径对造价带来的影响而言，桩间距的调整对于造价的影响幅度偏低，因此在造价有限的情况下，可通过适当缩短桩间距的方式来兼顾安全和成本。

当增大桩基嵌入比时，工程造价相较于初始值有小幅度上升，其影响效果与调整桩间距基本类似，因此在造价有限的情况下，可通过适当增大桩基嵌入比的方式来兼顾安全和成本。

3.2   正交试验分析

针对围护桩桩径（影响因素A）、围护桩间距（影响因素B）和维护桩嵌入比（影响因素C）等3个因素进行正交实验分析。其中影响因素A的3个参数分别为1000mm、1100mm和1200mm；影响因素B的3个参数分别为1.2m、1.4m和1.5m；影响因素C的3个参数分别为0.65、0.71和0.80。对其进行正交试验，得到正交试验结果如表2所示。

根据表2中的数据结果，对数据进行整理后，再应用方差分析方法做进一步评价，评价结果如表3所示。

根据表3中的数据可知，对实验结果起到显著影响的因素主要为围护桩桩径和桩间距，而围护桩嵌入比并不存在显著影响，相对而言，围护桩桩径的影响更为突出，因此需要对支护桩径和缩短桩间距两项参数予以有效控制。

在此基础上，通过分析可知，桩径与工程造价呈现正相關，而桩间距与工程造价呈现负相关，因此在允许范围内适当降低桩径并适当提升桩间距较为可行。

据此，决定采用优化方案为A1B3C2，即围护桩桩径为1000mm，桩间距1.5m，且嵌入比控制为0.71，以此进行施工作业。

3.3   优 化结果与讨论

在应用上文的优化参数后，针对施工结果进行评估。首先对施工作业的安全性进行评估，结果显示，桩身最大水平位移为17.2mm，坑边地表沉降最大值为20.9mm。虽稍高于仿真实验的数值，但仍然显著小于允许值30mm，整体处于安全状态，证明了本次实验的合理性。

在此基础上进一步对比实际造价与预算金额，对比结果如表4所示。

根据表4的数据可见，在应用本次优化方案，能够在整体基坑支护结构处于稳定的条件下，显著降低造价，表明本次工作取得了初步成功。

4   结束语

本文针对地铁工程车站基坑支护结构的造价影响因素，通过定性与定量相结合的方法，对施工方案中的几项关键影响因素进行深入分析，并根据分析结果对优化后的施工方案进行布置。

从实际应用效果来看，本次优化后的施工参数有效兼顾了成本和质量两方面的要求，相较于以往的主观判断模式而言，其呈现出进一步的优化改进特征。预计基于此种方法的研究也将成为未来造价管理工作的一个新发展方向。

参考文献

[1] 胡利育.建筑工程造价影响因素分析及降低工程造价措施

解析[J].建材发展导向，2023，21（4）：163-165.

[2] 陈大龙.市政造价影响因素及降低工程造价研究[J].建筑

与预算，2023（1）：19-21.

[3] 段晓婷.建筑工程造价影响因素分析及降低工程造价措施

[J].居业，2023（1）：119-121.

[4] 崔俊，廖志平.市政道路改造工程造价影响因素分析[J].建

筑经济，2022，43（S2）：81-83.

[5] 臧祥庭，吕雯雯，董艳红.基于风险识别的电力工程造价影

响因素分析[J].工程技术研究，2022，7（21）：115-117.