南京地鐵一號線新街口站蓋挖逆作法關鍵技術研討與實踐

【內容提要】 在高靈敏度、低滲透性、飽和、軟流塑的軟弱地層中采用蓋挖逆作法修筑大型地鐵車站，對于確保工程精度、防水質量等難度較大。本文介紹丁南京地鐵一號線新街口站蓋挖逆作法關鍵技術，為類似工程提供了可資借鑒的工程經驗。
【摘 要】 蓋挖逆作法 施工關鍵技術
1前言
在目前通用的地鐵車站工法中，蓋挖逆作法對工程賦存環境具有相對較小的不利影響，其綜合技術經濟指標較為理想。其路面敞口作業時間較短，對工程周邊的商業及交通環境影響較小；其結構體本身作為圍護結構的支撐體系，剛度較高，可顯著減小圍護結構及周邊環境的變形；其造價介于明挖與暗挖之間，較為低廉。故此蓋挖逆作法在商業繁榮、建筑密集、交通繁忙的城市中心區域或交通樞紐具有極大應用價值。在我國北京、上海、廣州、南京的大型地鐵車站工程中均有所應用。
因工藝原因，蓋挖逆作法亦具有局限性，主要表現在以下幾個方面：施工過程中產生的不均勻沉降對結構體系的不利影響比順作法嚴重；結構體由上向下施作，施工縫多。由于混凝土結構硬化過程中的收縮與下沉的影響，不可避免的出現裂縫，對結構的剛度、耐久性、防水性均產生不利影響；多數交匯于同一節點的工程構件非同步施工，其連接精度控制難度較大；層板一般采用土模施工，混凝土的表觀質量控制難度較大。
新街口站采用蓋挖逆作法施工。針對上述問題，采取了相應技術措施，取得了較好的效果，現將有關情況介紹如下：
2工程概況
新街口站是一號線和二號線之間的換乘站。南北向一號線新街口站位于新街口圓形廣場以南，淮海路、石鼓路以北中山南路下方；東西向二號線新街口站位于漢中路和中山東路地下。一號線新街口車站北端為一內徑50m的大圓盤結構，為近、遠期車站的交匯點。
新街口站的總建筑面積為35 579．73平方米。車站長362．703m，寬24．2m(局部寬3655m)，總高17．24m(局部19．03m)；設置2‰坡，南高北低。
該站為地下三層島式車站，站臺寬14m，地下一層至三層分別為商業層、站廳層、站臺層。該站主體圍護結構為o．8m厚地下連續墻，南延段部分圍護結構為SMW樁。中間立柱為φ600(少量φ700、φ800)鋼管柱，其基礎為φ1 500的鉆孔灌注樁。車站共設16個出人口及3個風道。
根據工程地質勘察報告，該站地質情況復雜。依據巖土體的時代、成因類型和物理力學性質，場地工程地質從上而下分為四個大層：①層人工填土、②層中、晚全新世沖淤積成因土層、③層更晚新世—早全新世沖積成因土層、④層下白堊葛村組沉積巖。
施工區域地下水分為三層：淺層孔隙潛水層、中部弱承壓含水層及深層孔隙承壓含水層。地下水位在0．8-1．8m之間車站結構均置于淤泥質粘土層中，其土質具有高壓縮性、高靈敏度、低滲透性、飽和、軟流塑的特征。
該站施工區域地面環境十分復雜，車站周邊建筑物包括分布于中心廣場周邊的金陵飯店、中國銀行及分布于中山南路兩側的新百大樓、中央商場、商貿大樓、東方商場及天安大廈等。周邊管網密布，包括上水、下水、電力、電信等在內的各種管線累計150余條。
3 新街口站總體施工方案
新街口站蓋挖逆作法施工方案是根據該站的地質條件、地面交通、施工場地條件及工期要求，通過多次方案優化選擇論證確定的。該方案概括為一明三暗全蓋挖逆作法。一明是指主體結構頂板以上4．5m的土方明挖，三暗是指商業層、站廳層、站臺層的土方均采用暗挖，并依次由上而下施作層板及邊墻結構。
新街口站蓋挖逆作法的總體程序是：施作車站圍護結構地下連續墻及中間鋼管混凝土柱—頂板以上土方開挖、頂板地模施作、頂板結構及頂板防水層及保護層施作—回填頂板以上土方—商業層土方開挖、地模施作、層板及邊墻結構施作—站廳層土方開挖及結構施作—站臺層土方開挖及結構施作—站臺層層板及樓梯等零星工程。其標準斷面的施工程序如圖1。

4 新街口站主要關鍵技術的研究和實踐
4.1圍護結構地下連續墻防止不均勻沉降主要技術措施
新街口站主體結構基坑均采用C30S8防水混凝土地下連續墻作為圍護結構，它即作為施工期間的基坑擋土止水圍護結構，又與內襯墻結合而成復合墻作為永久結構的側墻使用。連續墻幅寬0．8m，幅長6m左右，深度35~39m。
為克服連續墻墻體不均勻沉降對主體結構的整體質量產生不良影響，采取了下列措施：首先，在設計階段調整連續墻墻深，使其墻趾穿越深層孔隙承壓含水層(③一3d2粉細砂層及③--4e粗砂混卵礫石層)而進入⑤一1強風化泥質粉砂巖—泥巖層利、于0．5m，從而使墻趾坐落于穩定可靠的基巖持力層上。第二，為提高墻底地基承載力，減小墻體的不均勻沉降，在連續墻的鋼筋籠內預留兩根φ30壓漿管，待墻體混凝土灌筑完畢且達到設計強度30％左右后，即向墻趾壓注1：2水泥砂漿。實踐證明這種技術措施是行之有效的。壓注的水泥砂漿填充了墻趾的空隙并對墻趾沉積層進行有效的加固補強，從而減少了不均勻沉降發生的可能性。第三，為提高連續墻整體剛度，在連續墻墻頂設置了一道0．8mx1．0m的現澆鋼筋混凝土圈梁，將連續墻連接為統—整體。第四，在連續墻施工階段各工序嚴格按照設計及操作規程進行，并特別強調在清槽階段的施工質量，確保泥漿比重及沉渣厚度符合標準后方可轉入下道工序施工。首先采用撩抓法清底，而后采用導管吸泥漿法循環清底。清底后槽底泥漿比重小于1．25，沉渣厚度不大于100mm。清槽結束后，用側錘測量成槽深度，而后再次用平測錘測量成槽深度，兩次的差值即為沉渣厚度。再由監理檢驗槽深和泥漿比重，具備相應資質的單位采用超聲波探測儀檢測槽壁垂直度，各項指標均滿足規范要求后進人下道工序施工。
通過上述各項技術措施，確保了地下墻整體施工質量，有效控制了墻體的不均勻沉降，經實測墻體的不均勻沉降值最大4mm左右。
4．2 車站中間樁柱主要施工工藝
鋼管柱是蓋挖逆作法施工的地下車站之重要的工程構件。施工階段其為臨時支柱，使用階段則為車站永久性的主要豎向承載與傳力結構。中間樁柱由中柱及基礎中樁兩部分組成。本站鋼管柱的外徑為600mm(部分700mm、800mm)，鋼管壁厚t為16mm，材料為16Mn。核心混凝土為C50微膨脹混凝土，柱群在平面上呈網格狀布置，中樁為C30鋼筋混凝土鉆孔灌注樁，直徑1．5m，鋼管柱下端錨人柱基2m左右。在鋼管柱錨固段上設抗剪栓釘，其構造如圖2鋼管柱與鋼套管位置關系圖。
本工程施工區域主要為淤泥質粘土，故鋼管柱的安裝采用濕作業先插法。其主要施52212藝流程為：鉆孔灌注樁鉆進成孔--整體吊放鉆孔灌注樁鋼筋籠及鋼套管—首次灌注樁基混凝土至預定位置—樁基表層混凝土鉆除—抽排鋼套管內泥漿—樁底壓注水泥漿一在鋼套管內安裝自動定位器—吊放安裝鋼管柱，并完成其上下端定位—灌注樁基杯口混凝土至設計位置—灌注鋼管柱內混凝土至設計位置—上節鋼套管回收同時鋼管柱周圍環形回填干砂。見圖3中間樁柱施工流程圖。

鋼管柱綜合質量的影響因素主要包括樁基施工質量、鋼管柱加工質量、鋼管柱安裝定位質量及柱內混凝土施工質量等。本文重點討論后二點。
鋼管柱質量控制的關鍵問題之一是確保柱體的安裝精度，規范規定立柱中心線和基礎中心線的允許偏差正負5mm，立柱的不垂直度誤差不得大于柱長的1‰.
鋼管柱的安裝定位主要采取上下兩點定位法。其下端的定位依靠自動定位器完成，上端的定位采用四根置于鋼套管和鋼管柱之間的位于同一平面上的四根可調絲桿定位。自動定位器是預先加工的錐形裝置，精確校正其平面位置、高程和垂直度后，用4只螺栓與預焊于鋼套管管壁上的安裝支腳連接，澆筑樁基混凝土后，定位器牢固錨固于混凝土中。其構造特點決定了其可實現對鋼筋柱的引渡、限定、精確定位的功能。
采用全站儀測設中間樁柱設計平面位置，并在護筒施工區域外十字軸線方向上做護樁，以確保樁心位置。采用水準儀及30m鋼尺相結合，測設鋼管柱底標高，并在鋼套管管壁十字軸線方向對應做4點以控制定位器安裝標高。柱心的測設方式為：先從地面用垂球將樁心引測至鋼套管內樁基表面，較為精確地標定初安裝位置，其后將1／20萬的投點儀由全站儀直接置于地面樁心位置，將樁心直接投測于定位器中心，指揮定位器精確安裝后澆筑混凝土。
中間柱施工中另一個關鍵問題是如何確保中間樁柱的混凝土灌筑質量。中間柱基礎鉆孔灌注樁C30普通水下混凝土采用導管法灌筑。鋼管柱核心混凝土采用C50御澎脹混凝土。比較規范規定的泵送頂升澆灌法、立式手工澆搗法及高位拋落無振搗法等三種灌注方法，結合本工程鋼管柱的結構特點選擇高位拋落無振搗法灌注柱內混凝土。為克服該法實施過程中的混凝土壓覆氣泡而形成核心混凝土不密實的缺點，采用高能振搗棒插入柱內混凝土全程振搗。這種高位拋落結合振搗施工工藝有效確保了柱內混凝土的密實度。C50微膨脹混凝土的配合比見表1。
表1 C50微膨脹混凝土的配合比

4．3 土模施工技術
新街口站頂板厚度0．8m，層板厚度0．4m，混凝土強度等級為C30，車站結構劃分為16個施工段
平均段K22m左右。
本站頂板及層板均處于淤泥質粘土層中，這種地層的典型特征是：高靈敏度、高壓縮性、低強度、飽和、可塑或軟塑狀態，不適宜作為天然地基。在此種地層上大面積施作地模及結構混凝土易于引起不均勻沉降。經研究試驗決定采用復合結構地模，即10cm厚碎石層+8cm厚C20素混凝土層。根據具體的地質條件，對局部進行換填處理，以保證地模的強度、剛度及施工精度，最大限度地減小層板結構在施工過程中的不均勻沉降。
土模基土層的施工要點為：按結構幾何形狀，設計標高及縱向2‰的設計坡度整平基土平面；土方開挖前對基坑內地下水提前20天進行大口徑深井降水處理，洞中蓋挖部分土方結合輕型井點降水及明排水處理，確保基土面基本干燥；在土方開挖過程中嚴禁超挖，并預留20cm左右人工檢底；加強對局部軟弱地段的水泥石灰土換填處理。
各層板梁結構土模結構施工要點：板結構土模頂面標高提高2cm作為預留沉降量；基土夯實整平經檢驗合格后，鋪設10cm碎石層及8cm厚C20素混凝土，精確控制其標高后進行趕光壓漿處理；中梁及車站頂板縱向邊緣的側模結構采用12cm厚磚胎模，其表面抹5cm厚砂漿找平層，土模施作完畢后涂刷長效脫模劑以保證脫模效果。
實測數據反映，頂板地模最大累計沉降6mm，中板則基本無沉降，除頂板局部由于雨水沖淋而造成脫模效果不佳外，其余部分均線條平順，混凝土表觀質量良好。
4．4 綜合防水施工技術
與明挖順作法比較，蓋挖逆作法施工的地鐵車站，其水平施工縫的數量較多。故防水質量的保證顯得極為重要。新街口站防水工程采取綜合治理的技術措施，取得了較好的防水效果。
本站的主體結構及人行通道均按防水等級—級的標準進行設計，風道及風井結構的防水等級為二級。結構防水施工要點包括：對于圍護結構地下連續墻的滲漏水首先采取有效措施予以封堵；車站的混凝土結構則采用C30高性能補償收縮防水混凝土，其抗滲等級不低于S1O。在各工序施工過程中，嚴格遵守操作規程，確保混凝土的密實度。特別對于瞄嚇的水平施工縫采取了特殊的技術處理措施。根據蓋挖逆作法的工藝特點，板梁結構為先澆混凝土，其下的內襯墻結構為后澆混凝土。由于混凝土收縮、下沉等原因，兩者之間的水平施工縫易于產生微裂縫而難以密實，此處采用澆注假牛腿及二次振搗工藝。設置特制的斜向模板，以保證假牛腿頂面高出施工縫20cm；車站頂板上采用可以與結構密實粘貼的聚氨酯涂料，防水層向上連續鋪設至地下連續墻上30cm的寬度，并且在拐角增設一層同材質的防水層；在地下連續墻與各層板結構交接部位進行鑿毛處理并涂刷一道水泥基滲透結晶型剛性防水層，利用其遇水逆向滲透作用提高混凝土的抗滲陛能。
特殊部位的防水技術要點是：施工縫部位，在條件允許的情況下采用250mm鋼板膩子止水帶進行防水密封處理，在不能采用鋼板膩子止水帶部位，采用30mmx20mm遇水膨脹橡膠條進行防水密封處理。在層板與邊墻間的水平施工縫部位，采用預埋φ30管注漿的方式進行強防水處理。在變形縫部位，結構內部采用300mm寬的中埋式PVC止水帶進行防水處理，外側采用外貼式PVC止水帶進行處理(頂板無)。通過以上綜合性的防水技術措施，新街口站總體防水質量滿足設計要求。
5 結束語
新街口站蓋挖逆作法施工中，地下墻及中間樁柱采取了切實可靠的防止不均勻沉降的技術措施，有效地確保了結構體的安全與質量；中間鋼管混凝土柱的全套施工技術安全穩妥，安裝精度很高，有效確保了鋼管柱的施工質量；在軟弱地質條件下的地模及結構施工技術，有效地確保了結構的內在質量及表觀質量；綜合防水技術則確保了車站的整體防水質量滿足設計及規范的要求。新街口站的蓋挖逆作法施工經驗，為國內同類工程提供了可資借鑒的經驗。