軟土地層地鐵車站的新型蓋挖法施工摘要:軟土地區采用標準化、模數化的可回收重復利用臨時路面系統和首道支撐采用鋼筋混凝土兼作臨時路面支承結構的新型蓋挖法,在上海軌道交通車站建設中獲得成功。還系統研究了臨時路面系統、豎向支撐體系、橫向支撐體系等關鍵技術。這種新型蓋挖法能夠最大限度地減小對地面交通的影響,有極大的推廣價值。關鍵詞:軌道交通;施工;蓋挖法;臨時路面;支承;標準化 上海地鐵1號線淮海路上的車站在施工時,為減少對淮海路商業街的影響,在國內首次采用了逆作法施工工藝。但在頂板覆土前,整個淮海路還是被封閉了1 a,給地區交通、經濟造成了很大的影響。為解決市中心地鐵車站施工對城市交通的影響,日本、韓國等國家往往采用蓋挖法來解決,國內的廣州、深圳等也采用軍便梁蓋挖法。這種蓋挖法臨時路面系統的蓋板梁與基坑首道支撐分設,臨時路面系統占用較大豎向空間,導致首道支撐位置下移,無支撐開挖深度較大。這種施工方法對上海軟土地層基坑施工中控制地層變形、保護周邊環境的安全十分不利。近年來上海采用施工中結合首道支撐澆筑臨時路面的蓋挖法,但現澆臨時路面帶來了大量的廢棄工程,對環境影響很大。可見,上述兩種蓋挖法都存在較大的缺陷。
通過研究,提出了適應上海軟土地層地鐵車站的環保型蓋挖法施工工藝。采用標準化、模數化的可回收重復利用的臨時路面系統,首道支撐采用鋼筋混凝土,兼做臨時路面的支承結構,在基坑開挖過程中采用鋼支撐與結合樓板設置的框架逆作相結合,保證基坑的穩定性、安全性。這種新型蓋挖法在上海軌道交通多個車站的建設中得到了成功應用。1 蓋挖法施工總體流程 軌道交通11號線愚園路站位于上海市中心區三縱三橫主干道中西縱的江蘇路上,地面交通十分繁忙,為保障在車站建設的全過程中維持現有通行能力的要求,采用了新型蓋挖法施工。新型蓋挖法的總體流程如圖1所示。主要施工步驟為:施工一側地下墻、立柱樁→架設臨時路面,恢復該側地面交通→施工另一側地下墻、立柱樁和首道支撐→采用順作結合局部逆作法開挖基坑直至內部結構施作完畢→拆除臨時路面系統,恢復永久道路。現場施作的首道支撐兼做蓋板梁的情況見圖2。2 臨時路面系統 蓋挖法臨時路面系統主要有兩方面的作用:承受路面交通荷載及系統自重,保證交通順暢;作為施工的一個隔離屏障,保障施工的安全順利進行。臨時路面實際鋪裝效果見圖3。 新型蓋挖法采用標準化、模數化可回收重復利用的預制板,且結構應滿足強度、剛度以及穩定性要求。為保證路面車輛行駛的平穩性,蓋板不平整度應<0.5 mm,撓度應≤1/400;蓋板梁撓度應≤1/500;鋪設時相鄰蓋板高差控制在1 mm之內;同時,應采取減震降噪和防滲防漏措施。 為保證預制蓋板的可回收重復利用,預制蓋板尺寸以1 m為模數。蓋板平面標準尺寸為3 m×2 m,并以2 m×1 m、1 m×1 m預制蓋板作為臨時路面敷設組合時的調節塊。3 豎向支承系統 蓋挖法施工的地鐵車站豎向支承系統包括圍護結構、立柱及立柱樁等,承受著由蓋板梁或首道支撐、逆作樓板傳遞的豎向載荷,并對橫向支撐系統的穩定有重要作用。因此,豎向支撐系統對于蓋挖法的成敗至關重要。 中間支承立柱及支承樁的設計需考慮臨時路面板、逆作樓板的傳遞荷載,立柱應驗算穩定性、承載力。其下的支承樁應按承載樁進行設計,樁基應插入合適的持力層。 立柱一般可采用格構柱或H型鋼,可根據車站設計的實際情況決定是否與永久立柱相結合。立柱下支承樁一般采用鉆孔灌注樁,直徑應與格構柱尺寸相適應,通常為Φ800 mm～Φ1 000 mm;樁深除滿足豎向承載力要求外,應符合沉降控制要求,同時應對基坑引起的支承樁隆起進行預測計算。支承樁的隆起或沉降均不應超過2 cm。立柱與支承樁間應有可靠的連接,連接長度一般為2～3 m。 在上海軟土地層車站的蓋挖法施工中,圍護結構一般采用地下墻。地下墻既作為基坑的側向支護結構,承受坑外側的水土壓力;也作為豎向承載結構,承受臨時路面系統及逆作樓板結構的荷載。因此,地下墻除應進行側向荷載作用的結構受力計算外,還應作豎向承載力和沉降驗算。地下墻隆沉一般可按不超過2 cm控制,墻址一般應避免位于軟弱土層中,并采取墻址注漿等措施以減少沉降。同時,在設計中應充分考慮地下墻與中間立柱樁的變形協調,控制差異沉降不超過1 cm。4 結語 新型蓋挖法適用于軟土地層。它采用可回收重復利用的臨時路面系統,首道支撐兼做臨時路面支承梁,開挖過程中采用鋼支撐與局部樓板逆作相結合的中間支撐,兼有典型蓋挖法和逆作法的優點,能夠最大限度地減小對地面交通的影響,對控制變形、保護環境安全十分有利。這種新型蓋挖法已成功應用于上海軌道交通7號線肇嘉浜路站、11號線愚園路站等工程中,取得了良好的社會效益和環境效益,有較好的推廣應用價值和借鑒作用。參考文獻[1]上海市城市建設設計研究院.軟土地層新型蓋挖法設計施工關鍵技術研究報告[R].2008.[2]吳健,張慶賀.蓋挖逆作法地鐵車站施工中地下連續墻豎向沉降的可靠性研究[J].河南大學學報(自然科學版),2004,34(4).
通過研究,提出了適應上海軟土地層地鐵車站的環保型蓋挖法施工工藝。采用標準化、模數化的可回收重復利用的臨時路面系統,首道支撐采用鋼筋混凝土,兼做臨時路面的支承結構,在基坑開挖過程中采用鋼支撐與結合樓板設置的框架逆作相結合,保證基坑的穩定性、安全性。這種新型蓋挖法在上海軌道交通多個車站的建設中得到了成功應用。1 蓋挖法施工總體流程 軌道交通11號線愚園路站位于上海市中心區三縱三橫主干道中西縱的江蘇路上,地面交通十分繁忙,為保障在車站建設的全過程中維持現有通行能力的要求,采用了新型蓋挖法施工。新型蓋挖法的總體流程如圖1所示。主要施工步驟為:施工一側地下墻、立柱樁→架設臨時路面,恢復該側地面交通→施工另一側地下墻、立柱樁和首道支撐→采用順作結合局部逆作法開挖基坑直至內部結構施作完畢→拆除臨時路面系統,恢復永久道路。現場施作的首道支撐兼做蓋板梁的情況見圖2。2 臨時路面系統 蓋挖法臨時路面系統主要有兩方面的作用:承受路面交通荷載及系統自重,保證交通順暢;作為施工的一個隔離屏障,保障施工的安全順利進行。臨時路面實際鋪裝效果見圖3。 新型蓋挖法采用標準化、模數化可回收重復利用的預制板,且結構應滿足強度、剛度以及穩定性要求。為保證路面車輛行駛的平穩性,蓋板不平整度應<0.5 mm,撓度應≤1/400;蓋板梁撓度應≤1/500;鋪設時相鄰蓋板高差控制在1 mm之內;同時,應采取減震降噪和防滲防漏措施。 為保證預制蓋板的可回收重復利用,預制蓋板尺寸以1 m為模數。蓋板平面標準尺寸為3 m×2 m,并以2 m×1 m、1 m×1 m預制蓋板作為臨時路面敷設組合時的調節塊。3 豎向支承系統 蓋挖法施工的地鐵車站豎向支承系統包括圍護結構、立柱及立柱樁等,承受著由蓋板梁或首道支撐、逆作樓板傳遞的豎向載荷,并對橫向支撐系統的穩定有重要作用。因此,豎向支撐系統對于蓋挖法的成敗至關重要。 中間支承立柱及支承樁的設計需考慮臨時路面板、逆作樓板的傳遞荷載,立柱應驗算穩定性、承載力。其下的支承樁應按承載樁進行設計,樁基應插入合適的持力層。 立柱一般可采用格構柱或H型鋼,可根據車站設計的實際情況決定是否與永久立柱相結合。立柱下支承樁一般采用鉆孔灌注樁,直徑應與格構柱尺寸相適應,通常為Φ800 mm～Φ1 000 mm;樁深除滿足豎向承載力要求外,應符合沉降控制要求,同時應對基坑引起的支承樁隆起進行預測計算。支承樁的隆起或沉降均不應超過2 cm。立柱與支承樁間應有可靠的連接,連接長度一般為2～3 m。 在上海軟土地層車站的蓋挖法施工中,圍護結構一般采用地下墻。地下墻既作為基坑的側向支護結構,承受坑外側的水土壓力;也作為豎向承載結構,承受臨時路面系統及逆作樓板結構的荷載。因此,地下墻除應進行側向荷載作用的結構受力計算外,還應作豎向承載力和沉降驗算。地下墻隆沉一般可按不超過2 cm控制,墻址一般應避免位于軟弱土層中,并采取墻址注漿等措施以減少沉降。同時,在設計中應充分考慮地下墻與中間立柱樁的變形協調,控制差異沉降不超過1 cm。4 結語 新型蓋挖法適用于軟土地層。它采用可回收重復利用的臨時路面系統,首道支撐兼做臨時路面支承梁,開挖過程中采用鋼支撐與局部樓板逆作相結合的中間支撐,兼有典型蓋挖法和逆作法的優點,能夠最大限度地減小對地面交通的影響,對控制變形、保護環境安全十分有利。這種新型蓋挖法已成功應用于上海軌道交通7號線肇嘉浜路站、11號線愚園路站等工程中,取得了良好的社會效益和環境效益,有較好的推廣應用價值和借鑒作用。參考文獻[1]上海市城市建設設計研究院.軟土地層新型蓋挖法設計施工關鍵技術研究報告[R].2008.[2]吳健,張慶賀.蓋挖逆作法地鐵車站施工中地下連續墻豎向沉降的可靠性研究[J].河南大學學報(自然科學版),2004,34(4).