地下工程“蓋挖施工法”施工工藝在成都地鐵車站中的應用

邱 虹，陳萬強

(四川二灘國際工程咨詢有限責任公司，四川 成都 610072)

1 前 言

隨著城市和城市軌道交通的飛速發(fā)展，越來越多的地鐵車站修建于建筑物密集、地下管線縱橫交錯的城市繁華地區(qū)和交通繁忙地段，使車站施工面臨既要保證工期，同時又不能對交通、環(huán)境產(chǎn)生太大影響的局面。如何做到既能減少對地面交通和周圍環(huán)境的影響，又能保證施工進度和預期的技術(shù)經(jīng)濟效益，已成為車站設計施工考慮的重點。

由于蓋挖法具有施工方便、施工工期短、造價低、地面交通干擾少、有利于環(huán)境保護等諸多優(yōu)越性，已成為當今國內(nèi)外在交通繁忙的市中心區(qū)修建地鐵車站所采取的一種有效方法。例如，香港九廣西鐵荃灣西段明挖隧道施工時即采用了鋼制臨時路面系統(tǒng)的蓋挖順筑法;日本的地鐵車站施工時也多采用蓋挖法;深圳地鐵1號線的科學館站與華強路站也采用了蓋挖法施工。本文就蓋挖法在成都地鐵1號線人民北路站中的應用狀況作一介紹。

2 工程概況

成都地鐵人民北路站為成都地鐵1號線與6號線的換乘車站，車站總長184.35m。車站周邊為繁華的商業(yè)、文化、經(jīng)濟中心，高樓林立，交通壓力大。在工程施工時必須完成遠期的6號線人民北路站車站的局部結(jié)構(gòu)施工，為此經(jīng)與參建各方及政府有關部門的協(xié)商，確定在車站北端盾構(gòu)段38.16m范圍內(nèi)采用“蓋挖施工法”施工主體結(jié)構(gòu)頂板。

3 工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件

3.1 工程地質(zhì)條件

根據(jù)鉆孔勘察揭露，在場地范圍內(nèi)上覆第四系土層，下伏基巖為白堊系上統(tǒng)紅色泥巖。具體地質(zhì)分布情況見表1。

表1 土層性質(zhì)及厚度

3.2 水文地質(zhì)條件

工程地處鬧市區(qū)，無地表水系流過。根據(jù)地下水的賦存條件，地下水主要有兩種類型:一是松散土層孔隙水，二是基巖裂隙水。段內(nèi)地下水埋藏淺，季節(jié)性變化明顯，水位西北高東南低。地下水位埋深1.8～7.0m，初見水位標高496.60～502.00m，穩(wěn)定水位標高496.00～502.20m。

4 蓋挖法前的主要施工

4.1 圍檔施工

中斷主體工程施工區(qū)域內(nèi)的交通，并將該區(qū)域進行打圍，僅保留東西兩側(cè)的人行道可通行。

4.2 管線改遷

根據(jù)綜合管線布置圖和現(xiàn)場的實地調(diào)查確定位置后，完成各類管線遷改工作，確保圍護樁及基坑開挖順利實施。

4.3 施工降水

根據(jù)本站的水文地質(zhì)條件作好施工降水設計。本站長度 184.35m，基坑寬度 20.7m，開挖深度17m。圍護結(jié)構(gòu)人工挖孔樁大部分樁長20m，北端換乘節(jié)點局部樁長29m。降水井點沿車站兩側(cè)呈梅花形布置，單側(cè)井距25m，井位距挖孔樁1.5m;車站北端蓋挖段，涉及4號線圍護樁和預留樁的施工樁長29m，考慮到降水效果，北端38m范圍內(nèi)降水井深度為32.5m。

4.4 圍護結(jié)構(gòu)施工

4.4.1 圍護結(jié)構(gòu)施工流程

測量放樣→樁孔開挖(護壁鋼筋混凝土澆筑)→樁芯鋼筋混凝土澆筑→冠梁鋼筋混凝土澆筑

4.4.2 圍護樁施工工藝

4.4.2.1 測量放樣

用全站儀測量放樣，確定樁位并作好標識，樁體放樣誤差15mm，樁位外放50mm，確保內(nèi)襯墻體厚度。在測量放樣絕對無誤后，上報檢查驗收。

4.4.2.2 樁孔開挖

圍護樁樁徑為1200mm，間距為2000mm。孔樁開挖時采用跳挖法進行施工，確?？妆谕馏w的穩(wěn)定。每節(jié)開挖控制在0.5～1.0m之間，每節(jié)開挖到位后立即進行C20鋼筋混凝土護壁澆筑。

4.4.2.3 樁芯鋼筋混凝土施工

(1)鋼筋籠制作和吊裝。在鋼筋加工場進行圍護樁鋼筋籠的制作，待樁孔開挖到位并經(jīng)檢查合格后，進行鋼筋籠吊裝工作。鋼筋籠的吊裝全部采用汽車吊+人工配合的方式進行吊裝，確保鋼筋籠垂直于孔底及混凝土保護層厚度。

(2)樁芯混凝土澆筑。樁芯混凝土采用C30商品混凝土，為確?；炷翝仓^程中不產(chǎn)生離析，在混凝土灌注時采用引注管進行孔內(nèi)混凝土的澆筑，并用振搗器搗固密實。

4.4.2.4 冠梁施工

為保證排樁的整體性，在圍護樁樁頂設置冠梁，將排樁連為整體，同時，蓋挖段樁頂冠梁臨時作為頂板的承重梁。冠梁為C30鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，待圍護樁施工完成后，立即進行蓋挖段周邊冠梁施工。

5 蓋挖施工法施工工藝

本站北端盾構(gòu)段38.16m采用“蓋挖施工法”施工，即先行施工北端盾構(gòu)段中立柱及頂板結(jié)構(gòu)，并恢復該段交通，再進行主體基坑開挖及剩余結(jié)構(gòu)施工。

5.1 蓋挖施工法施工流程

蓋挖段圍護樁及冠梁施工完成(其余主體圍護樁繼續(xù)施工)→鋼管柱施工→頂板土方開挖→頂板基底壓實處理→墊層及地胎模施工→頂板鋼筋綁扎及混凝土澆注→防水層施工→土方回填→路面恢復→恢復路面交通(見圖1)。

5.2 鋼管柱施工

本站為成都地鐵1號線與6號線的換乘站，1號線人民北路站與6號線人民北路站呈“T”字形相交換乘，車站蓋挖段采用φ800mm和φ700mm鋼管柱作為車站的永久支撐柱，柱基礎為φ1700mm人工挖孔擴底樁，在1號線施工時該柱樁單樁承載力設計值不小于7652kN。鋼管柱施工工藝流程見圖2。

5.2.1 鋼管柱樁孔施工

鋼管柱樁孔為φ1700mm人工挖孔樁，護壁厚150～225mm為C20早強混凝土，基礎為高2.6m下底直徑3.0m的圓弧擴大端，基礎為C30鋼筋混凝土(見圖3)。

5.2.2 鋼管柱的質(zhì)量要求

(1)鋼管柱的加工需滿足:鋼管縱向彎曲變形小于長度1/1000，且 ＜10mm;鋼管橢圓度 f/d＜3‰;管端不平度f/d＜1500，且＜0.3mm。d為鋼管直徑，f為允許誤差。

(2)鋼管卷板方向與鋼板壓延方向一致，卷板前按要求在端頭開好坡口，板平直不得翹曲，不使用表面銹蝕或受過沖擊的鋼板;

(3)鋼管柱一次加工至設計柱長，管端用車床銑平;

(4)焊縫及柱身鋼板經(jīng)超聲波或X光探傷檢查;

(5)鋼管內(nèi)壁不得有油漬等污物，否則必須全部清除;

(6)鋼管構(gòu)件在焊縫檢查合格后方能按設計要求進行防腐蝕處理。

5.2.3 鋼管柱的安裝

(1)鋼管柱的施工定位。在樁基礎頂預埋錨固螺栓與鋼管柱“十字形”定位基座栓連接，鋼管柱焊接在基座上，柱頂、柱中用纜風牢固定位。為保證預埋錨固螺栓位置準確，采用定位鋼板固定螺栓位置，定位鋼板上的螺栓孔與“十字形”定位基座上的螺栓孔嚴格對應一致。其定位基座形式見圖4。

圖1 北段蓋挖段施工順序

圖2 鋼管柱施工工藝流程

圖3 鋼管柱施工

圖4 管柱底座示意

用水泥砂漿嚴格找平鋼管柱基座底面，采用1.0m水平尺檢查其平整度，平整度偏差應控制在2mm以內(nèi)。

(2)鋼管柱吊裝。鋼管柱吊裝采用25t汽車吊整體吊裝，上端強制對中，用纜風調(diào)節(jié)并固定。用兩臺經(jīng)緯儀定位并控制其垂直度，鋼管柱的垂直度利用底部的調(diào)節(jié)螺栓調(diào)整。依據(jù)《鋼管混凝土柱設計規(guī)范》，鋼管柱安裝精度要求如下:

立柱中心線和柱基中心線:±3mm;

立柱頂面標高和設計標高:+0mm，－5mm;立柱頂面不平度:±5mm;

立柱不垂直度:1/1000，≯15mm;

各柱間的距離:1/1000;

各柱上下兩平面相應對角線差:長度的1/1000，≯20mm。

5.2.4 鋼管柱內(nèi)混凝土灌注

(1)在底板混凝土澆注完成并達到設計強度的80%后進行鋼管柱混凝土灌注施工;

(2)鋼管柱內(nèi)混凝土灌注采用頂升法施工;

(3)鋼管柱內(nèi)混凝土采用C50微膨脹混凝土，坍落度控制在15～18cm，粗骨料最大粒徑15mm;

(4)鋼管內(nèi)混凝土灌注應連續(xù)進行不得中斷?；炷凉嘧⒌降陀诠茼?0cm時暫停，待強度達到50%后，用同強度等級水泥砂漿補填到管口溢出，再用鋼管端承板緊壓在管頂點焊。待水泥砂漿強度達50%時，將端承板與鋼管口滿焊。

5.2.5 鋼管柱與結(jié)構(gòu)梁－板連接

鋼管柱與結(jié)構(gòu)梁、板交接處設抗剪鋼套箍及抗剪、抗拉鋼板，抗剪鋼套箍與鋼管柱通過摩擦型高強螺栓連接密貼，抗剪、抗拉鋼板環(huán)繞焊接于鋼套箍上，結(jié)構(gòu)梁、板主筋遇鋼管柱時繞行并焊接在抗剪、抗拉鋼板上，抗剪、抗拉與鋼管柱焊縫要進行20%的X光探傷檢查。

5.3 土方開挖

圍護樁、冠梁與中立柱施工完畢后，立即組織北端38.16m蓋挖段土方開挖，開挖至頂板結(jié)構(gòu)下30cm。開挖前在基坑內(nèi)外做好臨時排水系統(tǒng)，保證基坑外的水不進入基坑且能及時排出基坑內(nèi)的積水。開挖采用多臺挖掘機配合，直接裝車外運。

5.4 地膜施工

5.4.1 地膜施工工藝及流程

本站北端盾構(gòu)段頂板、頂縱梁施工時采用地膜技術(shù)，其施工流程見圖5。

圖5 地膜施工流程

5.4.2 地膜施工工藝

蓋挖段頂板、頂縱梁施工前需做好地膜。根據(jù)地質(zhì)情況，基面整平后先回填約20cm石粉墊層，并進行灑水碾壓、夯實，最后鋪設磚和10cm厚M 10水泥砂漿至設計標高，并在砂漿初凝前提漿抹光。對于頂板縱梁處及邊墻處地膜采用紅磚砌筑120mm厚的墻并用3cm水泥砂漿抹面(見圖6、7)，對板、梁跨度較大地段設置預拱度。

5.4.2.1 技術(shù)措施

圖6 頂縱梁地膜

圖7 邊墻接茬地膜

(1)鋪設砂漿時按橫向分條施工，確保砂漿面平順;

(2)地膜墊層要碾壓密實，并進行密實度檢測，以利土模穩(wěn)定;

(3)土模制做時沿大跨度方向設置L(跨度)/600的上拱度，防止受結(jié)構(gòu)自重及荷載作用引起板面下沉;

(4)砂漿抹光終凝后，在其表面涂刷非親水性脫模劑，脫模劑涂刷后避免用水沖洗及雨水浸淋，確保地膜順利脫落。

5.4.2.2 端頭及施工縫模板的支設方法

施工縫是導致漏水的薄弱環(huán)節(jié)，施工必須仔細，加強施工縫處混凝土振搗和養(yǎng)護，確?；炷恋拿軐嵑妥苑浪δ?。本段有頂板上的水平施工縫以及側(cè)墻上的水平和垂直施工縫。根據(jù)設計要求，施工縫處采用快易收口網(wǎng)封堵，支設方便，并且可以有效地防止漏漿。施工縫處模板的支設見圖8。

5.5 鋼筋工程

5.5.1 鋼筋加工制作

對所有進場的原材料進行抽樣，報驗合格后方可使用。鋼筋調(diào)直除銹、切斷、彎曲等工序全部由機械完成，并確保所用的鋼筋表面潔凈、無損傷、無油漬、漆污和鐵銹，無局部曲折。

圖8 施工縫處模板支設大樣

結(jié)構(gòu)所有鋼筋均在施工現(xiàn)場制作，各種構(gòu)件的鋼筋在施工前均按圖紙要求作出下料表，經(jīng)審核并進行技術(shù)交底后方可進行下料。各種成品鋼筋必須嚴格做到按順序及規(guī)格堆放整齊，并編號掛牌。

本工程根據(jù)各部位和各型號鋼筋的使用，采用不同的連接形式:有閃光對焊、接駁器、搭接焊等。每批鋼筋正式焊接前，必須按實際操作條件進行試焊接，經(jīng)抽樣檢查，并試驗合格后方可正式成批焊接。鋼筋接頭位置按規(guī)范要求進行控制，受力鋼筋采用焊接或接駁器連接時，同一構(gòu)件內(nèi)的接頭應相互錯開，錯開距離為35d且不小于500mm。采用綁扎連接時，搭接長度為35～40d，接頭相互錯開使其在從任一綁扎接頭中心至1.3倍搭接長度的范圍內(nèi)。

5.5.2 鋼筋安裝

頂板鋼筋在地膜施工完成并經(jīng)檢查合格后進行安裝。在進行結(jié)構(gòu)鋼筋安裝時必須按照設計圖紙及相關的規(guī)范要求進行。為保證鋼筋層間距及混凝土保護層，在鋼筋綁扎施工前先進行鋼筋骨架安裝及混凝土墊塊的布置，且混凝土墊塊必須與結(jié)構(gòu)鋼筋綁扎牢固。鋼筋的交叉點用綁扎絲全部綁扎牢固，綁扎點不得少于交叉點的90%，且鐵絲扎頭應避免進入保護層。

鋼管柱在與結(jié)構(gòu)梁、板交接處設抗剪鋼套箍及抗剪、抗拉鋼板，抗剪鋼套箍與鋼管柱通過承壓型高強螺栓連接密貼，抗剪、抗拉鋼板環(huán)繞焊接于鋼套箍上，結(jié)構(gòu)梁、板主筋遇鋼管柱時繞行并焊接在抗剪、抗拉鋼板上，經(jīng)灌注混凝土后，將施工荷載及結(jié)構(gòu)荷載傳遞至鋼管柱。

5.6 混凝土工程

5.6.1 混凝土澆筑前的準備工作

混凝土澆筑前必須對結(jié)構(gòu)尺寸、鋼筋、預埋件、模板及其支架進行檢查，在經(jīng)檢查驗收合格后方可組織混凝土澆灌施工。

5.6.2 混凝土澆筑

本工程全部使用商品混凝土，在混凝土澆筑前要對本次所需混凝土方量進行計算及確定運輸保障工作，確?；炷翝仓^程的連續(xù)性。

在混凝土澆筑時由輸送泵進行泵送，并杜絕在商品混凝土中任意加水或其他物質(zhì)。澆筑步距為3m，混凝土澆筑連續(xù)進行，并在前層混凝土初凝之前將后層混凝土澆筑到位;采用平鋪法施工，混凝土分層高度30～40cm。在澆混凝土前必須將倉面內(nèi)雜物清理干凈并將模板用水潤濕。

混凝土澆筑施工過程中采用插入式振搗器對混凝土進行振搗密實。本工程防水要求嚴格，尤其應注意結(jié)構(gòu)自防水?；炷琳駬v過程中，插點采用“行列式”或“交錯式”，必須保證不漏振和過振且不碰撞鋼筋及預埋件。

板澆筑完后，均做拉線找平，用刮杠按線刮平，用木抹子搓平，在表面終凝前，再用鐵抹子進行二次抹壓，消除混凝土表面產(chǎn)生的塑性收縮裂縫。

5.6.3 混凝土養(yǎng)護

本工程混凝土采取以下養(yǎng)護方法:

(1)混凝土澆筑完后，應在12h內(nèi)開始養(yǎng)護;(2)頂板混凝土采用蓄水養(yǎng)護;

(3)每天澆水的次數(shù)應必須保持混凝土表面一直處于濕潤狀態(tài);

(4)養(yǎng)護天數(shù)不少于14d。

5.7 頂板防水工程

5.7.1 混凝土結(jié)構(gòu)自防水

車站結(jié)構(gòu)以自防水為主，頂板抗?jié)B等級不低于S8，并根據(jù)實際情況在混凝土中采用了摻加高效減水劑及粉煤灰的“雙摻”技術(shù)。

5.7.2 頂板柔性防水層施工

車站結(jié)構(gòu)采用全包防水，側(cè)墻采用雙層倒置的預鋪式防水材料，頂板采用2.5mm厚的優(yōu)質(zhì)柔性防水涂料，并設置隔離油氈，采用100mm厚細石混凝土作保護層。

5.7.2.1 基層處理要求

混凝土強度達到70%后，對基層進行找平。對基層表面的凸出物從根部鑿除，并用聚氨酯密封膠將鑿除部位填平壓實;當基層表面出現(xiàn)凹坑時，先將凹坑內(nèi)酥松表面鑿除后用高壓水沖洗，待凹坑干燥后，用聚氨酯密封膠填充壓實;梁與板之間的陰角部位采用1∶2.5水泥砂漿作45°倒角處理，并將梁的陽角打磨圓滑。

5.7.2.2 防水層施工

(1)基層處理完畢并經(jīng)過驗收合格后，先在陰陽角和施工縫等特殊部位涂刷加強層，最后在大面涂刷防水層。嚴禁在涂膜防水加強層表面干燥后再鋪設防水卷材。

(2)大面的涂膜防水層施工采用多道(一般2～4道)涂刷，上下兩道涂層方向應互相垂直;當涂膜固化后，才可進行下道涂膜施工。

(3)防水層涂膜施工完畢并經(jīng)過驗收合格后，應及時做防水層的保護層。涂膜保護層采用10cm厚的細石混凝土。在澆筑細石混凝土前，需在防水涂膜上覆蓋一層紙?zhí)ビ蜌指綦x層。

6 路面恢復

6.1 土方回填

結(jié)構(gòu)頂板混凝土完成防水及保護層施工后，分段分層進行土方回填?；靥钋皩㈨敯迳戏e水、雜物清理干凈，并選擇符合設計要求的填料。

土方回填過程中采用分段分層夯填，每層厚20～30cm，結(jié)構(gòu)兩側(cè)和頂板上填土厚度不超過50cm。在土方回填過程中同時進行蓋挖段的管線恢復及填埋，地下管線周圍用蛙式打夯機夯填。填土厚度大于50cm時，改用輕型壓路機碾壓，碾壓時薄填、慢行、先輕后重、反復碾壓。每層夯填結(jié)束后，取樣檢查回填土密實度。黏土采用環(huán)刀法檢測，砂性土采用灌砂法檢測，滿足密實度要求后進行上一層回填?；踊靥钅雺好軐嵍葢獫M足表2要求。

表2 基坑回填碾壓密實度要求

6.2 路面恢復

6.2.1 路面恢復施工流程

土方回填→下基層→上基層→瀝青混凝土下層→瀝青混凝土中層→瀝青混凝土上層→恢復標識開放交通

6.2.2 路面恢復施工

土方回填到位并經(jīng)彎沉試驗合格后，進行下基層厚30cm的天然砂礫層鋪設及碾壓，并經(jīng)彎沉試驗合格后完成上基層30cm厚水泥穩(wěn)定碎石鋪設及碾壓，待48h后進行彎沉試驗。彎沉試驗合格后方可進行原道路結(jié)構(gòu)恢復。下面層為5cm厚的AC－20I型中粒式瀝青混凝土，中間層為4cm厚的AC－16I型中粒式瀝青混凝土，上層為3cm厚的AC－13I型細粒式SBS改性瀝青混凝土。

瀝青混凝土鋪設采取分層攤鋪分層碾壓的方式施工，必須確保鋪設厚度及碾壓密實。

6.3 交通恢復

瀝青混凝土路面恢復后，進行彎沉試驗，合格后恢復各種交通標識，移拆北端蓋挖段阻擋車輛東西方向通行的臨時圍擋，恢復東西方向的交通通行。

7 結(jié)束語

本車站采用“蓋挖施工法”施工北端盾構(gòu)段頂板及遠期車站的部分圍護結(jié)構(gòu)，該施工工藝的成功實施主要在于鋼管柱施工及頂板測量放樣準確無誤。鋼管柱施工不僅要確保柱體制作質(zhì)量，還要保證鋼管柱安裝過程中各種技術(shù)指標完全滿足本站及遠期規(guī)劃站點的設計要求;盡量減少測量放樣誤差，才能確保蓋挖段頂板與后期施工主體結(jié)構(gòu)的連接及車站整體結(jié)構(gòu)的尺寸無誤。本車站主體結(jié)構(gòu)施工完成后表明，采用“蓋挖施工法”施工北端盾構(gòu)段頂板及鋼管柱結(jié)構(gòu)完全滿足設計要求。

成都地鐵人民北路站車站成功地將蓋挖施工法施工工藝應用于本工程中，既最大限度地減少對社會交通的干擾，克服了施工條件的限制，又保證了施工進度，并使得后續(xù)的主體基坑開挖及結(jié)構(gòu)施工順利完成，具有廣泛的經(jīng)濟效益和社會效益，因此具有良好的應用前景。