蓋挖逆作法施工地鐵車站結(jié)構(gòu)變形及其控制

樊周正+楊浩

摘 要：地鐵建設(shè)投入的加大，能夠?qū)⒊鞘械牡叵驴臻g有效的利用起來，做到了人車分流，緩解了城市交通的壓力，讓人們的生活更加的便捷，節(jié)約了空間，有利于城市地面建筑的建設(shè)和綠化面積的擴大，讓城市變得更適人們居住和生活，更有利于城市的發(fā)展。文章即是在國內(nèi)外相關(guān)研究的基礎(chǔ)上，從地鐵車站的相關(guān)建設(shè)問題出發(fā)，對有關(guān)的蓋挖逆作法施工技術(shù)方案和相關(guān)管理經(jīng)驗進(jìn)行討論，希望借此能夠?qū)Τ鞘械罔F的相關(guān)建設(shè)有所裨益。

關(guān)鍵詞：蓋挖逆作法；地鐵車站結(jié)構(gòu)；變形控制

一、蓋挖逆作法的特點

蓋挖逆作法施工時，往往都是先沿著建筑物地下室的軸線或者地下連續(xù)墻進(jìn)行施工，然后在建筑物的內(nèi)部，進(jìn)行支承樁和柱的澆筑，因為在施工的過程中，這些支承樁和柱能夠有效承擔(dān)來自于上部結(jié)構(gòu)的荷載，接著再進(jìn)行地面一層的梁板樓面結(jié)構(gòu)的施工，將其作為地下連續(xù)墻的支撐，隨后一層一層地向下開挖土方和對各層的地下結(jié)構(gòu)加以澆筑，直到底板封底。而且由于地面一層的樓面結(jié)構(gòu)已經(jīng)完成了施工，這也就為上部結(jié)構(gòu)的施工創(chuàng)造了更加有利的條件，在進(jìn)行地下施工的同時，可以進(jìn)行地面以上的結(jié)構(gòu)施工，這樣可以大大地提高施工的效率。通過對于蓋挖逆作法加以有效應(yīng)用，可以使得建筑物上部結(jié)構(gòu)的施工和地下結(jié)構(gòu)的施工得以同時開展，所以特別適用于規(guī)模較大、層數(shù)較多的建筑，而且還能夠節(jié)省大約三分之一的工時，所以蓋挖逆作法施工工藝具有很好的省時特征。

通過蓋挖逆作法來進(jìn)行施工，能夠使得結(jié)構(gòu)的受力更加合理，而且就圍護(hù)結(jié)構(gòu)而言，其變形量往往也較小，所以不會對相鄰的建筑物造成太大的影響，一直以來，如何有效地保護(hù)施工場地周圍的環(huán)境和其他建筑都是一個難題，而通過蓋挖逆作法進(jìn)行施工可以有效地解決這一難題，對于周圍的環(huán)境有效地進(jìn)行保護(hù)，因此蓋挖逆作法在保護(hù)周圍環(huán)境方面也有著突出的優(yōu)勢。

二、蓋挖逆作法施工地鐵車站結(jié)構(gòu)變形的基本規(guī)律

在對地鐵車站進(jìn)行施工的過程中，蓋挖逆作法也會帶來地鐵車站的變形，這種變形是有規(guī)律可循的。分析變形規(guī)律之前，我們首先要了解蓋挖逆作法的具體施工步驟，通常分為五步，簡單地說是一柱、二蓋、三板、四墻、五底。一柱就是首先要在預(yù)施工地點施作邊柱或者條形基礎(chǔ)樁來起到護(hù)壁的作用，與此同時施作結(jié)構(gòu)鋼管柱或者是混凝土柱。二蓋就是把蓋板放置在邊柱和中柱上面，形成一個梁板的結(jié)構(gòu)。三板就是在開挖負(fù)一層土方后，施作中隔板地膜，同時在地膜上綁扎中隔板鋼筋，然后澆筑中隔板的混凝土。四墻就是運用一種專門設(shè)計的不帶動力的移動式邊墻支架進(jìn)行逐層澆筑邊墻的混凝土工作。五底就是當(dāng)負(fù)一層的土方、中板、邊墻的施工都進(jìn)行完畢后開始施作負(fù)二層的土方、底板、邊墻，然后依次類推。

可見蓋挖逆作法的施工工序的轉(zhuǎn)換次數(shù)較多，尤其是像地層構(gòu)造較為復(fù)雜的地鐵站，樁基的施工難度也比較大。我們運用Midas有限元計算軟件從三個方面對地鐵車站變形的規(guī)律進(jìn)行了模擬分析，結(jié)果如下：

1、地表沉降規(guī)律的變化根據(jù)實際施工情況可以分為五個“卸載—加載”過程來依次分析。第一次“卸載—加載”是對頂板一端進(jìn)行開挖、施作、回填，這時候地表總體的沉降不顯著；第二次“卸載—加載”是對頂板另一端進(jìn)行開挖、施作、回填，本階段的地表依舊呈現(xiàn)下沉趨勢。第三次“卸載—加載”的工程內(nèi)容是對負(fù)一層開挖，結(jié)構(gòu)底板，側(cè)墻施工。此時地表先下沉后出現(xiàn)隆起，這是因開挖負(fù)一層時引起地表下沉，負(fù)一層底板封閉后，給結(jié)構(gòu)帶來了浮力和抗力，引起地表隆起。第四次“卸載—加載”對負(fù)二層實施開挖，同時結(jié)構(gòu)底板，側(cè)墻施工，與第三次相比地表的下沉值很小，總體處于隆起狀態(tài)。第五次“卸載—加載”對負(fù)三層的施工，情況與第四次大致相同。

2、中樁沉降規(guī)律與地表的沉降規(guī)律及其類似，也可以分為五個“卸載—加載”過程，第一次中樁施工時開挖上覆土體后，中樁樁頂卸載，中樁受到拉力有隆起的現(xiàn)象。進(jìn)行回填后，受到自重和過往車輛的壓力，中樁下沉。第二次對頂板另一端開挖時，卸載過程中樁受到的壓力小，加載過程增大。第三次是對負(fù)一層開挖，中樁受壓出現(xiàn)下沉，當(dāng)?shù)叵陆Y(jié)構(gòu)底板施工完畢后，下部樁體的受力情況由壓力變?yōu)槔?，呈現(xiàn)隆起狀態(tài)。第四次和第五次的情況略同于前一次，并與地表沉降規(guī)律相符，順次出現(xiàn)隆起和下沉的現(xiàn)象。

3、結(jié)構(gòu)底板沉降規(guī)律經(jīng)過兩個“卸載—加載”過程，一是在開挖負(fù)二層時，負(fù)一層的底板承重增大，隆起程度下降，負(fù)二層底板施作后隆起度增大。二是在負(fù)三層開挖后，負(fù)一、二層底板的承重增大，底板隆起度提高，待施作錨索后降低。

三、蓋挖逆作法地鐵車站結(jié)構(gòu)變形控制措施

針對蓋挖逆作法施工過程中出現(xiàn)的地鐵車站結(jié)構(gòu)變形的現(xiàn)象，我們可以采取以下的措施來加以有效控制，保證施工的質(zhì)量?？刂频罔F車站結(jié)構(gòu)差異沉降變形一般要在施工準(zhǔn)備階段、施工過程中、階段施工后三個時間段全方位進(jìn)行控制管理。做好施工前的模擬計算工作以便更精準(zhǔn)地確定各項指標(biāo)的控制標(biāo)準(zhǔn)，并通過中樁試驗來檢驗車站結(jié)構(gòu)本身的承載力和抗變形能力是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，便于在實際施工過程中進(jìn)行有效調(diào)整。

在施工過程中進(jìn)行結(jié)構(gòu)變形的控制最為關(guān)鍵，這也是地鐵車站工程施工安全的核心所在。我們不僅要抓好主動防御工作，同時也要做好被動控制工作。要盡量選擇對地層擾動較小的施工方案，對施工過程進(jìn)行科學(xué)合理的管理，明確各項指標(biāo)，及時參考對照發(fā)現(xiàn)問題，并采取相應(yīng)的控制措施。在地層開挖方面，要協(xié)調(diào)各種因素的作用，可以根據(jù)地質(zhì)構(gòu)造選擇損耗最小的工藝技術(shù)進(jìn)行分層開挖。在施工過程中要進(jìn)行及時的支護(hù)措施，可以用利用土方皮帶機垂直運輸技術(shù)，實現(xiàn)開挖土渣的快速清理，以降低樁土之間的相互作用的時長，這樣就能防止結(jié)構(gòu)差異沉降的逐漸增大。

同時利用移動的免吊裝大型鋼模板，對側(cè)墻實行快速同步澆筑，這樣大大縮短了側(cè)墻和底板一起承重的時間，就起到了很好的支護(hù)作用，也能提高墻體的質(zhì)量效果，增大墻體的承載能力，提高抗裂性能，還可以將底板和側(cè)墻的差異沉降值控制在一定范圍內(nèi)。在沉樁工藝上可以將人工挖孔和機械成樁工藝相結(jié)合，以便達(dá)到良好的挖空效果，給工程的下一道工序奠定良好的承載基礎(chǔ)。在對邊樁和中樁底進(jìn)行壓漿時，可以通過在樁端形成比較大的固結(jié)體，來進(jìn)一步提高樁基的承載性能，同時降低樁體的沉降度。另外在施工過程中建立完善的信息化檢測模式和評估體系，同時將之與變位分配體系的實踐相結(jié)合，形成一種優(yōu)化的管理措施，對地鐵車站的施工全過程包括結(jié)構(gòu)差異沉降進(jìn)行高效的管理和控制，能夠最大限度地實現(xiàn)工程的安全施工和科學(xué)施工，同時提高工程的經(jīng)濟(jì)效益與社會效益。

我們主要從地表沉降、中樁沉降、結(jié)構(gòu)底板沉降三個方面來分析蓋挖逆作法施工時地鐵車站的結(jié)構(gòu)變形規(guī)律，并根據(jù)實際情況采取必要的控制措施，切實做好施工前的科學(xué)計量和實驗，加大施工過程中各中技術(shù)設(shè)備的投入力度，并做好階段性施工后的審查和測評工作，才能保證整個地鐵車站工程的順利安全進(jìn)行和保質(zhì)竣工。

四、結(jié)束語

綜上所述，當(dāng)前蓋挖逆作法施工在我國地鐵工程建設(shè)中得到了廣泛的應(yīng)用，為了能夠使得蓋挖逆作法取得更好的發(fā)展和應(yīng)用，必須要對其車站結(jié)構(gòu)變形規(guī)律、控制措施進(jìn)行深入及全面的研究，只有這樣才能夠更好地對蓋挖逆作法加以有效的應(yīng)用。

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