半蓋挖順作法在地鐵車站施工中的應(yīng)用

劉毓川, 解道龍, 楊璐銘, 張元霄

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川成都 610072)

擬建場區(qū)范圍內(nèi)成都16號線、29號線及換乘大廳為錦城廣場綜合換乘服務(wù)中心項目公共交通預(yù)留設(shè)施工程的一部分，16號線位于地下停車場和下沉廣場下方地下3層，標準段寬度25.3 m，區(qū)間段采用兩跨閉合框架結(jié)構(gòu)，車站范圍采用兩柱三跨閉合框架結(jié)構(gòu)，底板埋深約24～28 m。29號線位于地下停車場和下沉廣場地下5層，標準段寬度約24.5 m，車站范圍采用兩柱三跨閉合框架結(jié)構(gòu)，底板埋深約41.2 m。換乘大廳位于地下3層，底板標高約-24 m，采用框架結(jié)構(gòu)，柱距約9 m。16號線、29號線、18號線錦城廣場站為三線換乘站，三站兩兩相交，呈三角形布置與成都SKP商業(yè)體結(jié)合，考慮到對既有18號線換乘站結(jié)構(gòu)的支護，本工程三角區(qū)采用了先施工上部施工階段蓋板，再進行下部結(jié)構(gòu)的半蓋挖順作法施工。選擇半蓋挖法施工是結(jié)合了明挖與蓋挖2種方式的優(yōu)勢。

1 施工關(guān)鍵技術(shù)分析

1.1 蓋板施工段劃分

三角區(qū)-13 m中板共分為6個區(qū)域，詳見圖1，其中施工階段分為3塊，分別為施工階段蓋板1～3，作為施工階段基坑的橫向支撐，在圍護結(jié)構(gòu)處以圍護樁為橫向支撐，中部設(shè)置格構(gòu)柱作為豎向支撐。使用階段3塊，分別為使用階段蓋板1～3，采用順筑施工，待主體結(jié)構(gòu)施工至此標高時，與先施工的蓋板相接。

圖1 蓋板施工范圍示意

總體施工工藝流程:平整場地—測量放線—圍護樁、工程樁、旋挖灌注樁、格構(gòu)柱埋設(shè)—施工階段蓋板下土方開挖—墊層—架體搭設(shè)—模板施工—綁扎底梁、底板鋼筋 (預(yù)留、預(yù)埋)—澆筑施工階段蓋板混凝土—三角區(qū)土方分層開挖至底板檢底標高—底板澆筑—施工階段蓋板下柱、側(cè)墻及人防結(jié)構(gòu)澆筑—使用階段蓋板完成—格構(gòu)柱拆除—負2層板—負1層板—肥槽回填—頂板覆土綠化施做。

1.2 基坑開挖施工段劃分

三角換乘大廳位于大基坑內(nèi)，自大基坑坑底標高起算，整體下挖深度11 m(-13 m至-24 m)，局部區(qū)域下挖深度19 m(過軌風(fēng)道)?；娱_挖遵循“降水先行，先支后挖，平面分區(qū)，豎向分層，支護緊跟原則”組織施工。依據(jù)工藝特性，三角換乘大廳基坑開挖工序細分為“5個階段”。

1.2.1 一階段

開挖非反壓土區(qū)域土石方，由東向西進行開挖至地鐵18號線車站結(jié)構(gòu)邊線以東20 m,開挖深度3 m(-13～-16 m) ,并施作該部分蓋板,見圖2。

圖2 一階段土石方開挖平面

1.2.2 二階段

開挖非反壓土區(qū)域18號線結(jié)構(gòu)以東20 m范圍，由東向西進行開挖，開挖深度為3 m(-13～-16 m)，并施作該部分蓋板,見圖3。

圖3 二階段土石方開挖平面

1.2.3 三階段

利用非蓋板區(qū)域進出口，形成非反壓土土石方開挖通路，進行非反壓土土石方開挖。本階段開挖深度為8 m/11 m(-16 m、3～13 m至-24 m)。見圖4、圖5。

圖4 三階段土石方開挖平面

圖5 三階段道路平面

1.2.4 四階段

蓋板三(反壓土區(qū)蓋板)待29#線封頂，沿用矮支模進行蓋板施工，后挖除反壓土區(qū)土方。蓋板施工前開挖深度為3 m(-13 m至-16 m)，蓋板施作完畢后開挖深度為8 m/11 m(-13 m/-16 m挖至-24 m)，局部位置開挖至-32 m,見圖6、圖7。

圖6 四階段第一層土石方開挖示意

圖7 三階段剩余土石方開挖示意

1.2.5 五階段

馬道收尾。待三角區(qū)土石方開挖完畢后進行馬道收尾工作，先進行退臺開挖，每臺寬度約8 m，高度約2.5 m。退臺至最后階段采用抓斗進行垂直取土，取土剩余土石方。該階段土石方開挖約0.36萬m3,見圖8、圖9。

圖8 馬道退臺開挖示意

圖9 馬道垂直開挖示意

1.3 基坑開挖施工技術(shù)

1.3.1 土方開挖施工

土石方開挖相關(guān)要求：本基坑土石方開挖時，多臺挖機同時進行，相鄰2臺挖機間間距不小于20 m。挖必須土分層分段進行，每層開挖深度不得超過2 m，每段開挖長度不大于20 m。當(dāng)開挖邊坡高度大于8 m時，必須留置平臺，平臺寬度不小于2 m，并設(shè)向外2%的坡度。每天土石方挖除結(jié)束前應(yīng)沿基坑坡腳邊0.8 m左右設(shè)置臨時排水土溝，并間隔30 m設(shè)置一個臨時集水坑(集水坑尺寸為600 mm×600 mm×1 000 mm)。土方開挖界面應(yīng)設(shè)置成斜坡，坡率宜為1∶1。

1.3.2 樁間土支護

為了保持樁間土的穩(wěn)定，在樁間進行掛網(wǎng)噴射混凝土進行支護。鋼筋網(wǎng)一般采用φ8 mm鋼筋按150 mm×150 mm，沿灌注樁豎向植筋，φ16@450 mm，單根長度為1.1 m(同一橫截面植筋單面焊接鏈接，焊接長度不小于10d)，并掛φ8@150 mm×150 mm鋼筋網(wǎng)；噴射150 mm厚C20細石混凝土進行支護；每相鄰樁間沿豎向設(shè)置φ50 mm PVC管泄水孔，豎向間距為3 m。

1.3.2.1 掛網(wǎng)噴射混凝土施工

(1)樁間土人工修坡：在挖掘機施工基本完成斜坡面后，采用人工修坡對松散的或干燥的無黏性土進行鏟除，并根據(jù)相關(guān)施工圖設(shè)計規(guī)范要求，修置平整，坡面平整度控制在+20 mm以內(nèi)[1]。

(2)植筋并掛鋼筋網(wǎng)。采用手持鉆機鉆孔，植筋孔植筋應(yīng)比鋼筋植筋大一個型號，灌入植筋膠，使用手錘打入鋼筋。待植筋膠固化前，不得擾動鋼筋。

綁扎與焊接：本支護采用φ8 mm鋼筋按200 mm×200 mm的方格網(wǎng)用22#鐵絲綁扎，φ6 mm網(wǎng)筋的上下層之間采用綁扎連接牢固；網(wǎng)筋綁扎完成后即加焊φ16 mm加勁連接筋，加勁筋需壓緊已綁扎好的網(wǎng)筋，加勁筋間距為1 000 mm，加肋鋼筋應(yīng)相互焊接，單面焊接長度不小于10d[2]。鋼筋接頭應(yīng)相互錯開，同一斷面鋼筋接頭不應(yīng)大于總截面面積的50%,見圖10。

圖10 樁間護壁大樣

(3)根據(jù)設(shè)計要求，樁間土為較厚填土或砂層等自穩(wěn)性較差的地段及地質(zhì)條件不良區(qū)采用增加注漿花管等措施。當(dāng)樁間部分為風(fēng)化泥巖時，若出現(xiàn)滲漏水，則采用袖閥管注漿堵漏，注漿管深度為3 m。

(4)噴射混凝土施工,水灰比宜為0.42～0.5，含砂率宜控制在50%～60%，混凝土配合比及外加劑的添加量應(yīng)通過實驗室確定。其配分比一經(jīng)測試確定，不能隨意更改?；炷恋陌柚疲捎脧娭剖綌嚢铏C時，攪拌時間不少于60 s，采用滾筒式或者自落式攪拌機時，不得少于120 s。需要用到的機具設(shè)備有：噴射機、強制式攪拌機、壓力水泵、空壓機、上料機等。

1.3.2.2 泄水管布置

區(qū)間段每相鄰樁間沿豎向設(shè)置φ50 mmPVC泄水管，豎向間距為2 m，長度不小于1m。泄水孔伸入土體段采用土工布包裹，管壁設(shè)φ8@50 mm排水孔，見圖11。

圖11 泄水孔大樣(單位:mm)

1.4 格構(gòu)柱安裝

(1)第一步:先將加工好的鋼筋籠吊入孔內(nèi)，并在孔口露出3.7 m鋼筋籠，鋼筋籠頂部下3.5 m位置增加一道加強箍筋，當(dāng)鋼筋骨架放到孔口加勁筋位置時穿進工字鋼，將鋼筋骨架臨時支撐在孔口工字鋼上。按測定的孔口標高來計算定位筋的長度，垂直定位鋼筋(A8)采用雙面焊焊接在鋼筋籠的主筋上[3]。鋼筋籠中心與樁的設(shè)計中心位置必須對正，反復(fù)核對無誤后，再焊接定位于孔口工字鋼上，完成鋼筋的安裝。

(2)第二步:吊裝第一部分格構(gòu)柱:采用75 t 吊車將格構(gòu)柱吊放入孔，并插入鋼筋籠內(nèi)5.12 m(鉆孔樁鋼筋籠錨入板或梁內(nèi)45 d)，即格構(gòu)柱插入鉆孔樁長度為3.5 m,其插入范圍內(nèi)的樁箍筋加密至@100 mm。格構(gòu)柱插入的深度要嚴格控制，誤差不大于+5 cm，格構(gòu)柱垂直誤差不得大于1/400，基坑開挖深度，平面定位誤差不得大于2 cm。采用每隔1 m 設(shè)置1道“井字形”鋼筋與鋼筋籠加勁箍筋連接(測量組通過全站儀對格構(gòu)柱定位)，同時焊接8根φ20 mm的輔助鋼筋支撐格構(gòu)柱;無加勁箍筋部位采用就近增加拉筋的方法與鋼筋籠主筋連接。見圖12、圖13。

圖12 臨時立柱與立柱樁連接示意(單位:mm)

圖13 格構(gòu)柱與鉆孔樁連接示意(單位:mm)

(3)第三步:格構(gòu)柱定位采用專用井字架定位器進行定位。

(4)第四步:將連接好的鋼筋籠與格構(gòu)柱整體緩慢吊裝入孔，并通過格構(gòu)柱上焊接的4個φ32 mm鋼筋吊耳控制格構(gòu)柱高程,要求雙邊滿焊不少于10d。方便孔口對接格構(gòu)柱,在吊環(huán)內(nèi)穿入4根φ32 mm，并將格構(gòu)柱與孔口型鋼焊接固定方便孔口對接格構(gòu)柱,見圖14。

圖14 吊裝方法示意(單位:mm)

(5)第五步:孔口焊接第二部分格構(gòu)柱，格構(gòu)柱露出孔口 1.2 m,先采用坡口對接焊，格構(gòu)柱角鋼焊縫接頭應(yīng)錯開至少350 mm(350的整倍數(shù))，外側(cè)在焊縫位置加550 mm×350 mm×20 mm的鋼板，四面圍焊,焊縫全部要求滿焊。

(6)第六步:將連接好的鋼筋籠與格構(gòu)柱整體吊裝入孔，并通過格構(gòu)柱上焊接的4個φ20 mm鋼筋吊耳控制格構(gòu)柱高程,并將格構(gòu)柱與孔口型鋼焊接固定。

(7)第七步:吊裝完成后進行水下混凝土灌注，混凝土灌注頂面標高控制在灌注樁柱設(shè)計頂標高以上50 cm。

(8)第八步:在立柱樁混凝土初凝前，時刻校核和調(diào)整格構(gòu)柱的高程、垂直度、坐標。混凝土強度達到2.5 MPa后方可拆除孔口固定材料，并進行回填。

1.5 高大模板支撐體系

三角換乘大廳蓋板主體結(jié)構(gòu)頂板厚400 mm，跨度為9 000 mm，最大尺寸梁為1 000 mm×1 800 mm，跨度為9 000 mm，模板最大搭設(shè)高度6 000 mm，最大施工線荷載為66.56 kN/m，混凝土模板支撐工程達到規(guī)定的高大模板支撐系統(tǒng)標準，故需編制安全專項施工方案，經(jīng)專家論證通過并經(jīng)審批后方可組織施工，見表1。

表1 400mm厚板模板支撐體系參數(shù)

板模板采用15 mm厚紅膠模板。次楞均采用φ48×2.7 mm鋼管，橫向布置，間距根據(jù)受力體系計算確定；板主楞采用10#槽鋼，支架采用φ60 mm盤扣支架，間距1 200 mm×1 200 mm，步距1 500 mm。

梁模板采用15 mm厚紅膠模板，梁主楞為10#槽鋼，次楞50 mm×100 mm方木(φ48×3.0 mm鋼管)，側(cè)面采用φ14 mm對拉螺桿，梁底立桿采用φ60 mm盤扣支架，間距600 mm×1 200 mm(根據(jù)4.1搭設(shè)參數(shù)進行調(diào)整)，步距1 500 mm。

滿堂盤扣式支撐架體搭設(shè)先滿足梁底立柱，板下立柱存在不合水平桿模數(shù)處采用φ48×3.0 mm鋼管替代盤扣式水平桿，單根水平桿應(yīng)至少與4根立柱采用扣件連接。設(shè)置2道水平兜網(wǎng)作業(yè)層底下一步一道，架體中部設(shè)置一道。豎向剪刀層為盤扣式自帶斜桿，板下隔一拉一，超限梁下滿布。水平剪刀撐為兩道，位置與水平兜網(wǎng)位置一致。

蓋板區(qū)域混凝土強度達到100%強度，提交拆模申請通過后才可以拆模。必須遵循先支后拆，后支先拆的原則，板模拆除時，先下調(diào)立桿頂撐托螺桿，再拆除主、次楞，然后拆除板底模。拆模強度控制：現(xiàn)澆板模拆除，以現(xiàn)場同條件試塊試壓強度為依據(jù)。

2 半蓋挖基坑降排水

沿臨時基坑頂四周設(shè)置30 cm×30 cm排水溝，基坑內(nèi)沿坡腳四周設(shè)置30 cm×30 cm排水溝(排水溝采用C20混凝土硬化厚100 mm)，且每隔20 m設(shè)置一個60 cm×60 cm×100 cm集水井，利用水泵將基坑內(nèi)積水抽排處基坑。排水坡度不小于0.3%，8 cm厚M5水泥砂漿硬化。

3 基坑監(jiān)測

本工程從開挖至所有土方挖完全過程中，基坑無論是當(dāng)日的變形量還是累計的變形量均要穩(wěn)定受控。根據(jù)一級基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)要求,在整個土方開挖過程中墻頂水平最大位移量為9.3 mm(報警值不大于0.14H%)[4],三角區(qū)基坑深度27 m,29號換乘段基坑深度為41 m;圍護結(jié)構(gòu)墻當(dāng)日水平位移最大量為1.6 mm/d(報警值2 mm/d,累計報警值不大于0.14H%)。

4 安全要求

深基坑開挖前，先對基坑范圍內(nèi)所有地下管線及構(gòu)筑物進行遷改或保護后方可進行土方開挖施工；要做好基坑的降水、排水保護工作，保持地下水低于開挖面1 m，加強因降水對周邊建筑物的影響監(jiān)測。發(fā)現(xiàn)異常立即停止土方施工，待異常情況消除后方可繼續(xù)施工；基坑頂周邊、坡道邊及其他臨邊處距開挖線500 mm位置須設(shè)置高度不低于1.2 m的鋼欄桿,并以一定間距布置安全警示標牌標語，施工期間基坑外側(cè)2 m范圍內(nèi)嚴禁堆載。

5 結(jié)束語

(1)本項目采用明挖、蓋挖2種開挖方式相結(jié)合，利用施工階段蓋板1、2、3形成橫向水平支撐，對既有結(jié)構(gòu)18號線形成有利保護。同時還能有效緩解坑內(nèi)交通壓力、材料堆場緊張等問題。

(2)采用半蓋挖法施工需要考慮到基坑大小、形式區(qū)別，并充分考慮地質(zhì)情況、地面沉降問題，避免施工期間出現(xiàn)結(jié)構(gòu)不均勻沉降，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)裂縫，進而影響到車站防水及結(jié)構(gòu)質(zhì)量。

(3)現(xiàn)場監(jiān)測證實:明挖比蓋挖受力較小，且兩者平移的規(guī)律相反。此外，兩者墻后地表沉降的規(guī)律也存在差異，即:蓋挖段墻后地表沉降規(guī)律與距離大小成正比，明挖法則與距離大小成反比。

(4)實踐證實，半蓋挖法從經(jīng)濟性和適用性上更具應(yīng)用前景。