地鐵車站施工采用蓋挖逆筑法_圖文

1、工程實(shí)踐 26MODERN U RBAN T RANSIT 2/2004現(xiàn)代城市軌道交通摘要:在選擇地鐵地下車站的施工方法時,地面交通能否得到妥善處理,已成為影響決策的一個關(guān)鍵因素。常會遇到這樣的兩難情況:明挖法難有作為,暗挖法代價太高。這時蓋挖逆筑法可能是一種明智的選擇,它是一個折中的方案,兼顧了車站施工和地面交通這一對矛盾的雙方需求。另外,蓋挖逆筑法在安全、質(zhì)量、工期、成本的控制方面也具有一定的優(yōu)勢。關(guān)鍵詞:地下車站;蓋挖逆筑法;地面交通;垂直受載體系邵根大:鐵道科學(xué)研究院鐵建所,研究員,原北京市政府專家顧問,北京1000811蓋挖逆筑法符合辯證法地鐵地下車站的施工,可供選擇的方法很多,有

2、明挖法、蓋挖法(分逆筑法和順筑法、暗挖法(軟土中的新奧法。應(yīng)該說,每一種施工方法,在不同環(huán)境、條件下,都有其用武之地,關(guān)鍵是看它是否因地制宜,用得其所。一般說來,工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件、地面交通狀況、周圍建筑物、地下管線、地下構(gòu)筑物,都是影響施工方法選擇的外部因素。就施工方法本身而言,它的可操作性、安全、質(zhì)量的可控性、工期長短、造價高低,也都是方案比較中的重要議題。為吸引客流,通常把車站位置選在交通干道的十字路口,此處車流量、人流量很大,地面交通問題突出,車站施工與維持地面交通的矛盾尖銳。在諸多矛盾交織中,采取何種疏解地面交通的對策有時成為選擇施工方法的一個決定性因素。明挖法在這里的選擇受到極

3、大限制,難有作為;暗挖法可以做到不影響地面交通,然而不得不面對造價高、工期長、施工難度大、具有風(fēng)險等一系列問題。在這兩難的境地,蓋挖逆筑法可以在這里一顯身手。蓋挖逆筑法的基本思路是:把對地面交通的影響盡可能減小到人們可以接受的程度,在這一前提下完成車站施工,不致于太影響地面交通。也可以說,這是一種折中的方案,比較能兼顧矛盾雙方的需要,也比較容易被矛盾雙方所接受。從辯證法的角度來說,是對立的統(tǒng)一。2蓋挖逆筑法的技術(shù)特點(diǎn)分析2.1采用蓋挖逆筑法進(jìn)行車站施工的階段性任務(wù)墻、中柱形成垂直受載體系。在頂板以上恢復(fù)永久路面。一旦道路恢復(fù),地面交通也就不再受車站施工的影響。(3在由頂板、樁墻(連續(xù)墻、中柱組

4、成的垂直受載體系的保護(hù)下,向下挖土,構(gòu)筑站廳層和站臺層。2.2蓋挖逆筑法施工的地鐵車站實(shí)例北京地鐵“復(fù)八”線,在我國較早采用蓋挖逆筑法修建地鐵車站。它們分別是天安門東站(圖1、永安里站(圖2、國貿(mào)(大北窯站(圖3。這3個車站的圍護(hù)結(jié)構(gòu)的形式、中柱的基礎(chǔ)各有所長(見表1。(1首先在地面上進(jìn)行分條或分段圍擋,分期調(diào)整交通,交替地施作圍護(hù)結(jié)構(gòu)(樁墻或連續(xù)墻,施作中柱基礎(chǔ)及中柱(北京地鐵車站中柱采用鋼管混凝土柱。(2挖開地面施作車站結(jié)構(gòu)頂板,使頂板與樁墻(連續(xù)邵根大圖2天安門東站(單位:c m (中鐵隧道局施工地鐵車站施工采用蓋挖逆筑法工程實(shí)踐 27現(xiàn)代城市軌道交通2/2004MODERN U RBA

5、N TRANSIT圖4表示天安門東站采用蓋挖逆筑法的施工步驟:地面圍擋后,施作12個300cm 的小豎井;開挖下部4個小導(dǎo)洞,在導(dǎo)洞內(nèi)施作條形基礎(chǔ)。跳槽施作80cm的邊樁孔及200cm 的中柱孔;邊樁孔內(nèi)下鋼筋籠,灌混凝土;中柱孔內(nèi)施作80cm的鋼管混凝土柱,在其周圍填砂。破開路面,施作頂板,恢復(fù)路面;此后按挖一層土、做一層中間板式,達(dá)到了縮短占用路面時間,基本上維持地面正常交通的目的。天安門東站從圍擋施工到破開路面施作頂板,恢復(fù)全部路面交通僅用了不到5個月的時間(139天。由此可見,表13個蓋挖逆筑法施工的車站比較的循環(huán)依次施工。最后挖土到底,施作底板和站臺板。天安門東站地處天安門廣場的東北

6、端,歷史博物館北側(cè),地理位置重要,地面交通繁忙。在“復(fù)八”線復(fù)興門至建國門區(qū)段內(nèi)天安門東站是唯一采用蓋挖逆筑法修建的車站,其它的新建車站如西單站、天安門西站、王府井站和東單站均采用暗挖法施工。天安門東站采用蓋挖逆筑法施工,在地面上實(shí)行分區(qū)圍擋、分期交替施工,地面交通導(dǎo)流與其配合。此外還采取了有利于快速施工和保護(hù)市容環(huán)境的圍護(hù)結(jié)構(gòu)形只要精心組織,措施得當(dāng),蓋挖逆筑法的使用范圍存在擴(kuò)展空間。天安門東站采用人工挖孔,施作邊樁和中柱,并采用條形基礎(chǔ),在許多方面產(chǎn)生積極效果:車站頂部荷載經(jīng)由人工挖孔樁、中柱傳到條形基礎(chǔ)上,不但減小了地基應(yīng)力,而且提高了車站結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,其傳力路線十分明確。采用人工挖孔樁

7、,所用的機(jī)具簡單、工作面多、數(shù)人一孔、各自為戰(zhàn),可以加快施工進(jìn)度。人工挖孔,開挖一段,支護(hù)一段,不用護(hù)壁泥漿,有利于保持地面環(huán)境潔凈。在人工挖孔內(nèi)施作鋼管混凝土柱,其垂直度可達(dá)到很高的精度,因為對中的工作可以在完全受控的條件下進(jìn)行。采用人工挖孔樁和條形基礎(chǔ),有利于防止圖4天安門東站施工步驟(單位:c m 圖2永安里站(單位:c m (北京市政公司施工圖2國貿(mào)站(單位:c m (北京城建公司施工地鐵車站施工采用蓋挖逆筑法邵根大工程實(shí)踐 28MODERN U RBAN T RANSIT 2/2004現(xiàn)代城市軌道交通邊樁向內(nèi)側(cè)移。2.3在蓋挖逆筑中逐漸成型的車站結(jié)構(gòu)的受力變形特點(diǎn)蓋挖逆筑的車站結(jié)構(gòu),

8、與明挖或蓋挖順筑時的結(jié)構(gòu)自下而上的形成過程不同,是隨施工自上而下的進(jìn)展,逐漸形成的。因此結(jié)構(gòu)的受力變形有其特殊性,對結(jié)構(gòu)部件的性能、作用有特殊的要求。(1在恢復(fù)路面后形成了由頂板、圍護(hù)結(jié)構(gòu)外墻(樁墻或連續(xù)墻和中柱組成的垂直受載體系,此后全部施工都在地下進(jìn)行。垂直受載體系既是施工期間的受力支撐結(jié)構(gòu),也是使用期間的永久受力結(jié)構(gòu),因此要求它們必須具有適應(yīng)各階段受力的足夠強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性。(2自上而下地開挖土方,施作內(nèi)墻和梁板的過程中,由于土體的卸載作用,使邊樁和中柱的受力條件發(fā)生變化,尤其是邊樁原來是兩側(cè)受壓,現(xiàn)在變?yōu)橐粋?cè)受壓,一側(cè)臨空;原來是中心受壓桿件,現(xiàn)在變?yōu)閺潐簵U件。因此對其在垂直方向的不

9、均勻沉降,在水平方向的彎曲位移必須密切注意。在自上而下的施工過程中,各層板一方面起著水平支撐的作用,另一方面還起著保護(hù)下層安全施工的作用,因此要求上層鋼筋混凝土板的混凝土達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度后方可進(jìn)行下層土方開挖。(3梁、板、柱節(jié)點(diǎn)、墻、板節(jié)點(diǎn),都是自上而下的施工中逐步形成的,并要求其立即傳力,因此為了保證節(jié)點(diǎn)的連接強(qiáng)度,使其傳遞內(nèi)力可靠,必須從受力設(shè)計、構(gòu)造措施和施工工藝方面,采取切實(shí)措施。(4當(dāng)土方開挖到車站結(jié)構(gòu)底部,底板尚未施作,而這時上部的荷載全部經(jīng)由樁墻(或連續(xù)墻、中柱向下傳給地基,于是樁墻(或連續(xù)墻、中柱達(dá)到前所未有的不利的工作狀態(tài)。按施工階段有限元計算結(jié)果表明,這一階段是結(jié)構(gòu)受力最不利的

10、階段,因此開挖底層土方時需要考慮設(shè)置臨時支撐,做到隨挖隨撐,防止樁墻失穩(wěn)。2.4蓋挖逆筑法的關(guān)鍵技術(shù)2.4.1中柱與邊樁的不均勻沉降問題為了保證車站結(jié)構(gòu)的承載能力和穩(wěn)定性,對采用蓋挖逆筑法施工的車站,設(shè)計要求邊樁與中柱的相對沉降量不大于1015mm,中柱的絕對沉降量不大于20mm。為達(dá)到這一點(diǎn),主要是提高中柱柱基的承載力,減小沉降量。永安里站的中柱基礎(chǔ)采用1500mm 的灌注樁,對樁基的底端進(jìn)行定壓、定量注漿,以改善樁端強(qiáng)度,控制沉降變形(圖5。國貿(mào)站的中柱基礎(chǔ)采用兩幅十字交叉的連續(xù)墻組成的十字樁(每幅尺寸為3000mm 600mm,以提高其側(cè)摩阻力,進(jìn)而提高其承載力(圖6。天安門東站在邊樁、

11、中柱下采用條形基礎(chǔ),使邊樁、中柱基底應(yīng)力趨于均勻,從而防止不均勻沉降。2.4.2中柱的垂直度問題永安里站設(shè)計要求中柱的垂直度偏差不超過1/600(柱長,通過上下對中并采用專門的定位裝置,使中柱實(shí)際的垂直度偏差均在1/1000(柱長以內(nèi)。中柱的安裝定位見圖5。天安門東站通過人工挖孔安裝中柱,其垂直度得到精確控制。2.4.3底層邊樁向內(nèi)側(cè)移問題永安里站、國貿(mào)站在開挖底層土方時,一方面加強(qiáng)觀測,另一方面采取“先中后側(cè)”的挖土次序,必要時加橫撐的辦法,阻止邊樁向內(nèi)側(cè)移。天安門東站在小導(dǎo)洞內(nèi)施作條形基礎(chǔ),極大地增強(qiáng)了抵抗側(cè)壓力圖5永安里站中柱基礎(chǔ)和中柱的施工工藝圖地鐵車站施工采用蓋挖逆筑法邵根大工程實(shí)踐

12、 29現(xiàn)代城市軌道交通2/2004MODERN U RBAN TRANSIT的能力,阻止邊樁向內(nèi)側(cè)移。2.4.4內(nèi)墻逆向接茬問題頂板和中間板施工時,在靠邊樁的一側(cè),向下留有內(nèi)墻預(yù)留鋼筋,用作與下層內(nèi)墻接茬。接茬施工時,應(yīng)注意鋼筋的焊接質(zhì)量、新舊混凝土的牢固結(jié)合和混凝土灌注的飽滿密實(shí)。2.4.5同時出現(xiàn)在同一斷面上的鋼筋接頭問題由于分段施工的原因,會出現(xiàn)鋼筋接頭都處在同一斷面的情況。為了保證鋼筋接頭的連接強(qiáng)度,采用擠壓焊或接駁連接的方式,使鋼筋接頭的連接強(qiáng)度不低于鋼筋的正常強(qiáng)度。2.4.6梁、板、柱節(jié)點(diǎn)、墻、板節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度問題采用蓋挖逆筑法施工的車站結(jié)構(gòu),交會于同一節(jié)點(diǎn)的各構(gòu)件不是同步完成,要求節(jié)點(diǎn)

13、達(dá)到預(yù)期的工作狀態(tài),必須采用強(qiáng)固的構(gòu)造措施,提高節(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度和剛度。3對蓋挖逆筑法,一要善待,二要善用綜上所述,蓋挖逆筑法用于修筑地鐵地下車站的優(yōu)點(diǎn)較多,其推廣應(yīng)用的空間還可以擴(kuò)展。它的優(yōu)點(diǎn)可以歸納如下。(1蓋挖逆筑法通過分條、分段交替在地面施工,從圍擋破開路面到恢復(fù)永久路面,可以一次性完成,此后施工均在地面下進(jìn)行。天安門東站從路面破土到恢復(fù)路面交通僅用139天(不到5個月,如果車站整個工期按一年半(18個月計,則局部占用路面(仍維持地面交通的時間僅26%。如果采用蓋挖順筑法,修建臨時路面要破開路面1次;把臨時路面改為永久路面,還要破開路面1次,一共2次影響地面交通。(2在鋼筋混凝土頂板、中間板

14、達(dá)到混凝土設(shè)計強(qiáng)度后,即能起基坑水平橫撐的作用。它所具有的強(qiáng)大剛度,決非明挖基坑中所用的鋼支撐可以相比。圍護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定可使周圍地面沉降得到控制,從而有利于保護(hù)周圍建筑物的安全。而且,與明挖或蓋挖順筑時的基坑相比,可節(jié)省大量鋼支撐,有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。此外,由于不用鋼支撐,施工空間大,無障礙,便于使用挖土、裝土和運(yùn)土機(jī)械,提高施工效率。(3頂板和中間板的施工可以利用土模,土模技術(shù)易于掌握。一方面可以節(jié)省立模、立支架的時間,另一方面可以節(jié)省木材或鋼模板。(4至于車站結(jié)構(gòu)施工的安全、質(zhì)量問題,只要對關(guān)鍵技術(shù)問題處置得當(dāng)(操作上也可以達(dá)到,應(yīng)該比其它施工方法更易控制,更易保證。(5圍護(hù)結(jié)構(gòu)的型式選擇余地

15、較大。除人工挖孔樁、鉆孔灌注樁、連續(xù)墻以外,咬合樁也是一種選擇。(6車站施工除地面短期受雨雪天氣影響外,大部分的工程量基本上在地面以下全天候施工完成。(7蓋挖逆筑法適用于修建多層、多跨包括地鐵車站在內(nèi)的大型結(jié)構(gòu),為綜合利用地下空間提供一種具有競爭力的施工手段。4結(jié)束語采用蓋挖逆筑法修建地鐵車站,只要采取的施工措施得當(dāng),組織安排嚴(yán)密,完全可以使占用路面施工的時間壓縮到地面交通可以承受的程度。換句話說,地面交通管理部門同地鐵施工部門密切配合,對地面交通作適當(dāng)疏導(dǎo)和調(diào)整,盡量做到既不太影響地面交通,又給地鐵施工單位創(chuàng)造必要的施工條件,那么,采用蓋挖逆筑法修建地鐵車站有可能在更多的地段和場合被推廣應(yīng)用

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