廈門南站地下車站運營方案

廈門南站地下車站運營方案

廈門火車北站的車站采用了上下出，地鐵線路根據(jù)距離市中心的概念設計。為保證高鐵的通車運營,整個工程采用站房先行施工,在站房正常使用后,線下地鐵后續(xù)開挖的施工組織設計。高鐵的正常運營對后續(xù)地鐵的開挖變形提出了極為苛刻的要求。本文主要介紹了廈門北站地鐵基坑后續(xù)明挖過程中,為控制變形而采用的組合支護結構技術。1工程施工及技術難點廈門北站規(guī)劃地鐵1號線和4號線穿越高鐵出站通道和北高架的下方。地鐵1號線呈南北走向,為地下一層車站;地鐵4號線呈東西走向,為地下二層車站。其中地鐵1號線從高鐵的剛架橋的中墩穿越,與高鐵線路(基礎)關系如圖1所示,地鐵側壁緊貼高鐵的剛架橋的中墩基礎,地鐵基坑支護樁距離剛架橋的基礎樁中心距離僅為1.6m。地鐵1號線基坑開挖時,高鐵的8座剛架橋已經(jīng)施工完畢,站房正線以南東西出站通道開始啟用,具備旅客上下車通行的條件,且上部動車組及貨運車開始通行。地鐵1號線基坑開挖完成后,站房南高架及剛架橋距基坑底部的凈空約為17.0m,如圖1(b)所示,地鐵4號線基坑開挖深度為19m,均屬于深基坑。工程存在以下技術難點:(1)站房結構先期完成,樁基承臺高度在地鐵線路頂部,地鐵開挖引起的剛架橋的穩(wěn)定性變化是施工安全性的關鍵,必須將基坑位移控制在合理的范圍內(nèi),從而保證上部結構的正常使用,保證高鐵的安全穩(wěn)定運行。(2)上部剛架橋正常使用,列車通行速度最高達300km/h。周期性的振動荷載對基坑支撐體系的安全度影響很大,如果不仔細分析,有可能造成支護失效,基坑坍塌。鑒于以上兩個方面,既要保證既有結構的安全和正常使用,又要保證基坑支護的安全,采用的支護技術需要經(jīng)過嚴謹?shù)脑O計和計算。2基坑支護方案設計地鐵1號線穿越了廈門北站的8座剛架橋12條軌道,因此對地鐵的基坑開挖變形值提出了更高的要求,結構變形值不能超過10mm。針對不同的邊界條件,對地鐵1號線的基坑支護結構設計采用混凝土鉆孔灌注樁加鋼筋混凝土內(nèi)支撐和鋼管內(nèi)支撐各一道的支護形式,如圖2所示。對地鐵4號線,在靠近站房結構的部位采用一道混凝土內(nèi)支撐加兩道鋼管內(nèi)支撐的支護形式,不靠近站房部位的支護結構采用預應力錨索,如圖3所示。2.1混凝土內(nèi)支撐設計混凝土內(nèi)支撐由于剛度大、整體性好且各節(jié)點采用整體澆注的方式,不會因為節(jié)點松動而引起基坑的位移,因此在地鐵1、4號線支護體系施工過程中,第一道支撐采用混凝土內(nèi)支撐的結構形式?；炷羶?nèi)支撐的布置采用相互正交的對撐布置方式,該布置形式的對撐系統(tǒng)具有支撐剛度大、傳力直接以及受力清晰的特點,適合在變形控制要求高的基坑工程中應用。本工程的混凝土內(nèi)支撐采用爪型正交對撐布置形式,混凝土內(nèi)支撐與支護樁頂部冠梁整體澆注,混凝土支撐間距為6m,爪型間距為2m,截面尺寸為600mm×1000mm。在混凝土支撐梁的中間部位用42c工字鋼立柱進行支撐。2.2鋼支撐的作用鋼管內(nèi)支撐具有自重輕、安裝、拆卸方便、施工速度快以及可以回收使用等優(yōu)點,且安裝后能夠立即發(fā)揮支撐作用,避免由于時間效應導致基坑位移增加。鋼支撐主要由4大部分組成:鋼圍檁、一端固定端、中間段和活動端。鋼支撐的節(jié)點構造復雜和安裝質量要求較高,如處理不當,將由于節(jié)點變形而改變節(jié)點傳力的方式,引起基坑過大的位移。2.2.1下安裝鋼圍檁采用2根Ⅰ45c工鋼加綴板焊接而成。鋼牛腿三角托架采用L75×8角鋼加工焊接制作而成,如圖4所示。2.2.2鋼管的連接鋼管支撐的規(guī)格為Ф609×16,鋼管支撐分節(jié)制作,每節(jié)標準長度為6m,同時配備部分長度不同的短節(jié)鋼管,以便基坑斷面尺寸變化的調(diào)整,管節(jié)之間采用法蘭盤、M8高強螺栓連接,同時每根鋼管支撐兩端分別配活動端和固定端,活動端設預加軸力裝置?？紤]到4號線施工時需要倒撐,每個鋼管支撐上配有1~2個0.25m長短節(jié)鋼管。2.2.3預應力的施加和復加鋼支撐安裝到位后,吊機將液壓千斤頂放入活動端頂壓位置,按設計要求逐級施加預應力,第一階段通過特制的液壓千斤頂對鋼管支撐活動端端部施加設計軸力的40%~60%的預加力,再用特種鋼特制的楔形楔子塞緊,取下千斤頂。在基坑開挖中將充分利用“時空效應”,鋼支撐的安裝和預應力的施加控制在16h以內(nèi)。在鋼支撐施工完一段時間后,可能會因松動導致應力損失,可以復加一次以上預應力,復加預應力,應以檢測數(shù)據(jù)為主,以人工檢查為輔,其復加位置應主要針對正在施加預應力支撐的上一道支撐及暴露時間過長的支撐。復加應力值應控制在預加值的110%。2.2.4臨時鋼梁背景安裝,加強監(jiān)督當主體施工到最下一道鋼支撐時,考慮到基坑安全,將支撐向下倒撐到已做好的結構側墻上。倒撐前應先在臨時立柱樁上的倒撐設計標高處安裝臨時鋼梁并對相鄰的鋼支撐復加預應力一次。復加值不大于設計預加應力值的110%。倒撐時不可一次倒撐多根鋼管撐,待第一根倒撐完成后,方可倒撐下一根,逐一進行。2.3鋼支撐的清理和開挖開挖(1)鋼筋混凝土支撐的拆除。待結構施工完成后,達到混凝土的設計強度,即對混凝土支撐進行拆除?？紤]到現(xiàn)場的實際情況,采用靜態(tài)膨脹劑拆除法,即在支撐梁上按設計孔網(wǎng)尺寸鉆孔眼,鉆孔后灌入膨脹劑,數(shù)小時后利用膨脹力將混凝土漲裂。然后風鎬清除。(2)鋼支撐的拆除。當?shù)罔F底板混凝土澆筑完成,達到混凝土強度的75%后可進行第2道鋼支撐的拆除。鋼支撐體系拆除的過程其實就是支撐的“倒換”過程,即把由鋼管橫撐所承受的側向土壓力轉至永久支護結構或其它臨時支護結構?？紤]到上部混凝土支撐以及臨時鋼梁的影響,拆除時將每榀鋼支撐分為兩段拆除。如果上一層是鋼支撐,則必須對其復加應力一次。復加值為設計鎖定應力的1.1倍。用一臺200t千斤頂頂開活動端,取下楔子。卸載加力時,要分級加力,每級增量不得超過20kN,邊加力邊用榔頭敲打楔子。一旦松動停止加力,取下楔子。卸載時分三級卸載,第一級為卸載至0.8的最大應力值,停頓3min~5min,進行第二級卸載;第二級卸載至0.5的最大應力值停頓3min~5min,第三級卸載至零,取下千斤頂。一次卸載一根支撐的軸力,但不能將鋼管撐卸下,在卸載前,要求監(jiān)測方對邊坡進行監(jiān)測,卸載后連續(xù)24h監(jiān)測,記錄邊坡坡頂和一定深度范圍內(nèi)的位移變化情況,如果出現(xiàn)以下情況,立即回復鋼支撐應力,啟用備用方案:(1)位移變化較大,超過預警值3‰也即28.5mm。(2)相鄰支撐軸力急劇增大。如果位移變化不大,相鄰支撐軸力無異常現(xiàn)象則可拆除,原則上卸力要隔一根卸一根,不得連續(xù)卸力。拆除立柱樁左邊支撐前,先拆除限位鉸,將鋼支撐舉起0.6m,左邊向前移動2m,右邊向后移動2m,多次調(diào)整后,使得鋼支撐右端離開鋼梁,能夠整體放置于底板上,拆除剩余螺栓,分開運走,用吊車吊出基坑。根據(jù)以上分組情況,每個組中先拆除一個單元,不得一次性全部拆除,保留一根在出現(xiàn)意外情況時及時回復軸力,以保證邊坡的穩(wěn)定。3鋼管支撐的開挖(1)鋼管支撐的設置時間必須嚴格掌握設計工況條件,土方開挖時需分段分層,嚴格控制安裝支撐所需的基坑開挖深度。(2)組合千斤頂預加力必須對稱同步并分級加載,為確保對稱加載,可通過同一個液壓泵站外接T形閥門,分別接至組合千斤頂。(3)預加軸力完成后,應將伸縮腿與支撐頭后座之間的空隙用鋼板楔塊墊塞緊密,鎖定鋼支撐預加軸力后再拆除千斤頂。(4)橫撐應對稱間隔拆除,避免瞬間預加應力釋放過大而導致結構局部變形、開裂。(5)基坑開挖過程中要防止挖土機械碰撞支撐體系,以防支撐失穩(wěn),造成事故。為防止基坑內(nèi)起吊作業(yè)時碰動鋼管支撐,每根鋼管支撐、鋼圍檁要求通過鋼絲繩固定在支護樁或冠梁上。(6)施工過程中加強監(jiān)測,若因側壓力造成鋼管支撐軸力過大,造成支撐撓曲變形,并接近允許值時,必須及時采取增加臨時豎向支撐等措施,防止支撐撓曲變形過大,保證鋼支撐穩(wěn)定,確?；影踩?。(7)基坑豎向分層開挖,遵循“先撐后挖”的原則,支撐的安裝應與土方施工緊密結合,在土方挖到設計標高的區(qū)段內(nèi),及時安裝并發(fā)揮支撐效用。(8)確保鋼管支撐與鋼圍檁正交,斜撐要確保抗剪蹬角度與斜置角度一致,鋼管橫撐安裝后應及時施加預應力。(9)鋼管支撐、鋼圍檁為鋼構件,一定要確保焊縫質量,使用前需進行無損傷焊縫檢測。(10)鋼支撐拆除前,先對上一層鋼支撐進行一次預加軸力,達到設計要求以保證基坑安全。(11)拆除時應避免預加應力瞬間釋放過大而導致結構局部變形、開裂。(12)利用主體結構換撐時,結構的樓板或底板混凝土強度應達到設計強度。(13)鋼支撐的拆除時間按設計要求進行,否則應進行支承結構的強度及穩(wěn)定安全核算。4回撐過程中的位移檢測在施工開挖過程中要隨時進行變形觀測,其中地鐵4號線測點布置如圖5所示。基坑開挖前要進行原始數(shù)據(jù)的測量,隨著每一步的開挖,均要進行跟蹤測量,在鋼支撐卸載時要進行全天候的觀測,發(fā)現(xiàn)異常立即通知相關人員并進行回撐作業(yè)。通過現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)(如圖6所示,其中SP29、SP30、SP31為組合支撐形式的位移觀測點,臺階式的位移曲線表示的是每一皮土方開挖形成的位移量。CX25為預應力錨索部位的位移觀測點的曲線)的對比發(fā)現(xiàn):采用混凝土支撐與鋼支撐的組合支護結構施工技術,地鐵1、4號線的基坑變形得到了很好的控制,1號線基坑變形量控制在4mm~7mm,