地鐵車站基坑鋼支撐安裝與置換技術

地鐵車站基坑鋼支撐安裝與置換技術

設計地鐵車站周邊結構主要采用孔樁、地下連續(xù)墻等周邊結構體?；窘Y構的支撐體系主要包括鋼支撐體系、鋼筋混凝土支撐體系、鋼筋混凝土和鋼支撐混合系統(tǒng)。常見的鋼支撐有?609mm×12mm,?609mm×16mm等,支撐活動端活絡頭有單活絡頭和雙活絡頭兩種,鋼支撐采用格構式鋼圍檁,型鋼中立柱由型鋼加工而成,基礎多采用鉆孔樁基礎。1車站宏觀結構及基坑開挖杭州市地鐵1號線試驗段秋濤路車站位于杭州市秋濤路與婺江路交叉路口,沿婺江路地下布置,穿過秋濤路和新開河為地下雙層島式車站,車站總長259.6m,寬18.9m。地下1層為站廳層,地下2層為站臺層。整個車站由車站主體、出入口及風道組成,采用雙層雙跨箱形框架結構。車站頂板覆土埋深約5.0m,車站結構底板埋深約17.5m。車站基坑支護采用?1000mm@750mm鉆孔咬合灌注樁,樁長分35、33、28m等幾種,內設?609mm、t=16mm,?609mm,t=12mm的鋼管支撐,豎向設5～6道,縱向間距4m。開挖范圍內的土層總體特征是:高含水量和大孔隙比、高壓縮性、低強度、透水性好,易產生流砂、涌水。基坑開挖過程中地層分布和設計詳勘基本相符?；娱_挖深度范圍內主要遇到雜填土、砂質粉土和砂質粉土夾粉砂,地下水位埋深0.85～3.45m。本工程于2004年11月開工,于2007年3月竣工。2基礎開挖、支撐設備和交換技術2.1周邊基坑開挖車站主體基坑分16段開挖,見圖1。由于車站與秋濤路垂直交叉,并被秋濤路分為東西兩部分,施工初期東區(qū)33軸-19軸場地拆遷基本完成,場地圍擋后施工干擾較小,西區(qū)受秋濤路交通及9層住宅樓和新開河影響,施工干擾較大。所以將車站以16軸為界分為東西兩區(qū)組織施工,在16軸東側1.5m處橫向設?1m排樁隔水墻,排樁樁長33m。東西兩區(qū)基坑開挖均采取由兩端向中間分段分層開挖的方法。由于車站絕大部分地層飽水振動易液化,極易坍塌變形、穩(wěn)定性差,極易產生流砂現(xiàn)象。開挖時充分考慮時空效應,盡量分小段開挖,開挖到位后及時架設鋼支撐。掏槽開挖至支撐架設(包括加力)控制在6h內完成。每一段從上到下分4層開挖,縱向開挖分段情況見圖1。2.2鋼支撐結構(1)挖溝、挖溝長度和測量基坑內鋼支撐位置的土方實行掏槽開挖。掏槽開挖至支撐底部以下50cm,量測槽長,反饋數字給地面上的支撐架設班現(xiàn)場拼裝支撐。(2)高強螺栓的制作鋼支撐事先在基坑頂地面按設計需要的長度法蘭接長拼接,法蘭螺栓采用高強螺栓,采用對角和分等份順序擰緊。鋼支撐最終拼接長度(活絡頭活動插銷伸長量為0時的狀態(tài))比設計長度小10cm,架設時10cm空隙用調節(jié)活絡頭彌補,活絡頭最大伸縮長度應控制在40cm以內。(3)制作鋼圍和安裝預應力錨索墻第1道支撐不設鋼圍檁,支撐直接架設在冠梁內側預埋鋼板上。第2道以下支撐均設置鋼圍檁,鋼圍檁采用2I45a型鋼并列焊接成格構式鋼圍檁,段間接長采用搭接鋼板焊接,接頭位置在鋼支撐中心線左右各1/6支撐間距范圍內。鋼圍檁底用75mm×8mm三角形角鋼支托,角鋼支托用M20的膨脹螺栓與鉆孔咬合樁進行固定。每榀鋼圍檁長6m,設計4個支托。掏槽開挖土方至圍檁以下20cm,即開始沿基坑兩側對稱位置架設2榀鋼圍檁。與地下連續(xù)墻不同的是鉆孔咬合樁靠基坑側為樁柱式弧形面,鋼圍檁與咬合樁墻接觸面無法保證均勻緊貼,因而采用樁間填塞C20細石混凝土來保證鋼圍檁與鉆孔咬合樁墻密貼。將拼裝好的圍檁用吊車或龍門吊吊放在支托上,用一?16mm鋼筋拉鉤從圍檁上緣斜向將其與咬合樁墻焊接固定。圍檁安裝示意見圖2。(4)管身、端頭、千斤頂軸線安裝用龍門吊吊運鋼支撐就位后架設。鋼支撐安裝時,管身、端頭、千斤頂各軸線要在同一平面上,架設后,若需要設置支撐軸力監(jiān)測點或加裝軸力計,應提前安裝。(5)鋼錨系統(tǒng)的布置支撐安裝完畢后應及時檢查各節(jié)點的連接狀況,經確認符合要求后方可施加預壓力。用龍門吊將加壓器的2個千斤頂吊放到活絡頭加壓處,定位加壓,觀察加壓器壓力表,達到設計預加軸力70%后,停止加壓,將鋼楔用大錘打入活絡頭預留孔內,然后減壓卸掉千斤頂。如采用2個以上鋼楔時,上下交錯布置。鋼支撐加力見圖3。列舉23軸第3道鋼支撐支撐加力見表1(加力采用2臺QF100t型分離式油壓千斤頂)。鋼支撐預加力后,在土方開挖和結構施工過程中,做好支撐軸力監(jiān)測工作,根據監(jiān)測結果,發(fā)現(xiàn)異常及時采取補救措施。同時,監(jiān)管好鋼管支撐的安全,杜絕危害支撐安全事件的發(fā)生。(6)斜撐型支護布置形式斜撐體系具有形式簡潔、安全可靠、便于施工、節(jié)約成本等優(yōu)點,目前地鐵車站端頭井主要采用斜撐型支撐布置形式。本工程采用斜支撐支座代替鋼支撐斜頭,在加工鋼支撐時不再加工斜頭,斜支撐支座構造見圖4。第一道斜支撐的支座焊在冠梁內側的預埋鋼板上,第一道以下斜支撐的支座焊在鋼圍檁上。斜支撐的架設、加力同直支撐。2.3支撐和拆除方法(1)吊運鋼錨基礎用龍門吊設平衡吊點吊穩(wěn)鋼支撐,用千斤頂給鋼支撐施加壓力,用大錘打出卡在活絡頭插銷頭部分的鋼楔,然后千斤頂卸載,用吊車吊運鋼支撐至地面鋼支撐堆放處。若在加壓的情況下用大錘難以打出卡在活絡頭插銷頭部分的鋼楔時,可考慮用氧焊從活絡頭插銷頭部分割斷,吊出鋼支撐。(2)站廳層和中板的換撐施工本車站鋼支撐架設時,已考慮鋼支撐的換撐長度,鋼支撐整體拆除后,卸掉換撐節(jié)鋼管后重新拼接,檢查法蘭連接高強度螺栓是否松動、變形,并進行復擰和替換。再次量測拼接好的鋼支撐長度,檢查無誤后做好標記等待架設換撐。換撐架設時首先鑿出內襯墻上的鋼筋,焊接鋼牛腿,架設鋼圍檁,在鋼圍檁上焊接水平托架架設換撐。本站站臺層換撐的具體方法是:底板施工完成后,拆除第6道支撐,開始站臺層內襯墻下半段施工,施工完成后,在內襯墻上架設先前拆除的第6道支撐,加力后可拆除第5道支撐,進行站臺層內襯墻上半段及中板的施工即完成第一次置換工作。站廳層的換撐方法和站臺層的換撐方法類似,這里不再介紹。本站第一次換撐是在底、中板達到設計強度后進行的,因第一次換撐被隔在站臺層結構內部,所以在施工中板時,在中板上要預留吊放換撐的孔洞,以便用葫蘆吊吊放換撐,當換撐吊至底板后,在底板拆除螺栓,分節(jié)用葫蘆吊拉至中板未封閉處再用吊車吊至地面。第二次換撐在中板達到設計強度后進行,施工時在頂板上要預留吊放換撐的孔洞。具體換撐步驟見圖5。加強監(jiān)測對指導施工起著舉足輕重的作用,施工過程中主要加強對鋼支撐軸力、鉆孔咬合樁墻體撓曲、水平收斂量測,在施工期間加大觀測頻率。在基坑荷載、溫度等綜合因素影響下,鋼支撐軸力在支撐置換前后最大增加了240kN,所有置換完成后軸力接近置換前的測值;鉆孔咬合樁墻體撓曲變化增加0.96mm;鉆孔咬合樁墻體水平收斂變化最大收斂3.80mm;鉆孔咬合樁樁體咬合處無明顯開裂滲水現(xiàn)象。監(jiān)測結果表明,置換后的基坑支撐體系是穩(wěn)定安全的。3給鋼支撐加力(1)在基坑開挖與支撐施工中,一定要做到信息化施工,加強監(jiān)測,盡可能縮短圍護墻無支撐狀態(tài)的暴露時間,合理而科學地利用土體自身在開挖過程中控制位移的潛力,合理地安排基坑開挖及支撐步驟。(2)電動油壓千斤頂給鋼支撐加力時,固定底端部分頂在鋼支撐上,活動部分頂在鋼支撐活動端插銷頭端頭板上。加力面積應為2個千斤頂活塞的面積。避免錯將固定底端的直徑或活動頂端的直徑視為活塞的直徑。(3)在基坑施工過程中,支撐不可避免地會產生預應力損失,由支撐預應力損失所引起的圍護結構位移幾乎是不可逆的,所以要根據實測軸力及時復加預應力以補償損失。當圍護結構的水平位移超過警戒值時,還可適量增加支撐軸力,以控制變形,但復加后的支撐軸力和擋墻彎矩必須滿足設計的安全要求。從置換到預加軸力,從托架的設置到支撐的固定等各個環(huán)節(jié)都要認真操作,設專人負責。4地鐵深基坑施工中的問題通過對鋼支撐架設、置換技術的應用,對降低站臺層施工難度、縮短支撐循環(huán)利用周期、確保基坑穩(wěn)定和結構施工起到了積極有效的作用,從而加快了施工進度、減少了成本投入,帶來了較好的經濟效益。隨著施工技術的不斷發(fā)展,