地下车站半盖明挖顺筑法施工技术

地下车站半盖明挖顺筑法施工技术 （深圳地铁 3 号线 3101 标项目经理部 郭平） 1.工程简价 深圳地铁 3 号线首期工程起于红岭站，止于龙岗双龙站，全长 32.86 公里，设车站 22 座，其中地下站 6 座，高架站 15 座，半地下 站 1 座，车辆段 1 个，主变电站 2 座。由于 2011 年 8 月第 26 届世 界大学生运动会将在龙岗举办，因此深圳地铁 3 号线也被称为“大 运专线” 。 3101 标包括红岭站、晒布站两个地下车站，红老区间、老晒 区间、晒翠区间三个盾构区间；合同总价 5.5 亿元。 红岭站全长 461.37 米，车站设计为地下二层三跨、二层双跨 及单层双跨（中庭）现浇钢筋混凝土矩形框架结构； 红岭站位于红荔/红岭路交叉口西侧，车站沿红荔路布置。由于 红荔路为城市主干道，为保证市车辆通行不受影响，车站采用倒边 法半盖挖半明挖顺筑法进行施工。 2.总体施工工艺 2.1 第一阶段 南侧新建两个机动车道，将道路疏解至南侧双向四车道，围挡 北侧； 施工北侧地下连续墙、中间临时钻孔桩及北侧临时路面系统； 2.2 第二阶段 北侧新建两个机动车道，交通疏解至北侧双向四车道，围挡南 侧施工； 施工南侧地下连续墙及南半幅支撑梁，进行车站主体土方开挖 及车站主体结构施工，待主体结构施工完毕进行顶板防水施工、南 半幅支撑梁拆除及南侧顶板回填施工；同时安排南侧附属进行施工。 2.3 第三阶段 南侧顶板之上恢复两个机动车道，南北侧同时围挡进行主体和 附属的施工。主体进行北侧路面系统的破除、中间临时桩的破除、 主体孔洞的封堵及内部结构的施工；东端由于区间盾构场地施工， 暂不倒边； 3.几点体会 3.1 车站临时路面系统方案比选 本工程受环境限制，为减小对已经非常拥挤的地面交通的干扰， 本车站采用半铺盖法进行施工。 3.1.1 方案一：钢筋混凝土支撑梁上设盖板铺盖 3.1.2 方案二：军用梁铺盖法 应用实例 1：南京地铁二号线一期工程新街口站采用加强型单 层六四式军用梁铺盖法施工,达到交通不断路的目的。 军用梁均采用单层加强型六四式军用梁,跨度为 24m,应用于车站 主体结构部位。军用梁榀中心间距为 1.0m(出土洞口宽 3m,出土洞口 外围军用梁榀中心间距 0.6m);军用梁系统结构采用斜向及纵向联结 系,以加强军用梁整体稳定。 3.1.2 方案二：军用梁铺盖法 应用实例 2：深圳地铁科学馆站采用六四加强型军用梁作为主 梁，在军用梁上铺设路面板，形成临时路面系统。 军用梁均采用单层加强型六四式军用梁,跨度为 21m,应用于车站 主体结构部位。军用梁榀中心间距为 2.0m；军用梁系统结构采用斜 向及纵向联结系,以加强军用梁整体稳定。 3.1.3 方案三：自制钢桁架铺盖法 3.1.4 方案比选 钢筋混凝土支撑加盖板方案：施工简便，材料不占用场地，拆 除后废旧钢筋可折减成本； 军用梁方案：使用周期长，如采用租赁不划算，如自购，则需 周转 23 次较为有利，再则场地无堆放条件； 钢桁架方案：不属定型产品，一次性投入，如不能多次周转使 用，使用价值不高，同样存在场地存放问题； 最终决定采用第一种方案，即钢筋混凝土支撑加盖板方案。 3.2 围护结构型式 3.2.1 围护结构选型 本车站基坑距周边建筑物距离较近，加之车站设计为叠合结构， 因此选用地下连续墙。地下连续墙围护结构具有以下特点： 1、刚度大，开挖深度大，可适用于所有地层； 2、强度大，变位小，隔水性好，同时可兼作主体结构的一部分； 3、可临近建筑物、构长物使用，环境影响小； 地下连续墙在设计优化时应结合地质情况、周边建筑物情况， 统筹考虑其嵌入深度、内撑方式来优化含筋量。地下连续墙的优化 应全面考虑，即“此弱彼强” ，如一味追求地连墙的优化，减小配筋， 减小嵌入深度，则基坑内支撑方面则需加强，那么随之带来的是基 坑开挖及主体施工难度加大，围护结构变形增大，对周边建筑物影 响加大。 3.2.2 围护结构内撑方式 本工程围护结构共设四道内支撑，其中第一道为钢筋混凝土支 撑，第二道 第四道为钢管（600）支撑。 内撑布置方式不甚合理，对土方开挖及主体施工影响较大，后 根据监测数据及现场施工条件，将支撑优化为三道，即一道钢筋混 凝土支撑，两道钢管支撑。 上图为四道撑方式，其中第一道为钢筋混凝土支撑，以下为三 道钢支撑加一道倒撑，施工顺序为：先施工底板，等强后拆除第四 道支撑，浇筑站台层部分侧墙，架设倒撑，拆除第三道支撑，浇筑 站台层部分侧墙及中板，中板等强后拆除第二道支撑，浇筑站厅层 侧墙及顶板。 上图为三道撑方式，其中第一道为钢筋混凝土支撑，以下为两 道钢支撑，施工顺序为：先施工底板，等强后拆除第三道支撑，浇 筑站台层侧墙及中板，中板等强后拆除第二道支撑，浇筑站厅层侧 墙及顶板。 可以看出四道撑方案多了一道倒撑，增加一道工序，而且中板 浇筑后倒撑被封于中板之下，拆除非常困难，内撑方案显然存在诸 多弊端。 3.3 地下连续墙施工控制 3.3.1 成槽机械 抓斗式成槽机是地铁施工较为常用的一种成槽设备，优点是费 用较低，租赁方便；缺点是只能挖掘土层及全风化地层，而且垂直 度控制精度较低。 双轮铣是较为先进的一种成槽设备，费用较高，成槽精度控制 较高，可适用于土层、全风化地层、强风化地层。 本工程采用抓斗式成槽机。 3.3.2 垂直度控制 垂直度控制对地连墙施工而且非常重要，施工时既要保证墙体 不侵线，又要保证减小内衬墙混凝土最大亏损。地连墙垂直度精度 要求为 0.3%H（H 为基坑开挖深度） ，本车站基坑深 17.5 米，则地 连墙需外放 5cm。 导墙净宽比地连墙宽 4cm,因此，导墙外放值为 5+27cm。 1、在成孔之前，按槽段幅度的不同划分孔位，标于导墙壁上； 2、冲桩机就位，即在冲桩之前，提起冲锤至地面，略高于导墙面， 使锤中心与孔位中心点对中。 3、徐徐地放下至孔底，用钢尺在导墙面量测钢丝中心与连续墙中心 的距离。 4、对于不同深度偏差，可以采用相似三角形原理，即用钢尺在测出 锤位所在深度的偏差时，则推算出不同深度的偏差。 以上办法检验地连墙垂直度较为落后，为弥补方法的不足，必 须做到勤观察、勤检测。 检验垂直度较为先进的方法为使用超声波探测仪，仪器购置费 用约为 30 万元人民币。 总之，地连墙的垂直度是施工中的控制重点，必须严格控制， 通过提高垂直度控制的精度可大大提高效益。 其它控制方面如：泥浆的控制、地连墙钢筋、槽段接头处理等 也是控制的关键点，不再赘述。 3.4.1 基坑降水 车站范围内主要为残积层及全风化层，残积层遇水崩解软化的 现象非常明显。前期采用坑内明沟降水，效果不理想，后采用管井 降水，效果大为改善。 坑内明沟降水 管井降水 3.4.2 机械配置 坑内 1 台 0.25m3 挖机，3 台 0.6m3 挖机；基坑外侧配 1 台 1m3 挖机向上翻土。 挖机 4 的挖土及倒土量决定了基坑土方开挖速度，根据现场统 计，挖机 4 的工效为 80 方/小时，每日具备挖土时长平均为 14 小时 （已扣除钢支撑安装等影响时间） ，则单日挖土量可达到 1120 方。 若考虑其它因素影响，每日实际挖土能力按 900 方计，基本能满足 车站主体施工进度要求。 3.4.3 基坑开挖与钢支撑安装的关系 设计要求土方挖至每道钢支撑位置下 0.5 米，即安装钢支撑， 现场实际操作则做不到。 土方开挖采取分段分层的方法，挖机活动范围内每小段长 6 米， 高 3 米左右，在挖机活动区域有 611 根钢支撑需先挖后撑。 在开挖过程中需注意以下几点： 1、开挖过程中可采取拉中槽留三角土等方法，小范围增加挖机的活 动范围，减小挖土难度； 2、结合监测数据信息化施工，在挖土与钢支撑安装间寻找平衡点； 3、尽量缩短挖土、钢支撑安装、主体施工各工序之间的衔接时间， 利用土体变形的时间差，正确理解“时空效应”理论。 3.5 主体结构施工 主体施工工效：垫层 1 天、土建接地 2 天、底板 8 天、站台层 侧墙及中板 15 天、站厅层侧墙及顶板 15 天。 主体每个作业面站台层配 4 套支架模型、站厅层配 4 套支架模 型，中板及顶板每隔 3 节后作以便支架倒运，这样可形成流水作业。 3.6 混凝土结构自防水理念 3.6.1 各地的防水设计原则 上海地铁 “以防为主，多道设防，因地制宜，综合治理，防排结合” ； 广州地铁 “以防为主、刚柔结合、多道防线、因地制宜，综合治理” ； 深圳地铁 “以防为主，防排结合，刚柔相济，多道防线，因地制宜，综合治 理” ； 香港地铁 “以混凝土自防水为主，防排结合” 。 3.6.2 结构开裂主要有以下四种类型 荷载开裂由外部荷载或局部应力集中引起的开裂； 沉降开裂由地基基础不均匀沉降引起的开裂； 收缩开裂因混凝土收缩时受到约束而引起的开裂； 温度开裂环境温度的剧烈变化或结构各部分温差引起 的的开裂。 3.6.3 防止混凝土收缩系统解决方案 设 计 方 面 1.严格控制主体结构的实际强度,设计中低强度的防水混凝土。 2.减少水泥用量，增加优质粉煤灰比例，水泥用量不超过 280 kg/m3， 优质粉煤灰不低于胶凝材料的 30% 3.降低坍落度,即车站控制在 100mm 以内；区间控制在 120mm 以内。 施 工 方 面 1.缩短施工缝间距，车站宜控制在 16m 以内，区间宜控制在 10m 以 内。 2.严格控制混凝土的入模温度(高温时段、现场等待、原料暴晒、水 温。 3.必须在围护结构无渗漏条件下施作内衬。 4.混凝土及早养护；全面推广混凝土自动水喷淋养护系统。 5.高品质混凝土输送泵，确保降低坍落度。 3.6.4 决定防水效果的因素 一个设计理念：以“混凝土结构自防水为根本” ； 两个施工工艺：围护结构不得渗漏、缩短施工缝间距； 三个技术措施：减少水泥用量增加优质粉煤灰；降低坍落度 选好混凝土输送泵；自动水喷淋早期养护。 4.小结 1、盖挖法施工可解决地铁施工对城市拥挤的地面交通的干扰，该方 法在欧州、新加坡、日本及中国台湾应用较多，但在国内尚未普及； 2、盖挖法施工工序较多，建造持续时间较明挖站长，而国内地铁工 期都比较紧，单就工期而言，不利于采用此种工艺； 3、盖挖法如需普及，尚需完善临时路面铺盖工法，如日本地铁车站 采用标准化定型式的装配式铺盖产品，可重复多次使用，大大降低 了施工成本； 4、围护结构的设计优化应统筹结合整体考虑，以提高施工整度，确 保基坑安全及周边建筑物安全为前提； 5、基坑开挖后核对地质参数，结合监测数据对设计方案进行调整； 6