厦门南站地下车站运营方案

厦门南站地下车站运营方案

厦门火车北站的车站采用了上下出，地铁线路根据距离市中心的概念设计。为保证高铁的通车运营,整个工程采用站房先行施工,在站房正常使用后,线下地铁后续开挖的施工组织设计。高铁的正常运营对后续地铁的开挖变形提出了极为苛刻的要求。本文主要介绍了厦门北站地铁基坑后续明挖过程中,为控制变形而采用的组合支护结构技术。1工程施工及技术难点厦门北站规划地铁1号线和4号线穿越高铁出站通道和北高架的下方。地铁1号线呈南北走向,为地下一层车站;地铁4号线呈东西走向,为地下二层车站。其中地铁1号线从高铁的刚架桥的中墩穿越,与高铁线路(基础)关系如图1所示,地铁侧壁紧贴高铁的刚架桥的中墩基础,地铁基坑支护桩距离刚架桥的基础桩中心距离仅为1.6m。地铁1号线基坑开挖时,高铁的8座刚架桥已经施工完毕,站房正线以南东西出站通道开始启用,具备旅客上下车通行的条件,且上部动车组及货运车开始通行。地铁1号线基坑开挖完成后,站房南高架及刚架桥距基坑底部的净空约为17.0m,如图1(b)所示,地铁4号线基坑开挖深度为19m,均属于深基坑。工程存在以下技术难点:(1)站房结构先期完成,桩基承台高度在地铁线路顶部,地铁开挖引起的刚架桥的稳定性变化是施工安全性的关键,必须将基坑位移控制在合理的范围内,从而保证上部结构的正常使用,保证高铁的安全稳定运行。(2)上部刚架桥正常使用,列车通行速度最高达300km/h。周期性的振动荷载对基坑支撑体系的安全度影响很大,如果不仔细分析,有可能造成支护失效,基坑坍塌。鉴于以上两个方面,既要保证既有结构的安全和正常使用,又要保证基坑支护的安全,采用的支护技术需要经过严谨的设计和计算。2基坑支护方案设计地铁1号线穿越了厦门北站的8座刚架桥12条轨道,因此对地铁的基坑开挖变形值提出了更高的要求,结构变形值不能超过10mm。针对不同的边界条件,对地铁1号线的基坑支护结构设计采用混凝土钻孔灌注桩加钢筋混凝土内支撑和钢管内支撑各一道的支护形式,如图2所示。对地铁4号线,在靠近站房结构的部位采用一道混凝土内支撑加两道钢管内支撑的支护形式,不靠近站房部位的支护结构采用预应力锚索,如图3所示。2.1混凝土内支撑设计混凝土内支撑由于刚度大、整体性好且各节点采用整体浇注的方式,不会因为节点松动而引起基坑的位移,因此在地铁1、4号线支护体系施工过程中,第一道支撑采用混凝土内支撑的结构形式。混凝土内支撑的布置采用相互正交的对撑布置方式,该布置形式的对撑系统具有支撑刚度大、传力直接以及受力清晰的特点,适合在变形控制要求高的基坑工程中应用。本工程的混凝土内支撑采用爪型正交对撑布置形式,混凝土内支撑与支护桩顶部冠梁整体浇注,混凝土支撑间距为6m,爪型间距为2m,截面尺寸为600mm×1000mm。在混凝土支撑梁的中间部位用42c工字钢立柱进行支撑。2.2钢支撑的作用钢管内支撑具有自重轻、安装、拆卸方便、施工速度快以及可以回收使用等优点,且安装后能够立即发挥支撑作用,避免由于时间效应导致基坑位移增加。钢支撑主要由4大部分组成:钢围檩、一端固定端、中间段和活动端。钢支撑的节点构造复杂和安装质量要求较高,如处理不当,将由于节点变形而改变节点传力的方式,引起基坑过大的位移。2.2.1下安装钢围檩采用2根Ⅰ45c工钢加缀板焊接而成。钢牛腿三角托架采用L75×8角钢加工焊接制作而成,如图4所示。2.2.2钢管的连接钢管支撑的规格为Ф609×16,钢管支撑分节制作,每节标准长度为6m,同时配备部分长度不同的短节钢管,以便基坑断面尺寸变化的调整,管节之间采用法兰盘、M8高强螺栓连接,同时每根钢管支撑两端分别配活动端和固定端,活动端设预加轴力装置。考虑到4号线施工时需要倒撑,每个钢管支撑上配有1~2个0.25m长短节钢管。2.2.3预应力的施加和复加钢支撑安装到位后,吊机将液压千斤顶放入活动端顶压位置,按设计要求逐级施加预应力,第一阶段通过特制的液压千斤顶对钢管支撑活动端端部施加设计轴力的40%~60%的预加力,再用特种钢特制的楔形楔子塞紧,取下千斤顶。在基坑开挖中将充分利用“时空效应”,钢支撑的安装和预应力的施加控制在16h以内。在钢支撑施工完一段时间后,可能会因松动导致应力损失,可以复加一次以上预应力,复加预应力,应以检测数据为主,以人工检查为辅,其复加位置应主要针对正在施加预应力支撑的上一道支撑及暴露时间过长的支撑。复加应力值应控制在预加值的110%。2.2.4临时钢梁背景安装,加强监督当主体施工到最下一道钢支撑时,考虑到基坑安全,将支撑向下倒撑到已做好的结构侧墙上。倒撑前应先在临时立柱桩上的倒撑设计标高处安装临时钢梁并对相邻的钢支撑复加预应力一次。复加值不大于设计预加应力值的110%。倒撑时不可一次倒撑多根钢管撑,待第一根倒撑完成后,方可倒撑下一根,逐一进行。2.3钢支撑的清理和开挖开挖(1)钢筋混凝土支撑的拆除。待结构施工完成后,达到混凝土的设计强度,即对混凝土支撑进行拆除。考虑到现场的实际情况,采用静态膨胀剂拆除法,即在支撑梁上按设计孔网尺寸钻孔眼,钻孔后灌入膨胀剂,数小时后利用膨胀力将混凝土涨裂。然后风镐清除。(2)钢支撑的拆除。当地铁底板混凝土浇筑完成,达到混凝土强度的75%后可进行第2道钢支撑的拆除。钢支撑体系拆除的过程其实就是支撑的“倒换”过程,即把由钢管横撑所承受的侧向土压力转至永久支护结构或其它临时支护结构。考虑到上部混凝土支撑以及临时钢梁的影响,拆除时将每榀钢支撑分为两段拆除。如果上一层是钢支撑,则必须对其复加应力一次。复加值为设计锁定应力的1.1倍。用一台200t千斤顶顶开活动端,取下楔子。卸载加力时,要分级加力,每级增量不得超过20kN,边加力边用榔头敲打楔子。一旦松动停止加力,取下楔子。卸载时分三级卸载,第一级为卸载至0.8的最大应力值,停顿3min~5min,进行第二级卸载;第二级卸载至0.5的最大应力值停顿3min~5min,第三级卸载至零,取下千斤顶。一次卸载一根支撑的轴力,但不能将钢管撑卸下,在卸载前,要求监测方对边坡进行监测,卸载后连续24h监测,记录边坡坡顶和一定深度范围内的位移变化情况,如果出现以下情况,立即回复钢支撑应力,启用备用方案:(1)位移变化较大,超过预警值3‰也即28.5mm。(2)相邻支撑轴力急剧增大。如果位移变化不大,相邻支撑轴力无异常现象则可拆除,原则上卸力要隔一根卸一根,不得连续卸力。拆除立柱桩左边支撑前,先拆除限位铰,将钢支撑举起0.6m,左边向前移动2m,右边向后移动2m,多次调整后,使得钢支撑右端离开钢梁,能够整体放置于底板上,拆除剩余螺栓,分开运走,用吊车吊出基坑。根据以上分组情况,每个组中先拆除一个单元,不得一次性全部拆除,保留一根在出现意外情况时及时回复轴力,以保证边坡的稳定。3钢管支撑的开挖(1)钢管支撑的设置时间必须严格掌握设计工况条件,土方开挖时需分段分层,严格控制安装支撑所需的基坑开挖深度。(2)组合千斤顶预加力必须对称同步并分级加载,为确保对称加载,可通过同一个液压泵站外接T形阀门,分别接至组合千斤顶。(3)预加轴力完成后,应将伸缩腿与支撑头后座之间的空隙用钢板楔块垫塞紧密,锁定钢支撑预加轴力后再拆除千斤顶。(4)横撑应对称间隔拆除,避免瞬间预加应力释放过大而导致结构局部变形、开裂。(5)基坑开挖过程中要防止挖土机械碰撞支撑体系,以防支撑失稳,造成事故。为防止基坑内起吊作业时碰动钢管支撑,每根钢管支撑、钢围檩要求通过钢丝绳固定在支护桩或冠梁上。(6)施工过程中加强监测,若因侧压力造成钢管支撑轴力过大,造成支撑挠曲变形,并接近允许值时,必须及时采取增加临时竖向支撑等措施,防止支撑挠曲变形过大,保证钢支撑稳定,确保基坑安全。(7)基坑竖向分层开挖,遵循“先撑后挖”的原则,支撑的安装应与土方施工紧密结合,在土方挖到设计标高的区段内,及时安装并发挥支撑效用。(8)确保钢管支撑与钢围檩正交,斜撑要确保抗剪蹬角度与斜置角度一致,钢管横撑安装后应及时施加预应力。(9)钢管支撑、钢围檩为钢构件,一定要确保焊缝质量,使用前需进行无损伤焊缝检测。(10)钢支撑拆除前,先对上一层钢支撑进行一次预加轴力,达到设计要求以保证基坑安全。(11)拆除时应避免预加应力瞬间释放过大而导致结构局部变形、开裂。(12)利用主体结构换撑时,结构的楼板或底板混凝土强度应达到设计强度。(13)钢支撑的拆除时间按设计要求进行,否则应进行支承结构的强度及稳定安全核算。4回撑过程中的位移检测在施工开挖过程中要随时进行变形观测,其中地铁4号线测点布置如图5所示。基坑开挖前要进行原始数据的测量,随着每一步的开挖,均要进行跟踪测量,在钢支撑卸载时要进行全天候的观测,发现异常立即通知相关人员并进行回撑作业。通过现场监测数据(如图6所示,其中SP29、SP30、SP31为组合支撑形式的位移观测点,台阶式的位移曲线表示的是每一皮土方开挖形成的位移量。CX25为预应力锚索部位的位移观测点的曲线)的对比发现:采用混凝土支撑与钢支撑的组合支护结构施工技术,地铁1、4号线的基坑变形得到了很好的控制,1号线基坑变形量控制在4mm~7mm,