現代車站中地鐵站逆做法施工關鍵技術研究

李建國

(中鐵十二局集團有限公司，山西太原 030024)

蘇州站改造工程是一座集鐵路、城市軌道、城市道路交通換乘功能于一體的現代化大型交通樞紐，上部主體站房設計有普速站房和城際站房，下部設計有立體十字交叉的地鐵2號線和4號線車站，地鐵4號線車站長度為123 m，寬度為26.4 m，圍護結構為800 mm厚地下連續墻，采用逆做法施工工藝，支撐體系為逆做法主體結構與φ609鋼管內撐相結合的形式，基礎為φ850鋼筋混凝土灌注樁，內撐墻厚度800 mm，頂板、中板和底板厚度分別為600 mm，400 mm和1 200 mm。地鐵4號線車站結構斷面圖見圖1。

圖1 主體結構剖面圖

站址所在場地為廣闊的沖積湖平原，水系發育，系典型的水網化平原，地面標高在1.25 m～2.05 m之間，地勢較平坦。土質以淤泥、粘土和粉質粘土層為主。地下水為孔隙潛水、微承壓水及承壓水，微承壓水主要為粉砂夾粉質粘土，由于該土層水平方向差異性較大，局部夾較多粉質粘土，其透水性及賦水性一般～中等。該含水層埋深在6.80 m～12.20 m之間，厚度在1.30 m～6.50 m，為對車站施工影響較大的含水層。

1 逆做法施工優點及工藝流程

1.1 逆做法施工優點

采用逆做法施工一是可以縮短工程施工總工期，因“逆做法”基坑施工時上下部結構同時作業，避免了一定的流水工序，支撐工作量也大大減少，基坑越深，縮短總工期的效果越明顯;二是因采用了“以樁代柱、以板代撐、以圍護代墻”模式，省去了大量臨時支撐，有效降低了工程成本;三是因樓板支撐剛度較大，有效控制了周邊地質變形，封閉式施工提高了現場文明施工的標準。

1.2 逆做法施工工藝流程

施工準備→地下連續墻、工程樁及格構柱施工→基坑降水→站房－1層基坑土方開挖→連續墻頂部混凝土鑿除→頂部梁板短支模墊層施工→頂部梁板及冠梁側模支設→頂部梁板及冠梁混凝土結構施工→基坑降水→－2層基坑土方逆做法盆式開挖施工→中板地模墊層施工→中板混凝土結構施工→－3層基坑土方逆做法盆式開挖施工→臨時φ609鋼管內支撐施工→底板墊層及端頭井梁磚胎模施工→－3層梁板混凝土結構施工→－3層內襯墻及立柱施工→－2層內襯墻及立柱施工→其他附屬結構施工，部分流程圖如圖2所示。

圖2 4號線車站逆做法施工流程圖

2 圍護結構和支撐體系設計與分析

地鐵4號線車站圍護結構采用800 mm地下連續墻，接頭型式為H型鋼，開挖深度約25 m，連續墻入土深度為28 m，－3層豎向設一道φ609鋼管內撐，水平間距3 m。為判斷開挖過程中基坑支護的穩定性，通過ANSYS有限元軟件計算基坑內每層土方開挖后圍護結構的變形和內力，為現場施工及支撐結構提供依據。

2.1 建立模型

模型中地下連續墻、柱、冠梁均采用Soild45實體單元，支撐采用Beam4單元模擬，網格劃分采用智能和人工劃分相結合的方法。開挖基坑時，地下連續墻承受水平荷載，施加于圍護結構外側。混凝土強度等級為C30，材料的彈性模量取3×1010N/m，泊松比為0.2。按照施工圖建立結構ANSYS分析有限元計算模型。

2.2 有限元計算結果

分別對4號線車站－2層開挖、－3層開挖兩種工況進行計算。水平荷載為梯形面荷載，地下連續墻頂處為160 kPa，－2層底處為230 kPa，－3層底處為310 kPa。計算結果見表1。

表1 地鐵4號線開挖過程應力應變值

2.3 結論

地鐵4號線車站開挖－2層時墻體壓應力較小，開挖－3層時由于有中板側向支撐的作用，最大壓應力也不大。加支撐后應力大幅減小，效果非常明顯。土方開挖過程中墻體應力較大部位基本上都發生在開挖后的各層底部;增加支撐后結構應力應變減小比例較大，橫向支撐作用明顯，整個支撐結構設置合理、有效。整個開挖過程中結構未出現過大的壓應力，壓應變處于彈性范圍內，開挖過程中結構處于安全狀態。

3 超深基坑降水方案

根據降水施工總體方案，設置了10口疏干井，按照基坑降水方案，將疏干井布設完畢。在基坑開挖前15天進行降水疏干施工，通過控制降水使地下水位始終處于開挖作業面以下2 m～3 m位置，疏干基坑內潛水，確保坑內的土體固結，達到開挖條件。

4 超深開挖施工技術

地鐵4號線車站－2，－3層基坑開挖按照“時空效應”理論，采用“分層、分段、對稱、平衡”的盆式開挖方法，先開挖中間，后開挖兩邊，采取二次開挖方法。－2層第一次開挖至－12.9 m，第二次采取退挖，人工配合機械開挖至設計標高－14.61 m;－3層第一次開挖至－18.67 m，立即進行φ609×16 mm鋼支撐施工，第二次采取退挖，人工配合機械開挖至設計標高－22.392 m。按規定時限分段開挖土方，當分段分層開挖達到設計基底開挖標高后，立即澆筑混凝土墊層、中板或基礎底板施工，減少基坑暴露時間。開挖以機械施工為主，人力施工為輔，利用PC-60小型挖機將開挖出來的土方倒運至臨時出土口，再用16 m長臂挖掘機裝車運出施工場地。

5 開挖過程信息監測

5.1 監測點布置

對基坑開挖過程中的基坑內、外土壓力，基坑內、外水壓力，連續墻變形，連續墻頂水平位移，連續墻主筋應力，鋼支撐軸力，土體穩定性，地表沉降，基坑外地下水位監測，同時對基坑外土體水平位移，周圍環境及鄰近建筑物安全進行全方位監測。

5.2 主要儀器性能、精度及安裝使用方法

1)水準儀和經緯儀。水準儀用于量測地面、地層內各點及構筑物施工前的標高及施工中的沉降，經緯儀用于量測地形點和構筑物的施工控制點坐標(即位置)及施工中的水平變位。

2)測斜儀。測斜儀主要用于量測打樁或基坑開挖所引起的土體水平位移、圍護樁或圍護墻的水平位移、地下室垂直墻面的水平位移。

3)土壓力儀。土壓力儀主要用于量測基坑圍護結構與土體接觸面的土壓力、基坑開挖時土體的應力變化。

5.3 監控量測管理

1)監控量測實施頻率。施工中監控量測的數據要及時進行分析處理和信息反饋，確保圍護結構、地面建筑物、地下管線的穩定和安全。測試頻率，基坑開挖過程中每2 d一次，必要時加密，底板完成后每3 d一次。2)監控量測信息反饋程序。在測得足夠數據后，要及時將量測數據繪制成散點圖，選擇合適的函數，對量測結果進行回歸分析，即可求得時態曲線。預測該測點可能出現的最大位移值或應力值，預測結構或建筑物的穩定狀態。監控量測信息反饋程序如圖3所示。

圖3 監控量測信息反饋程序

5.4 監測項目的警戒值

4號線車站保護等級為一級，根據地鐵基坑工程施工規程中提出的一級基坑要求下的控制指標，安全系數Ks≥2.0，結合設計要求，提出相關標準警戒值。在實際監測中，通過事先確定的警戒值，來判斷位移或受力狀況是否會超過允許的范圍、判斷工程施工是否安全可靠、是否需調整施工步序或優化原設計方案，以確保工程順利實施和達到預期目標。

6 結語

通過優化合理的施工方案及工藝流程，嚴謹細致的模擬計算和預控措施，全方位的信息監測技術，組織嚴密的管理措施，確保了工程質量、安全和工期目標，積累了寶貴的經驗。

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