半蓋挖順作法在地鐵車站施工中的應用

劉毓川, 解道龍, 楊璐銘, 張元霄

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川成都 610072)

擬建場區范圍內成都16號線、29號線及換乘大廳為錦城廣場綜合換乘服務中心項目公共交通預留設施工程的一部分，16號線位于地下停車場和下沉廣場下方地下3層，標準段寬度25.3 m，區間段采用兩跨閉合框架結構，車站范圍采用兩柱三跨閉合框架結構，底板埋深約24～28 m。29號線位于地下停車場和下沉廣場地下5層，標準段寬度約24.5 m，車站范圍采用兩柱三跨閉合框架結構，底板埋深約41.2 m。換乘大廳位于地下3層，底板標高約-24 m，采用框架結構，柱距約9 m。16號線、29號線、18號線錦城廣場站為三線換乘站，三站兩兩相交，呈三角形布置與成都SKP商業體結合，考慮到對既有18號線換乘站結構的支護，本工程三角區采用了先施工上部施工階段蓋板，再進行下部結構的半蓋挖順作法施工。選擇半蓋挖法施工是結合了明挖與蓋挖2種方式的優勢。

1 施工關鍵技術分析

1.1 蓋板施工段劃分

三角區-13 m中板共分為6個區域，詳見圖1，其中施工階段分為3塊，分別為施工階段蓋板1～3，作為施工階段基坑的橫向支撐，在圍護結構處以圍護樁為橫向支撐，中部設置格構柱作為豎向支撐。使用階段3塊，分別為使用階段蓋板1～3，采用順筑施工，待主體結構施工至此標高時，與先施工的蓋板相接。

圖1 蓋板施工范圍示意

總體施工工藝流程:平整場地—測量放線—圍護樁、工程樁、旋挖灌注樁、格構柱埋設—施工階段蓋板下土方開挖—墊層—架體搭設—模板施工—綁扎底梁、底板鋼筋 (預留、預埋)—澆筑施工階段蓋板混凝土—三角區土方分層開挖至底板檢底標高—底板澆筑—施工階段蓋板下柱、側墻及人防結構澆筑—使用階段蓋板完成—格構柱拆除—負2層板—負1層板—肥槽回填—頂板覆土綠化施做。

1.2 基坑開挖施工段劃分

三角換乘大廳位于大基坑內，自大基坑坑底標高起算，整體下挖深度11 m(-13 m至-24 m)，局部區域下挖深度19 m(過軌風道)。基坑開挖遵循“降水先行，先支后挖，平面分區，豎向分層，支護緊跟原則”組織施工。依據工藝特性，三角換乘大廳基坑開挖工序細分為“5個階段”。

1.2.1 一階段

開挖非反壓土區域土石方，由東向西進行開挖至地鐵18號線車站結構邊線以東20 m,開挖深度3 m(-13～-16 m) ,并施作該部分蓋板,見圖2。

圖2 一階段土石方開挖平面

1.2.2 二階段

開挖非反壓土區域18號線結構以東20 m范圍，由東向西進行開挖，開挖深度為3 m(-13～-16 m)，并施作該部分蓋板,見圖3。

圖3 二階段土石方開挖平面

1.2.3 三階段

利用非蓋板區域進出口，形成非反壓土土石方開挖通路，進行非反壓土土石方開挖。本階段開挖深度為8 m/11 m(-16 m、3～13 m至-24 m)。見圖4、圖5。

圖4 三階段土石方開挖平面

圖5 三階段道路平面

1.2.4 四階段

蓋板三(反壓土區蓋板)待29#線封頂，沿用矮支模進行蓋板施工，后挖除反壓土區土方。蓋板施工前開挖深度為3 m(-13 m至-16 m)，蓋板施作完畢后開挖深度為8 m/11 m(-13 m/-16 m挖至-24 m)，局部位置開挖至-32 m,見圖6、圖7。

圖6 四階段第一層土石方開挖示意

圖7 三階段剩余土石方開挖示意

1.2.5 五階段

馬道收尾。待三角區土石方開挖完畢后進行馬道收尾工作，先進行退臺開挖，每臺寬度約8 m，高度約2.5 m。退臺至最后階段采用抓斗進行垂直取土，取土剩余土石方。該階段土石方開挖約0.36萬m3,見圖8、圖9。

圖8 馬道退臺開挖示意

圖9 馬道垂直開挖示意

1.3 基坑開挖施工技術

1.3.1 土方開挖施工

土石方開挖相關要求：本基坑土石方開挖時，多臺挖機同時進行，相鄰2臺挖機間間距不小于20 m。挖必須土分層分段進行，每層開挖深度不得超過2 m，每段開挖長度不大于20 m。當開挖邊坡高度大于8 m時，必須留置平臺，平臺寬度不小于2 m，并設向外2%的坡度。每天土石方挖除結束前應沿基坑坡腳邊0.8 m左右設置臨時排水土溝，并間隔30 m設置一個臨時集水坑(集水坑尺寸為600 mm×600 mm×1 000 mm)。土方開挖界面應設置成斜坡，坡率宜為1∶1。

1.3.2 樁間土支護

為了保持樁間土的穩定，在樁間進行掛網噴射混凝土進行支護。鋼筋網一般采用φ8 mm鋼筋按150 mm×150 mm，沿灌注樁豎向植筋，φ16@450 mm，單根長度為1.1 m(同一橫截面植筋單面焊接鏈接，焊接長度不小于10d)，并掛φ8@150 mm×150 mm鋼筋網；噴射150 mm厚C20細石混凝土進行支護；每相鄰樁間沿豎向設置φ50 mm PVC管泄水孔，豎向間距為3 m。

1.3.2.1 掛網噴射混凝土施工

(1)樁間土人工修坡：在挖掘機施工基本完成斜坡面后，采用人工修坡對松散的或干燥的無黏性土進行鏟除，并根據相關施工圖設計規范要求，修置平整，坡面平整度控制在+20 mm以內[1]。

(2)植筋并掛鋼筋網。采用手持鉆機鉆孔，植筋孔植筋應比鋼筋植筋大一個型號，灌入植筋膠，使用手錘打入鋼筋。待植筋膠固化前，不得擾動鋼筋。

綁扎與焊接：本支護采用φ8 mm鋼筋按200 mm×200 mm的方格網用22#鐵絲綁扎，φ6 mm網筋的上下層之間采用綁扎連接牢固；網筋綁扎完成后即加焊φ16 mm加勁連接筋，加勁筋需壓緊已綁扎好的網筋，加勁筋間距為1 000 mm，加肋鋼筋應相互焊接，單面焊接長度不小于10d[2]。鋼筋接頭應相互錯開，同一斷面鋼筋接頭不應大于總截面面積的50%,見圖10。

圖10 樁間護壁大樣

(3)根據設計要求，樁間土為較厚填土或砂層等自穩性較差的地段及地質條件不良區采用增加注漿花管等措施。當樁間部分為風化泥巖時，若出現滲漏水，則采用袖閥管注漿堵漏，注漿管深度為3 m。

(4)噴射混凝土施工,水灰比宜為0.42～0.5，含砂率宜控制在50%～60%，混凝土配合比及外加劑的添加量應通過實驗室確定。其配分比一經測試確定，不能隨意更改。混凝土的拌制，采用強制式攪拌機時，攪拌時間不少于60 s，采用滾筒式或者自落式攪拌機時，不得少于120 s。需要用到的機具設備有：噴射機、強制式攪拌機、壓力水泵、空壓機、上料機等。

1.3.2.2 泄水管布置

區間段每相鄰樁間沿豎向設置φ50 mmPVC泄水管，豎向間距為2 m，長度不小于1m。泄水孔伸入土體段采用土工布包裹，管壁設φ8@50 mm排水孔，見圖11。

圖11 泄水孔大樣(單位:mm)

1.4 格構柱安裝

(1)第一步:先將加工好的鋼筋籠吊入孔內，并在孔口露出3.7 m鋼筋籠，鋼筋籠頂部下3.5 m位置增加一道加強箍筋，當鋼筋骨架放到孔口加勁筋位置時穿進工字鋼，將鋼筋骨架臨時支撐在孔口工字鋼上。按測定的孔口標高來計算定位筋的長度，垂直定位鋼筋(A8)采用雙面焊焊接在鋼筋籠的主筋上[3]。鋼筋籠中心與樁的設計中心位置必須對正，反復核對無誤后，再焊接定位于孔口工字鋼上，完成鋼筋的安裝。

(2)第二步:吊裝第一部分格構柱:采用75 t 吊車將格構柱吊放入孔，并插入鋼筋籠內5.12 m(鉆孔樁鋼筋籠錨入板或梁內45 d)，即格構柱插入鉆孔樁長度為3.5 m,其插入范圍內的樁箍筋加密至@100 mm。格構柱插入的深度要嚴格控制，誤差不大于+5 cm，格構柱垂直誤差不得大于1/400，基坑開挖深度，平面定位誤差不得大于2 cm。采用每隔1 m 設置1道“井字形”鋼筋與鋼筋籠加勁箍筋連接(測量組通過全站儀對格構柱定位)，同時焊接8根φ20 mm的輔助鋼筋支撐格構柱;無加勁箍筋部位采用就近增加拉筋的方法與鋼筋籠主筋連接。見圖12、圖13。

圖12 臨時立柱與立柱樁連接示意(單位:mm)

圖13 格構柱與鉆孔樁連接示意(單位:mm)

(3)第三步:格構柱定位采用專用井字架定位器進行定位。

(4)第四步:將連接好的鋼筋籠與格構柱整體緩慢吊裝入孔，并通過格構柱上焊接的4個φ32 mm鋼筋吊耳控制格構柱高程,要求雙邊滿焊不少于10d。方便孔口對接格構柱,在吊環內穿入4根φ32 mm，并將格構柱與孔口型鋼焊接固定方便孔口對接格構柱,見圖14。

圖14 吊裝方法示意(單位:mm)

(5)第五步:孔口焊接第二部分格構柱，格構柱露出孔口 1.2 m,先采用坡口對接焊，格構柱角鋼焊縫接頭應錯開至少350 mm(350的整倍數)，外側在焊縫位置加550 mm×350 mm×20 mm的鋼板，四面圍焊,焊縫全部要求滿焊。

(6)第六步:將連接好的鋼筋籠與格構柱整體吊裝入孔，并通過格構柱上焊接的4個φ20 mm鋼筋吊耳控制格構柱高程,并將格構柱與孔口型鋼焊接固定。

(7)第七步:吊裝完成后進行水下混凝土灌注，混凝土灌注頂面標高控制在灌注樁柱設計頂標高以上50 cm。

(8)第八步:在立柱樁混凝土初凝前，時刻校核和調整格構柱的高程、垂直度、坐標。混凝土強度達到2.5 MPa后方可拆除孔口固定材料，并進行回填。

1.5 高大模板支撐體系

三角換乘大廳蓋板主體結構頂板厚400 mm，跨度為9 000 mm，最大尺寸梁為1 000 mm×1 800 mm，跨度為9 000 mm，模板最大搭設高度6 000 mm，最大施工線荷載為66.56 kN/m，混凝土模板支撐工程達到規定的高大模板支撐系統標準，故需編制安全專項施工方案，經專家論證通過并經審批后方可組織施工，見表1。

表1 400mm厚板模板支撐體系參數

板模板采用15 mm厚紅膠模板。次楞均采用φ48×2.7 mm鋼管，橫向布置，間距根據受力體系計算確定；板主楞采用10#槽鋼，支架采用φ60 mm盤扣支架，間距1 200 mm×1 200 mm，步距1 500 mm。

梁模板采用15 mm厚紅膠模板，梁主楞為10#槽鋼，次楞50 mm×100 mm方木(φ48×3.0 mm鋼管)，側面采用φ14 mm對拉螺桿，梁底立桿采用φ60 mm盤扣支架，間距600 mm×1 200 mm(根據4.1搭設參數進行調整)，步距1 500 mm。

滿堂盤扣式支撐架體搭設先滿足梁底立柱，板下立柱存在不合水平桿模數處采用φ48×3.0 mm鋼管替代盤扣式水平桿，單根水平桿應至少與4根立柱采用扣件連接。設置2道水平兜網作業層底下一步一道，架體中部設置一道。豎向剪刀層為盤扣式自帶斜桿，板下隔一拉一，超限梁下滿布。水平剪刀撐為兩道，位置與水平兜網位置一致。

蓋板區域混凝土強度達到100%強度，提交拆模申請通過后才可以拆模。必須遵循先支后拆，后支先拆的原則，板模拆除時，先下調立桿頂撐托螺桿，再拆除主、次楞，然后拆除板底模。拆模強度控制：現澆板模拆除，以現場同條件試塊試壓強度為依據。

2 半蓋挖基坑降排水

沿臨時基坑頂四周設置30 cm×30 cm排水溝，基坑內沿坡腳四周設置30 cm×30 cm排水溝(排水溝采用C20混凝土硬化厚100 mm)，且每隔20 m設置一個60 cm×60 cm×100 cm集水井，利用水泵將基坑內積水抽排處基坑。排水坡度不小于0.3%，8 cm厚M5水泥砂漿硬化。

3 基坑監測

本工程從開挖至所有土方挖完全過程中，基坑無論是當日的變形量還是累計的變形量均要穩定受控。根據一級基坑監測數據要求,在整個土方開挖過程中墻頂水平最大位移量為9.3 mm(報警值不大于0.14H%)[4],三角區基坑深度27 m,29號換乘段基坑深度為41 m;圍護結構墻當日水平位移最大量為1.6 mm/d(報警值2 mm/d,累計報警值不大于0.14H%)。

4 安全要求

深基坑開挖前，先對基坑范圍內所有地下管線及構筑物進行遷改或保護后方可進行土方開挖施工；要做好基坑的降水、排水保護工作，保持地下水低于開挖面1 m，加強因降水對周邊建筑物的影響監測。發現異常立即停止土方施工，待異常情況消除后方可繼續施工；基坑頂周邊、坡道邊及其他臨邊處距開挖線500 mm位置須設置高度不低于1.2 m的鋼欄桿,并以一定間距布置安全警示標牌標語，施工期間基坑外側2 m范圍內嚴禁堆載。

5 結束語

(1)本項目采用明挖、蓋挖2種開挖方式相結合，利用施工階段蓋板1、2、3形成橫向水平支撐，對既有結構18號線形成有利保護。同時還能有效緩解坑內交通壓力、材料堆場緊張等問題。

(2)采用半蓋挖法施工需要考慮到基坑大小、形式區別，并充分考慮地質情況、地面沉降問題，避免施工期間出現結構不均勻沉降，導致結構裂縫，進而影響到車站防水及結構質量。

(3)現場監測證實:明挖比蓋挖受力較小，且兩者平移的規律相反。此外，兩者墻后地表沉降的規律也存在差異，即:蓋挖段墻后地表沉降規律與距離大小成正比，明挖法則與距離大小成反比。

(4)實踐證實，半蓋挖法從經濟性和適用性上更具應用前景。