超寬地鐵車站深基坑施工技術(shù)

劉家駒

中鐵二局集團(tuán)有限公司 四川 成都 610031

近年來(lái)，隨著各大城市地鐵工程的建設(shè)，地鐵換乘車站規(guī)模逐漸擴(kuò)大，施工難度增加。國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)地鐵車站長(zhǎng)度一般為200～300m，寬度約20m，基坑深度約18m，圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式一般由砼支撐與鋼支撐相結(jié)合。多線換乘車站寬度達(dá)40～50m，甚至達(dá)到80m，換乘車站由于基坑寬，開挖土石方量大，僅靠坑外環(huán)形便道不能滿足土方開挖車輛運(yùn)輸、結(jié)構(gòu)施工吊裝設(shè)備場(chǎng)地的需要。

超寬地鐵車站支護(hù)體系設(shè)計(jì)及施工已有部分文獻(xiàn)進(jìn)行研究[1]。從施工難點(diǎn)、施工工藝及基坑檢測(cè)等方面就地鐵超寬車站土方開挖施工技術(shù)進(jìn)行了分析[2]。針對(duì)超寬超大深基坑就圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題進(jìn)行了可靠分析[3]。但均未對(duì)超寬基坑便道進(jìn)行分析研究。

本文以杭州地鐵1號(hào)線蕭山機(jī)場(chǎng)站為依托，對(duì)設(shè)計(jì)院為解決施工便道設(shè)計(jì)的混凝土棧橋方案進(jìn)行分析、研究，提出支撐—蓋板體系替代混凝土棧橋的方案，從施工技術(shù)、工期、經(jīng)濟(jì)效益方面對(duì)鋼筋混凝土棧橋和支撐—蓋板體系的優(yōu)劣進(jìn)行分析，對(duì)支撐-蓋板體系理論計(jì)算、經(jīng)濟(jì)分析、施工效率、施工技術(shù)進(jìn)行了總結(jié)，以期對(duì)類似工程提供可靠的理論依據(jù)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

1 工程概況

1.1 工程概況

杭州地鐵1號(hào)線蕭山機(jī)場(chǎng)站為三線換乘、地下二層島式車站，五柱六跨鋼筋混凝土箱型框架結(jié)構(gòu)。車站總長(zhǎng)535.5m，寬度71.4～80m，標(biāo)準(zhǔn)段結(jié)構(gòu)高度17.1m，站臺(tái)寬度14m，車站總建筑面積76217m2，8個(gè)出入口，2個(gè)車站疏散口。圍護(hù)結(jié)構(gòu)地連墻厚1m，深53m～60m，水下C35混凝土。基坑采用三道混凝土桁架支撐，第一道支撐截面尺寸900*1200mm，第二、三道支撐截面尺寸1600*1200mm，C35鋼筋混凝土，如圖1：

圖1 蕭山機(jī)場(chǎng)站分區(qū)平面圖

1.2 地質(zhì)情況

蕭山機(jī)場(chǎng)站場(chǎng)地地下水類型主要是第四紀(jì)松散巖類孔隙潛水和孔隙承壓水。蕭山機(jī)場(chǎng)站基坑穿越①1碎石填土、①2素填土、①4塊石、①5淤泥質(zhì)填土、③2砂質(zhì)粉土、③3粉砂夾砂質(zhì)粉土、③5砂質(zhì)粉土、③6粉砂層，位于③7-1砂質(zhì)粉土夾淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、③7-3粉砂夾淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層，如圖2：

圖2 蕭山機(jī)場(chǎng)站地質(zhì)剖面圖

2 方案優(yōu)化

2.1 混凝土棧橋方案

因基坑較長(zhǎng)、寬度較寬，土方開挖量大（約75萬(wàn)m3），為方便土方開挖，原設(shè)計(jì)方案在坑內(nèi)設(shè)置混凝土棧橋作為土方運(yùn)輸通道。棧橋以格構(gòu)柱為基礎(chǔ)，三道折返進(jìn)入坑內(nèi)。棧橋橋面板寬8m，厚35cm，梁尺寸800*1000mm，格構(gòu)柱樁徑1.2m，樁長(zhǎng)48m，樁間距7m。棧橋長(zhǎng)1100m，混凝土3234m3，鋼筋711t，格構(gòu)柱156根，樁長(zhǎng)共6552m，如圖3、圖4：

圖3 C區(qū)混凝土棧橋平面布置圖

圖4 C區(qū)混凝土棧橋剖面布置圖

2.2 支撐-蓋板方案

采用鋼筋混凝土棧橋存在以下缺點(diǎn)：①混凝土棧橋需施工156根格構(gòu)柱，在結(jié)構(gòu)施工時(shí)進(jìn)行拆除。②棧橋只能隨土方分層開挖，分段施工，耗時(shí)較長(zhǎng)。③主體結(jié)構(gòu)施工時(shí)須拆除棧橋，影響主體結(jié)構(gòu)施工進(jìn)度。以上因素導(dǎo)致項(xiàng)目工期不僅無(wú)法保證，而且增大項(xiàng)目成本。蕭山機(jī)場(chǎng)站基坑較寬，坑內(nèi)土方開挖量大，結(jié)構(gòu)所需材料轉(zhuǎn)運(yùn)、吊裝數(shù)量多，僅靠坑外施工便道及棧橋的通行及運(yùn)輸能力不能滿足土方開挖、結(jié)構(gòu)施工各階段施工要求，因此對(duì)原鋼筋混凝土棧橋方案進(jìn)行優(yōu)化。

優(yōu)化后方案：取消鋼筋混凝土棧橋，在第一道混凝土支撐上部分區(qū)域加設(shè)貫通蓋板，蓋板厚度35cm，雙層雙向C25@150配筋。

加設(shè)蓋板后主要優(yōu)點(diǎn)：①桁架支撐體系變更為梁-板體系，梁板共同受力抵抗荷載，增加基坑整體穩(wěn)定性。②設(shè)置蓋板后，基坑形成了多條環(huán)形貫通便道，土方運(yùn)輸車輛可通過多條環(huán)形貫通便道進(jìn)入基坑運(yùn)輸土方，保證多個(gè)作業(yè)面土方施工，而且不會(huì)干擾吊裝作業(yè)。③蓋板在結(jié)構(gòu)施工期間可作為吊裝設(shè)備、泵車的作業(yè)場(chǎng)地，減少吊車吊裝半徑，提高汽車吊、泵車等設(shè)備的作業(yè)能力。

為驗(yàn)證支撐-蓋板體系的穩(wěn)定性、承載能力，對(duì)支撐-蓋板系統(tǒng)采用PLAXIS有限元分析軟件進(jìn)行力學(xué)分析，荷載綜合考慮為20kPa均布荷載，詳見圖5：

圖5 C區(qū)蓋板計(jì)算模型

（1）第一道支撐驗(yàn)算

在支撐上設(shè)置厚度為35cm的鋼筋混凝土蓋板，蓋板配筋按照C25@150計(jì)算，荷載取值20kPa均布荷載。在此工況下蓋板下第一道支撐承受的彎矩，跨中最大彎矩1248kN.m，支座最大彎矩2475kN.m，最大剪力684kN。根據(jù)以上設(shè)計(jì)內(nèi)力值驗(yàn)算支撐截面尺寸、配筋率，通過驗(yàn)算在此工況下，第一道支撐抗壓、抗彎、抗剪均滿足要求。

支撐構(gòu)件配筋計(jì)算表，詳見表1：

表1 支撐構(gòu)件配筋計(jì)算表

（2）蓋板驗(yàn)算

在該工況作用下，蓋板承受的彎矩和剪力值，跨中最大彎矩值95kN.m，支座最大彎矩值107kN.m，最大剪力值136kN。根據(jù)以上設(shè)計(jì)內(nèi)力值驗(yàn)算板面截面尺寸、配筋率，通過驗(yàn)算在此工況下，板面抗壓、抗彎、抗剪均滿足要求。

蓋板配筋計(jì)算，詳見表2：

表2 蓋板配筋計(jì)算表

根據(jù)模型計(jì)算在第一道支撐上增設(shè)蓋板，此荷載下支撐、蓋板均能滿足結(jié)構(gòu)安全性需求。

3 施工技術(shù)

3.1 工藝流程

施工坑外便道→施工地連墻→施工坑內(nèi)外地基加固→施工格構(gòu)柱→第一道混凝土支撐及蓋板施工→開挖基坑土方至第二道支撐→設(shè)置坑內(nèi)馬道開挖至第三道支撐→通過蓋板采用長(zhǎng)臂挖掘機(jī)及抓斗開挖至基底→封閉基底→施工主體結(jié)構(gòu)→逐步拆除支撐及蓋板。

3.2 蓋板施工關(guān)鍵技術(shù)

(1) 支撐鋼筋綁扎

因?yàn)橐谥武摻钪虚g穿插蓋板鋼筋，需考慮蓋板鋼筋的大小和數(shù)目，綁扎支撐鋼筋時(shí)適當(dāng)放大上下排鋼筋間距，將蓋板鋼筋需要的空隙預(yù)先留出，可保證后期蓋板鋼筋順利施工。

(2) 支撐模板安裝

此技術(shù)需要在支撐模板之間回填土方，安裝模板時(shí)害保證不會(huì)被土方擠壓變形，因此，支撐鋼筋與模板之間的墊塊需適當(dāng)增加。

安裝支撐模板時(shí)需要控制模板頂部標(biāo)高與回填上部墊層標(biāo)高，確保蓋板底部處同高，作為蓋板墊層施工的參照，可保證蓋板施工標(biāo)高準(zhǔn)確。

(3) 蓋板下回填土

回填土方時(shí)，應(yīng)注意適當(dāng)壓實(shí)，以回填土方無(wú)明顯踩踏印跡且支撐模板不被擠壓變形程度為佳。

(4) 蓋板墊層澆筑及隔離層

蓋板墊層澆筑時(shí)應(yīng)集中在中間區(qū)域放料，將混凝土鋪散至整個(gè)蓋板范圍，并在模板邊緣處安放攔板并小心鋪填，避免讓混凝土進(jìn)入支撐模型。墊層施工完成后鋪設(shè)隔離層。

(5) 支撐及蓋板澆筑

澆筑支撐及蓋板混凝土?xí)r，應(yīng)先澆筑支撐部分并在支撐節(jié)點(diǎn)加強(qiáng)振搗，保證混凝土施工質(zhì)量。混凝土澆筑完成后，需及時(shí)養(yǎng)護(hù)蓋板，防止出現(xiàn)大面積裂縫。

3.3 土方開挖關(guān)鍵技術(shù)

土方分區(qū)分層開挖。在第一層支撐上設(shè)置蓋板，第一層土方開挖由土方運(yùn)輸車輛通過蓋板直接進(jìn)入基坑，挖掘機(jī)直接在坑內(nèi)取土裝車運(yùn)輸，詳見圖6：

圖6 第一層土方開挖模擬圖

第二層土方開挖待第二層支撐全部封閉且達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度85%后，土方開挖通過混凝土蓋板及坑內(nèi)土質(zhì)馬道進(jìn)入基坑，挖掘機(jī)取土直接裝車運(yùn)輸，詳見圖7：

圖7 第二層土方開挖模擬圖

第三層土方開挖時(shí)在蓋板上方配置多臺(tái)長(zhǎng)臂挖掘機(jī)及伸縮式抓斗垂直取土，土方運(yùn)輸車行駛至取土設(shè)備旁直接裝載土方進(jìn)行外運(yùn)，詳見圖8：

圖8 第三層土方開挖模擬圖

在主體結(jié)構(gòu)施工期間，通過材料運(yùn)輸車運(yùn)輸至基坑中部，在第一道支撐蓋板上設(shè)置汽車吊進(jìn)行材料轉(zhuǎn)運(yùn)，減少吊裝半徑，提高吊裝能力。主體結(jié)構(gòu)混凝土澆筑期間將汽車泵設(shè)置在蓋板中部，混凝土罐車運(yùn)輸至泵車處直接澆筑主體結(jié)構(gòu)混凝土，減少澆筑半徑，加快澆筑進(jìn)度。在主體結(jié)構(gòu)施工完成后，再拆除第一道支撐及蓋板。

4 混凝土棧橋和支撐-蓋板體系經(jīng)濟(jì)分析

混凝土棧橋和支撐-蓋板體系經(jīng)濟(jì)見表3、表4：

表3 混凝土棧橋方案經(jīng)濟(jì)分析表

表4 支撐-蓋板方案經(jīng)濟(jì)分析表

通過經(jīng)濟(jì)分析表可知，采用支撐加蓋板的方式相比混凝土棧橋降低成本1266.1萬(wàn)元，節(jié)約工期95天。

5 結(jié)語(yǔ)

本工程在第一道支撐上加設(shè)蓋板后，使寬大基坑形成多條環(huán)型便道，解決土方開挖運(yùn)輸便道問題，保證了土方多個(gè)作業(yè)面同時(shí)開挖、外運(yùn)及結(jié)構(gòu)吊裝場(chǎng)地。得出如下結(jié)論：多線換乘地鐵車站可通過設(shè)置棧橋、支撐-蓋板體系解決超寬基坑土方開挖運(yùn)輸、材料吊裝效率低的問題，且支撐-蓋板體系比棧橋工效高、成本低，詳見圖9：

圖9 支撐蓋板現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施圖