淺析“時(shí)空效應(yīng)”理論在上海地鐵M8線延吉中路站土方開挖中的應(yīng)用摘要:文章主要介紹基坑設(shè)計(jì)、按照“時(shí)空效應(yīng)”原理確定的基坑開挖參數(shù)及保證措施和技術(shù)細(xì)節(jié),以及適合推廣借鑒的工藝設(shè)計(jì).關(guān)鍵詞:地鐵;深基坑;時(shí)空效應(yīng);施工參數(shù);安全1工程概況 延吉中路站位于上海市軌道交通楊浦線營(yíng)口路與靖宇東路交界處,全長(zhǎng)42.8,呈南北走向。延吉中路站中心里程SK445,外輪廓尺寸45.4×1.2,為地下2層島式中間折返站,標(biāo)準(zhǔn)段站廳層高4.1m,站臺(tái)層高5.7m,站臺(tái)寬1.0,高1.4m,總建筑高度1.2m。車站標(biāo)準(zhǔn)段為單柱、雙跨箱體結(jié)構(gòu),折返段部分為雙柱3跨箱體鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),站中心覆土厚度約為2.5m,底板埋深1.5m,端頭井埋深1.08~1.03m,結(jié)合延吉中路站的地質(zhì)及水文情況,本車站采用明挖順作法施工。2土方開挖施工方案2.1土方開挖施工工藝流程 土方開挖遵循“時(shí)空效應(yīng)”理論,分層、分段、分塊開挖,縱向放坡。 分層:根據(jù)支撐設(shè)置情況分為6層開挖,每層開挖至支撐中心標(biāo)高以下05;為防止基坑局部失穩(wěn),將每層開挖段分為2個(gè)亞層,保證每亞層高控制在2左右。分層情況見下表。 分段:沿車站縱向根據(jù)支撐平面位置分段,每段完成2根支撐范圍內(nèi)的土方開挖工作量,每個(gè)作業(yè)平臺(tái)及縱向放坡均為2根支撐長(zhǎng)度,約為5.2m～6m。 分塊:每層每小段土方開挖采用分塊作業(yè),根據(jù)本工程圍護(hù)結(jié)構(gòu)和基坑支護(hù)系統(tǒng)的特點(diǎn)以及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況依次進(jìn)行北側(cè)、南側(cè)分塊的開挖縱向放坡:沿基坑開挖方向縱向進(jìn)行放坡,縱向放坡總長(zhǎng)度為50m～60m,縱向放坡系數(shù)為1:3.5～1:4。基坑開挖與支撐示意圖如下(圖示為東端標(biāo)準(zhǔn)段開挖施工)。2.2土方開挖主要施工方案 根據(jù)施工總體布署,結(jié)合劃定的施工場(chǎng)地、道路交通組織及周邊環(huán)境,車站基坑擬先開挖東西兩個(gè)端頭井,端頭井土方完成后進(jìn)行端頭井結(jié)構(gòu)施工,同時(shí)由兩個(gè)端頭井向中間開挖。施工機(jī)械、臨時(shí)便道均設(shè)置在車站主體結(jié)構(gòu)的北側(cè)。 因端頭井斜撐較多,開挖深,面積大,開挖時(shí)采用履帶吊配抓斗進(jìn)行出土,基坑內(nèi)設(shè)2臺(tái)小型挖掘機(jī)配合倒土,分層進(jìn)行土方開挖。 端頭井土方開挖完成后開始主體結(jié)構(gòu)土方開挖施工,因受交通導(dǎo)改的影響,以福泉路為界將車站主體結(jié)構(gòu)土方開挖分成東西兩個(gè)作業(yè)區(qū)進(jìn)行土方開挖施工。2.2.1西端頭井施工 西端頭井開挖轉(zhuǎn)角第1層斜撐部位土方時(shí),挖掘機(jī)自角點(diǎn)位置向后倒退式挖土,完成2根支撐位置土方開挖后,即進(jìn)行標(biāo)高定位工作,焊接托架,架設(shè)支撐,按設(shè)計(jì)要求加設(shè)預(yù)應(yīng)力。 第1層土方開挖順序?yàn)? ①北側(cè)三角體開挖施工,架設(shè)鋼支撐; ②完成南側(cè)三角體開挖施工,架設(shè)鋼支撐; ③中間三角體開挖施工,直接往標(biāo)準(zhǔn)段放坡; 完成第1層土方開挖,進(jìn)入第2層及以下各層土方開挖時(shí),考慮到端頭井部位斜撐安裝時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng),端頭井部位土方開挖,在施工程序上進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整,以滿足快挖快撐、先撐后挖的施工原則。以第2層土方開挖為例,具體施工方法為: a.第1步進(jìn)行③軸直撐位置土方開挖,并架設(shè)2根直撐。 b.第2步進(jìn)行②軸～③軸三角區(qū)范圍內(nèi)的第2層土方開挖,為轉(zhuǎn)角部位開挖提供開挖工作面。 開挖施工時(shí)間:31d(包括放坡開挖時(shí)間28d) c.②～③軸三角區(qū)第2層土方開挖完成后,進(jìn)行①～③軸斜撐區(qū)域內(nèi)北側(cè)三角體土方開挖,每開挖2根范圍土方隨即架設(shè)鋼支撐。開挖施工時(shí)間:7d ④等北側(cè)支撐架設(shè)完成后方可開挖南側(cè)土體,南側(cè)三角體的開挖和支撐同北側(cè)。 開挖施工時(shí)間:7d 綜上所述:西端頭井開挖土方:13673m3,開挖時(shí)間45d,計(jì):303m3/d。2.2.2東端頭井施工 第1層土方開挖與西端頭井類似,僅因?yàn)榭紤]保護(hù)北側(cè)新涇七村的居民樓,故調(diào)整為先從南側(cè)角點(diǎn)開始施工。 中間三角體開挖面積較大,一次開挖方量大(1221m3),分層開挖時(shí)間過長(zhǎng)(達(dá)44h),因此在施工中予以調(diào)整,具體施工順序如下: ①先完成中間三角體南半部分的開挖,開挖方量為2556m3,第3層開挖時(shí)將放坡至西三角體,調(diào)整工序優(yōu)先開挖西三角土體并及時(shí)架設(shè)支撐,開挖施工時(shí)間共需2+28+5=35d。 ②向東南向開挖三角體的土方,并每開挖6m及時(shí)架設(shè)2根鋼支撐。 開挖施工時(shí)間:11d ③待東南側(cè)三角體支撐完成后,開挖施工中間三角體的北半部分,施工參數(shù)如下表所示,縱向每完成開挖6m時(shí),及時(shí)架設(shè)2根鋼支撐。 開挖施工時(shí)間:2+28=30d(南半部分因有西部端頭井的影響考慮增加5d)。 ④向西北向開挖三角體的土方,并每開挖6m及時(shí)架設(shè)2根鋼支撐。 開挖施工時(shí)間:11d 綜上所述,東端頭井土方開挖29158m3,開挖時(shí)間87d,計(jì):335m3/d。2.2.3標(biāo)準(zhǔn)段土方開挖 車站標(biāo)準(zhǔn)段土方開挖按既定程序分層、分段、分塊開挖,縱向放坡。 東作業(yè)區(qū)施工場(chǎng)地較長(zhǎng),標(biāo)準(zhǔn)段在基坑內(nèi)采用2臺(tái)小型挖掘機(jī)倒土,長(zhǎng)臂挖掘機(jī)出土;西作業(yè)區(qū)施工場(chǎng)地較短,且有北側(cè)盾構(gòu)井影響,采用履帶吊配合抓斗進(jìn)行出土,基坑內(nèi)設(shè)2臺(tái)小型挖掘機(jī)配合倒土。 西作業(yè)區(qū)標(biāo)準(zhǔn)段開挖時(shí)間為159d,出土45797m3,合計(jì)290m3/d; 東作業(yè)區(qū)標(biāo)準(zhǔn)段開挖時(shí)間為146d,出土73209m3,合計(jì)500m3/d; 車站降水井、格構(gòu)柱影響范圍內(nèi)的土方主要采用人工開挖,小型挖掘機(jī)在嚴(yán)格指揮作業(yè)的情況下配合倒土至出土機(jī)械有效作業(yè)范圍內(nèi),開挖出的土方直接裝車外運(yùn)。 標(biāo)準(zhǔn)段每層、每段土方按先北、后南分塊的順序開挖,每一側(cè)土方開挖完成后及時(shí)進(jìn)行鋼支撐中心點(diǎn)放樣并焊接支撐托架,保證支撐架設(shè)的及時(shí)性。 各層土方之間留設(shè)一定寬度的開挖平臺(tái),開挖平臺(tái)按3%設(shè)單側(cè)坡以利于排水,排水坡為向基底一側(cè)。根據(jù)車站地質(zhì)條件,縱向放坡坡頂至坡腳總放坡坡度在1:3.5,分層之間局部放坡坡度不陡于1:1.5。 車站土方開挖過程中,對(duì)影響范圍內(nèi)的周邊環(huán)境加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè),尤其是對(duì)地下連續(xù)墻深層土體位移、地下水位、地表沉降等項(xiàng)目加密觀測(cè)頻率,分析反饋監(jiān)測(cè)結(jié)果,指導(dǎo)各項(xiàng)施工參數(shù)的優(yōu)化調(diào)整,確定最終施工參數(shù)。土方開挖至基底以上30cm時(shí),改用人工開挖清底,驗(yàn)底通過后,按設(shè)計(jì)要求及時(shí)分塊澆筑素混凝土封底。3鋼支撐的安裝 基坑開挖到位后及時(shí)進(jìn)行支撐放樣工作,在其上準(zhǔn)確放出支撐定位十字線,為支撐架設(shè)做好準(zhǔn)備。 隨挖隨支撐,限時(shí)安裝鋼管支撐,做好基坑排水,減少坑底的暴露時(shí)間,及時(shí)安裝鋼支撐并準(zhǔn)確施加預(yù)應(yīng)力。 第1道鋼支撐在基坑開挖前抽槽埋設(shè),第2層及其下面各層均分小段開挖和支撐。每小段在8h以內(nèi)安裝2根鋼支撐并加好預(yù)應(yīng)力,此施工參數(shù)在實(shí)際施工中不斷進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。3.1鋼管支撐系統(tǒng)的組成 本工程采用φ609mm、δ=14mm的鋼管支撐,鋼管支撐系統(tǒng)包括支撐桿系及附屬構(gòu)件部分,其中支撐桿系包括主體桿、活絡(luò)端頭及固定端,附屬構(gòu)件包括三角鋼托架及鋼楔等部分。3.2鋼支撐安裝施工流程 支撐編號(hào)→對(duì)號(hào)運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)→支撐牛腿位置就位、量距→清理平整牛腿面→鋼支撐就位校正→施工預(yù)應(yīng)力→緊固鋼楔→拆除液壓千斤頂。 待分層、分段土方開挖到位時(shí),立即進(jìn)行支撐架設(shè)。支撐架設(shè)前根據(jù)車站斷面寬度提前拼裝,并經(jīng)檢驗(yàn)合格,無(wú)焊?jìng)㈤_裂等質(zhì)量缺陷,拼裝完成的鋼支撐軸線偏差和撓曲變形在規(guī)范允許范圍之內(nèi)。 支撐架設(shè)采用50t履帶吊整體吊裝。支撐架設(shè)時(shí),首先測(cè)放支撐中心位置,采用十字彈線法準(zhǔn)確定位,支撐就位精度滿足相關(guān)規(guī)范要求,支撐軸線水平定位偏差在±30mm以內(nèi),支撐兩端定位差異標(biāo)高不大于20mm,且不大于支撐長(zhǎng)度的1/600,支撐撓曲度不大于1/1000。 支撐架設(shè)完成后,為克服支撐端頭與圍護(hù)結(jié)構(gòu)面不完全密貼而造成的點(diǎn)支承或線支承現(xiàn)象,防止鋼支撐偏心受壓,對(duì)圍檁與圍護(hù)結(jié)構(gòu)之間的空隙加設(shè)鋼楔打緊并灌注快凝早強(qiáng)砂漿充填,保證支護(hù)體系的整體支撐效果?？炷鐝?qiáng)砂漿其配合比為硫鋁酸鹽超早強(qiáng)水泥:白云砂:快燥精:水=10:14:0.5:3.5(單位kg),其24h抗壓強(qiáng)度可達(dá)到30MPa。 采用8t汽車吊配合下放千斤頂進(jìn)行預(yù)應(yīng)力加設(shè),通過壓力表讀取預(yù)應(yīng)力值,當(dāng)壓力讀數(shù)與需要加設(shè)的預(yù)應(yīng)力值相符時(shí),穩(wěn)定千斤頂壓力,在活絡(luò)端打設(shè)鋼楔限位,完成支撐預(yù)應(yīng)力加設(shè)。為了使鋼楔充分密貼,鋼楔的表面平整度控制在2‰以內(nèi)。支撐預(yù)應(yīng)力加設(shè)前后的各12h之內(nèi),加密監(jiān)測(cè)頻率,發(fā)現(xiàn)預(yù)應(yīng)力損失或圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形速率無(wú)明顯收斂時(shí),復(fù)加預(yù)應(yīng)力至設(shè)計(jì)值。 對(duì)于第1排鋼支撐,在土方開挖至基底附近時(shí),可能出現(xiàn)應(yīng)力為0甚至圍護(hù)結(jié)構(gòu)向基坑外側(cè)變形的工況,施工中考慮對(duì)第1排鋼支撐兩端全部設(shè)置懸吊吊索,防止鋼支撐移動(dòng)脫落而危及基坑安全。3.3支撐體系架設(shè)注意事項(xiàng) 鋼支撐加工軸線偏心度控制在10mm以內(nèi),支撐安裝前先在地面拼裝,拼裝后的偏心度應(yīng)在20mm以內(nèi)。支撐安裝好后總偏心度≤50mm。鋼支撐標(biāo)高偏差≤50mm,水平方向偏差≤100mm。鋼支撐架設(shè)前,應(yīng)在圍護(hù)結(jié)構(gòu)上安裝牢固托架,同時(shí)支撐部位的結(jié)構(gòu)面要處理平整,并與鋼支撐垂直。每一小段或每個(gè)塊開挖完后,要爭(zhēng)取時(shí)間,采取相應(yīng)措施,盡快架設(shè)好相應(yīng)的鋼支撐。鋼支撐架設(shè)好后立即用千斤頂施加設(shè)計(jì)要求的軸力,在架設(shè)過程中要有專人負(fù)責(zé)對(duì)場(chǎng)地機(jī)具設(shè)備的檢修,吊放過程中要有專人統(tǒng)一指揮,以保障施工安全。對(duì)已架設(shè)好的鋼支撐要有專人觀察和檢查,并嚴(yán)禁人員在鋼支撐上行走,如發(fā)現(xiàn)撓度增大或鋼楔松動(dòng)等現(xiàn)象,立即采取措施,加固或重新施加軸力。4結(jié)束語(yǔ) 隨挖隨撐的“時(shí)空效應(yīng)”在延吉中路站土方開挖中得到了很好的應(yīng)用,保持了周邊建筑物及土體的穩(wěn)定,確保了安全生產(chǎn)的總體目標(biāo),筆者認(rèn)為需加強(qiáng)的是應(yīng)適當(dāng)調(diào)整和優(yōu)化支撐豎向布置,改善支撐和墻體受力,減少變形,另端頭井部分采用大跨度斜撐,加設(shè)鋼圍檁,確保穩(wěn)定。