深圳地鐵科學(xué)館車站的設(shè)計與施工技術(shù)[摘要]闡述和比較了地鐵車站采用蓋挖順作、蓋挖逆作和暗挖法的技術(shù)特點,闡明了深圳地鐵科學(xué)館站采用蓋挖順作法施工的關(guān)鍵技術(shù),并對一種新型臨時路面系統(tǒng)的設(shè)計與施工進行了詳細的介紹。[關(guān)鍵詞]地鐵車站;蓋挖順作法;路面系統(tǒng) 科學(xué)館站位于深圳市上步路與松嶺路之間、深南中路行車道下方,全長222.5ｍ,為10ｍ島式站臺,雙層雙跨(局部3跨)鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。深南中路為深圳市東西向市區(qū)主干道,道路總寬度50ｍ,機動車道為8車道,寬28.5ｍ。道路兩側(cè)為大片綠化地和停車場,建筑物相距100ｍ。本標段范圍內(nèi)地面已開辟為商業(yè)區(qū),地形平坦開闊,地面標高在3.4～11ｍ,附近有深圳市委等重要部門和高層建筑。此外,地下管線種類繁多,所處位置錯綜復(fù)雜。 工程區(qū)域?qū)俸_積平原和臺地,地表覆第四系全新人工堆積層,海積沖積層及第四系中更新統(tǒng)殘積層,下伏燕山期花崗巖層。工程范圍內(nèi),地下水按賦存介質(zhì)分為第四系孔隙潛水和基巖裂隙水。地下水埋深2.2～5.1ｍ,水位變幅0.5～1.0ｍ,車站范圍內(nèi)無砂層,粘性土層具弱透水性。1車站設(shè)計方案比選 科學(xué)館站初步設(shè)計方案有3種:①暗挖法;②蓋挖半逆作法;③蓋挖順作法。 暗挖法施工主要工序為:工序1 人工開挖導(dǎo)洞并支護后,在洞內(nèi)開挖中樁和側(cè)墻圍護樁,澆注底縱梁、中柱、頂縱梁,灌注側(cè)墻圍護樁及樁頂縱梁。工序2 施作拱頂超前短管棚,錨噴支護,完成拱部初期支護;開挖下半斷面至中板面;安裝第1道鋼支撐,施工中板側(cè)墻錨噴支護。工序3 開挖至基坑底,施作側(cè)墻及基底墊層,由下至上鋪設(shè)防水層,模筑框架結(jié)構(gòu),拆鋼支撐。 蓋挖半逆作法施工主要工序為:工序1 施工一側(cè)人工挖孔樁,再施工中間臨時立柱,開挖基坑至頂板底面,澆注半幅頂板后,恢復(fù)路面。工序2 施工另一側(cè)人工挖孔樁,開挖基坑至頂板底面,澆注半幅頂板后,恢復(fù)路面。在頂板下開挖基坑土方,采用順筑法施工底板、側(cè)墻、中板。3種工法的技術(shù)特點比較如表1所示。
從上面分析可見,蓋挖順作法對地面交通影響不大,工期較短,能保證主體結(jié)構(gòu)防水質(zhì)量、減小管線遷移,施工安全度比暗挖法有較大提高,防水效果好,成本較省。最后確定車站采用蓋挖順作法施工。2 車站臨時路面系統(tǒng)的設(shè)計與施工2.1車站臨時路面系統(tǒng)的優(yōu)化 科學(xué)館站臨時路面系統(tǒng)原設(shè)計如圖1所示。經(jīng)過比較論證,臨時路面系統(tǒng)變更采用20ｍ跨六四式加強型軍用簡支梁,如圖2所示。2.2車站軍用梁臨時路面系統(tǒng)的設(shè)計 六四加強型軍用梁在基坑上橫向布置,作為基坑臨時路面梁,間距2ｍ,跨徑20ｍ,共計111片,軍用梁如圖3所示。軍用梁之間于兩端和中部設(shè)置縱向聯(lián)結(jié)系梁,另設(shè)置縱向斜桿聯(lián)結(jié)系梁,以加強主梁整體穩(wěn)定和沿基坑縱向的剛度。除中部縱向聯(lián)結(jié)系梁為適應(yīng)本設(shè)計而作的特別設(shè)計外,其余縱向聯(lián)結(jié)構(gòu)件均為軍用梁系列定型產(chǎn)品。路面板兩端擱置在軍用梁上弦桿上緣上,采用Ｕ形螺栓壓板聯(lián)結(jié),軍用梁下弦桿端部與冠梁頂緊,作為基坑圍護的第1道支撐,如圖4所示。2.3車站圍護結(jié)構(gòu)與臨時路面系統(tǒng)的施工 科學(xué)館站圍護結(jié)構(gòu)為人工挖孔樁,共計506根,其中主體圍護樁407根,出入口及風(fēng)道圍護樁9根。結(jié)合交通疏解,圍護樁共分4階段施工。 第1階段,將北側(cè)人行道拓寬4.25ｍ作為行車道,占用南側(cè)3車道(寬11.25ｍ)及人行道,東西向長230ｍ。施工。 第1階段,將北側(cè)人行道拓寬4.25ｍ作為行車道,占用南側(cè)3車道(寬11.25ｍ)及人行道,東西向長230ｍ。施工南側(cè)主體圍護樁、出入口及風(fēng)道圍護樁、出入口及風(fēng)道路面系統(tǒng)。第2階段,將南側(cè)人行道拓寬4.25ｍ作為行車道,占用北側(cè)3車道(寬11.25ｍ)及人行道,東西向長230ｍ,施工北側(cè)主體圍護樁、出入口及風(fēng)道圍護樁、出入口及風(fēng)道路面系統(tǒng)。第3階段,占用北側(cè)主體圍護樁以南11.5ｍ寬道路,施工北半幅軍用梁、臨時路面系統(tǒng)及車站東西端頭樁。第4階段,占用南側(cè)主體圍護樁以北11.5ｍ寬道路,施工南半幅軍用梁、臨時路面系統(tǒng)及車站東西端頭樁。3 車站主體結(jié)構(gòu)的施工3.1車站土方的開挖 車站設(shè)計采用蓋挖順作法施工,出入口通道斜坡段采用明挖施工。車站施工時,可利用風(fēng)亭、風(fēng)道和出入口作為施工出土、進料通道。科學(xué)館站主體土方東西向長222.5ｍ,南北向?qū)?8.9ｍ,開挖深度16.8ｍ,土方總量7萬ｍ3。由南側(cè)3、4號風(fēng)道作為主要出土口,分3個階段施工。 第1階段,施工與軍用梁安裝同步進行,用機械開挖地面以下2ｍ范圍內(nèi)土方;第2階段,開挖地面以下2～9ｍ范圍內(nèi)土體,開挖底面線為中板(即3、4號風(fēng)道面)標高,由地面修筑25%斜坡道進入,本階段土方運輸機械位于中板(風(fēng)道)面,由車站兩端向中央同時進行;第3階段,施工地面以下9～16.8ｍ范圍內(nèi)土體。本階段土方運輸機械仍位于中板(風(fēng)道)面處,機械由下向上倒土,本階段土方屬蓋挖,由車站中央向兩端同時進行并可與主體結(jié)構(gòu)混凝土澆筑平行流水作業(yè)。為了保證施工安全,位于中板頂1ｍ處的鋼支撐要隨本階段土方施工跟進安裝,土方開挖與鋼支撐水平安裝距離不得大于3ｍ。3.2車站主體結(jié)構(gòu)的澆灌 按照避開預(yù)留洞口和結(jié)構(gòu)立柱、縱向梁彎矩最小的原則,將車站主體結(jié)構(gòu)分為20個施工段,最長施工段14.6ｍ,最短施工段8ｍ,平均長11ｍ。施工次序由中間向兩端以2個工作面同時作業(yè)、由下向上依次澆筑結(jié)構(gòu)底板→站臺層側(cè)墻→中板→站廳層側(cè)墻→頂板。為優(yōu)化資源配置,縮短工期,主體結(jié)構(gòu)要形成立體流水施工。3.3機械配置 在軍用梁節(jié)點下,安裝4臺5ｔ電動葫蘆,承擔鋼支撐安裝,鋼筋、模板等材料運輸作業(yè)。主體結(jié)構(gòu)混凝土澆灌在地面安裝混凝土輸送泵,通過出入口鋪設(shè)輸送管送入。材料設(shè)備由4個出入口輸入,土方由2個風(fēng)道送出,形成復(fù)雜的作業(yè)循環(huán)。3.4防水與堵漏 科學(xué)館站主體結(jié)構(gòu)防水等級為一級,遵循“以防為主、防排結(jié)合、剛?cè)嵯酀⒍嗟婪谰€、因地制宜、綜合治理”的原則,以結(jié)構(gòu)自防水為主,外防水為輔。施工關(guān)鍵一是處理好圍護結(jié)構(gòu)的滲漏;二是提高混凝土的抗裂、抗?jié)B性能,處理好施工縫、變形縫。 在進行車站主體結(jié)構(gòu)施工時,部分樁間有滲水現(xiàn)象。為了保證防水工程質(zhì)量,須先進行防水處理,幾種有針對性的治理方法為:①對單點漏水,水頭壓力不大的,可采用堵漏靈直接封堵;②對單點漏水,水頭壓力較大的,可先采用導(dǎo)流管將水引出,用堵漏靈封堵導(dǎo)流管四周,待堵漏靈達強度后,用木楔打入導(dǎo)流管,后用堵漏靈封堵表面;③對大面積慢滲水,無明顯水頭且滲水較小的,采用無機鹽防水劑直接涂抹;④對大面積滲水,有明顯水頭且滲水量較大的,采用埋設(shè)導(dǎo)流管將水流匯集,封堵滲水面并埋設(shè)注漿管,待封堵材料達強度后,注入水溶性聚氨酯防水劑。3.5 防止裂紋的技術(shù)措施 科學(xué)館站主體結(jié)構(gòu)全長222.5ｍ,無縱向變形縫,防止主體結(jié)構(gòu)混凝土產(chǎn)生裂縫就至關(guān)重要。主要措施為:①將車站主體結(jié)構(gòu)分為20個施工段,每個施工段長度不大于15ｍ;②“雙摻”即在混凝土內(nèi)摻入粉煤灰、減水劑,減少混凝土的干縮;③控制混凝土的入模溫度≤28℃,夏季施工要采取必要的降溫措施,如夜間澆筑、澆水降溫等;④加強混凝土施工過程的控制,保證混凝土的搗固質(zhì)量;⑤加強后期混凝土的養(yǎng)護,保證養(yǎng)護時間≥14ｄ。4監(jiān)控量測 加強險情預(yù)報,用準確的數(shù)據(jù)指導(dǎo)施工,是地下工程信息化施工的重要環(huán)節(jié)。本工程主要監(jiān)控項目為:①地下水位監(jiān)測 沿線路方向在深南大道南北側(cè)綠化地內(nèi)打設(shè)8口管井(管徑80ｍｍ,井深20ｍ),定期測量水位標高,建立地下水位動態(tài)表。②地表沉降監(jiān)測 在深南大道南北側(cè)人行道以及重點建筑物布置沉降觀測點,定期測量標高,根據(jù)各點沉降量及沉降速率確定主體及地下管線是否安全。③基樁土壓力監(jiān)測 在圍護樁護壁外側(cè)迎土面埋設(shè)土壓力盒,監(jiān)控土壓力變化。④水壓力監(jiān)測 在圍護樁護壁外側(cè)迎土面埋設(shè)水壓力計,監(jiān)測水壓力變化。⑤圍護樁鋼筋應(yīng)力監(jiān)測 在圍護樁主要受力筋上焊接鋼筋應(yīng)力計,測量圍護樁受力情況。⑥圍護樁傾斜度監(jiān)測 在圍護樁內(nèi)埋設(shè)Ф80ｍｍ測斜管,用測斜儀測量圍護樁的傾斜度。⑦鋼支撐、軍用梁軸力監(jiān)測在鋼支撐和軍用梁上安裝軸力計,測量軍用梁和鋼支撐的軸力變化情況。5 結(jié)語 (1)該工程現(xiàn)已順利竣工,工程實踐表明,在城市繁華地段修造地鐵車站,采用蓋挖順作法既能滿足交通和環(huán)境要求,又能確保車站的防水和使用功能,在不斷發(fā)展的地鐵工程施工中將得到廣泛應(yīng)用。 (2)優(yōu)化臨時路面系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),應(yīng)著眼于減少施工干擾,提高路面系統(tǒng)的穩(wěn)固性,降低造價;同時,要加強對路面系統(tǒng)的維修、養(yǎng)護,確保安全。 (3)優(yōu)化施工流程和工藝,提高機械化、組織立體(流水)作業(yè),是加快施工進度、降低成本的主要途徑。參考文獻:[1] 侯學(xué)淵,錢達仁,楊林德,等.軟土工程施工新技術(shù)[Ｍ].合肥:安徽科學(xué)技術(shù)出版社,1999 [2] 中交公路規(guī)劃設(shè)計院.ＪＴＪ021 89 公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范[Ｓ].北京:人民交通出版社,2001.[3] 建設(shè)部城市建設(shè)研究院.ＣＪＪ77 98 城市橋梁設(shè)計荷載標準[Ｓ].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1998.[4] 中國鐵道建筑總公司.六四式 加強型六四式軍用梁鐵路軍用梁手冊(增訂版)[Ｍ].北京:中國鐵道建筑總公司,1998
從上面分析可見,蓋挖順作法對地面交通影響不大,工期較短,能保證主體結(jié)構(gòu)防水質(zhì)量、減小管線遷移,施工安全度比暗挖法有較大提高,防水效果好,成本較省。最后確定車站采用蓋挖順作法施工。2 車站臨時路面系統(tǒng)的設(shè)計與施工2.1車站臨時路面系統(tǒng)的優(yōu)化 科學(xué)館站臨時路面系統(tǒng)原設(shè)計如圖1所示。經(jīng)過比較論證,臨時路面系統(tǒng)變更采用20ｍ跨六四式加強型軍用簡支梁,如圖2所示。2.2車站軍用梁臨時路面系統(tǒng)的設(shè)計 六四加強型軍用梁在基坑上橫向布置,作為基坑臨時路面梁,間距2ｍ,跨徑20ｍ,共計111片,軍用梁如圖3所示。軍用梁之間于兩端和中部設(shè)置縱向聯(lián)結(jié)系梁,另設(shè)置縱向斜桿聯(lián)結(jié)系梁,以加強主梁整體穩(wěn)定和沿基坑縱向的剛度。除中部縱向聯(lián)結(jié)系梁為適應(yīng)本設(shè)計而作的特別設(shè)計外,其余縱向聯(lián)結(jié)構(gòu)件均為軍用梁系列定型產(chǎn)品。路面板兩端擱置在軍用梁上弦桿上緣上,采用Ｕ形螺栓壓板聯(lián)結(jié),軍用梁下弦桿端部與冠梁頂緊,作為基坑圍護的第1道支撐,如圖4所示。2.3車站圍護結(jié)構(gòu)與臨時路面系統(tǒng)的施工 科學(xué)館站圍護結(jié)構(gòu)為人工挖孔樁,共計506根,其中主體圍護樁407根,出入口及風(fēng)道圍護樁9根。結(jié)合交通疏解,圍護樁共分4階段施工。 第1階段,將北側(cè)人行道拓寬4.25ｍ作為行車道,占用南側(cè)3車道(寬11.25ｍ)及人行道,東西向長230ｍ。施工。 第1階段,將北側(cè)人行道拓寬4.25ｍ作為行車道,占用南側(cè)3車道(寬11.25ｍ)及人行道,東西向長230ｍ。施工南側(cè)主體圍護樁、出入口及風(fēng)道圍護樁、出入口及風(fēng)道路面系統(tǒng)。第2階段,將南側(cè)人行道拓寬4.25ｍ作為行車道,占用北側(cè)3車道(寬11.25ｍ)及人行道,東西向長230ｍ,施工北側(cè)主體圍護樁、出入口及風(fēng)道圍護樁、出入口及風(fēng)道路面系統(tǒng)。第3階段,占用北側(cè)主體圍護樁以南11.5ｍ寬道路,施工北半幅軍用梁、臨時路面系統(tǒng)及車站東西端頭樁。第4階段,占用南側(cè)主體圍護樁以北11.5ｍ寬道路,施工南半幅軍用梁、臨時路面系統(tǒng)及車站東西端頭樁。3 車站主體結(jié)構(gòu)的施工3.1車站土方的開挖 車站設(shè)計采用蓋挖順作法施工,出入口通道斜坡段采用明挖施工。車站施工時,可利用風(fēng)亭、風(fēng)道和出入口作為施工出土、進料通道。科學(xué)館站主體土方東西向長222.5ｍ,南北向?qū)?8.9ｍ,開挖深度16.8ｍ,土方總量7萬ｍ3。由南側(cè)3、4號風(fēng)道作為主要出土口,分3個階段施工。 第1階段,施工與軍用梁安裝同步進行,用機械開挖地面以下2ｍ范圍內(nèi)土方;第2階段,開挖地面以下2～9ｍ范圍內(nèi)土體,開挖底面線為中板(即3、4號風(fēng)道面)標高,由地面修筑25%斜坡道進入,本階段土方運輸機械位于中板(風(fēng)道)面,由車站兩端向中央同時進行;第3階段,施工地面以下9～16.8ｍ范圍內(nèi)土體。本階段土方運輸機械仍位于中板(風(fēng)道)面處,機械由下向上倒土,本階段土方屬蓋挖,由車站中央向兩端同時進行并可與主體結(jié)構(gòu)混凝土澆筑平行流水作業(yè)。為了保證施工安全,位于中板頂1ｍ處的鋼支撐要隨本階段土方施工跟進安裝,土方開挖與鋼支撐水平安裝距離不得大于3ｍ。3.2車站主體結(jié)構(gòu)的澆灌 按照避開預(yù)留洞口和結(jié)構(gòu)立柱、縱向梁彎矩最小的原則,將車站主體結(jié)構(gòu)分為20個施工段,最長施工段14.6ｍ,最短施工段8ｍ,平均長11ｍ。施工次序由中間向兩端以2個工作面同時作業(yè)、由下向上依次澆筑結(jié)構(gòu)底板→站臺層側(cè)墻→中板→站廳層側(cè)墻→頂板。為優(yōu)化資源配置,縮短工期,主體結(jié)構(gòu)要形成立體流水施工。3.3機械配置 在軍用梁節(jié)點下,安裝4臺5ｔ電動葫蘆,承擔鋼支撐安裝,鋼筋、模板等材料運輸作業(yè)。主體結(jié)構(gòu)混凝土澆灌在地面安裝混凝土輸送泵,通過出入口鋪設(shè)輸送管送入。材料設(shè)備由4個出入口輸入,土方由2個風(fēng)道送出,形成復(fù)雜的作業(yè)循環(huán)。3.4防水與堵漏 科學(xué)館站主體結(jié)構(gòu)防水等級為一級,遵循“以防為主、防排結(jié)合、剛?cè)嵯酀⒍嗟婪谰€、因地制宜、綜合治理”的原則,以結(jié)構(gòu)自防水為主,外防水為輔。施工關(guān)鍵一是處理好圍護結(jié)構(gòu)的滲漏;二是提高混凝土的抗裂、抗?jié)B性能,處理好施工縫、變形縫。 在進行車站主體結(jié)構(gòu)施工時,部分樁間有滲水現(xiàn)象。為了保證防水工程質(zhì)量,須先進行防水處理,幾種有針對性的治理方法為:①對單點漏水,水頭壓力不大的,可采用堵漏靈直接封堵;②對單點漏水,水頭壓力較大的,可先采用導(dǎo)流管將水引出,用堵漏靈封堵導(dǎo)流管四周,待堵漏靈達強度后,用木楔打入導(dǎo)流管,后用堵漏靈封堵表面;③對大面積慢滲水,無明顯水頭且滲水較小的,采用無機鹽防水劑直接涂抹;④對大面積滲水,有明顯水頭且滲水量較大的,采用埋設(shè)導(dǎo)流管將水流匯集,封堵滲水面并埋設(shè)注漿管,待封堵材料達強度后,注入水溶性聚氨酯防水劑。3.5 防止裂紋的技術(shù)措施 科學(xué)館站主體結(jié)構(gòu)全長222.5ｍ,無縱向變形縫,防止主體結(jié)構(gòu)混凝土產(chǎn)生裂縫就至關(guān)重要。主要措施為:①將車站主體結(jié)構(gòu)分為20個施工段,每個施工段長度不大于15ｍ;②“雙摻”即在混凝土內(nèi)摻入粉煤灰、減水劑,減少混凝土的干縮;③控制混凝土的入模溫度≤28℃,夏季施工要采取必要的降溫措施,如夜間澆筑、澆水降溫等;④加強混凝土施工過程的控制,保證混凝土的搗固質(zhì)量;⑤加強后期混凝土的養(yǎng)護,保證養(yǎng)護時間≥14ｄ。4監(jiān)控量測 加強險情預(yù)報,用準確的數(shù)據(jù)指導(dǎo)施工,是地下工程信息化施工的重要環(huán)節(jié)。本工程主要監(jiān)控項目為:①地下水位監(jiān)測 沿線路方向在深南大道南北側(cè)綠化地內(nèi)打設(shè)8口管井(管徑80ｍｍ,井深20ｍ),定期測量水位標高,建立地下水位動態(tài)表。②地表沉降監(jiān)測 在深南大道南北側(cè)人行道以及重點建筑物布置沉降觀測點,定期測量標高,根據(jù)各點沉降量及沉降速率確定主體及地下管線是否安全。③基樁土壓力監(jiān)測 在圍護樁護壁外側(cè)迎土面埋設(shè)土壓力盒,監(jiān)控土壓力變化。④水壓力監(jiān)測 在圍護樁護壁外側(cè)迎土面埋設(shè)水壓力計,監(jiān)測水壓力變化。⑤圍護樁鋼筋應(yīng)力監(jiān)測 在圍護樁主要受力筋上焊接鋼筋應(yīng)力計,測量圍護樁受力情況。⑥圍護樁傾斜度監(jiān)測 在圍護樁內(nèi)埋設(shè)Ф80ｍｍ測斜管,用測斜儀測量圍護樁的傾斜度。⑦鋼支撐、軍用梁軸力監(jiān)測在鋼支撐和軍用梁上安裝軸力計,測量軍用梁和鋼支撐的軸力變化情況。5 結(jié)語 (1)該工程現(xiàn)已順利竣工,工程實踐表明,在城市繁華地段修造地鐵車站,采用蓋挖順作法既能滿足交通和環(huán)境要求,又能確保車站的防水和使用功能,在不斷發(fā)展的地鐵工程施工中將得到廣泛應(yīng)用。 (2)優(yōu)化臨時路面系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),應(yīng)著眼于減少施工干擾,提高路面系統(tǒng)的穩(wěn)固性,降低造價;同時,要加強對路面系統(tǒng)的維修、養(yǎng)護,確保安全。 (3)優(yōu)化施工流程和工藝,提高機械化、組織立體(流水)作業(yè),是加快施工進度、降低成本的主要途徑。參考文獻:[1] 侯學(xué)淵,錢達仁,楊林德,等.軟土工程施工新技術(shù)[Ｍ].合肥:安徽科學(xué)技術(shù)出版社,1999 [2] 中交公路規(guī)劃設(shè)計院.ＪＴＪ021 89 公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范[Ｓ].北京:人民交通出版社,2001.[3] 建設(shè)部城市建設(shè)研究院.ＣＪＪ77 98 城市橋梁設(shè)計荷載標準[Ｓ].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1998.[4] 中國鐵道建筑總公司.六四式 加強型六四式軍用梁鐵路軍用梁手冊(增訂版)[Ｍ].北京:中國鐵道建筑總公司,1998
