蓋挖逆作法關(guān)鍵技術(shù)研討與實(shí)踐

南京地鐵一號線新街口站蓋挖逆作法關(guān)鍵技術(shù)研討與實(shí)踐

【內(nèi)容提要】 在高靈敏度、低滲透性、飽和、軟流塑的軟弱地層中采用蓋挖逆作法修筑大型地鐵車站，對于確保工程精度、防水質(zhì)量等難度較大。本文介紹丁南京地鐵一號線新街口站蓋挖逆作法關(guān)鍵技術(shù)，為類似工程提供了可資借鑒的工程經(jīng)驗(yàn)。
【摘 要】 蓋挖逆作法 施工關(guān)鍵技術(shù)
1前言
在目前通用的地鐵車站工法中，蓋挖逆作法對工程賦存環(huán)境具有相對較小的不利影響，其綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)較為理想。其路面敞口作業(yè)時間較短，對工程周邊的商業(yè)及交通環(huán)境影響較??；其結(jié)構(gòu)體本身作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)的支撐體系，剛度較高，可顯著減小圍護(hù)結(jié)構(gòu)及周邊環(huán)境的變形；其造價介于明挖與暗挖之間，較為低廉。故此蓋挖逆作法在商業(yè)繁榮、建筑密集、交通繁忙的城市中心區(qū)域或交通樞紐具有極大應(yīng)用價值。在我國北京、上海、廣州、南京的大型地鐵車站工程中均有所應(yīng)用。
因工藝原因，蓋挖逆作法亦具有局限性，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：施工過程中產(chǎn)生的不均勻沉降對結(jié)構(gòu)體系的不利影響比順作法嚴(yán)重；結(jié)構(gòu)體由上向下施作，施工縫多。由于混凝土結(jié)構(gòu)硬化過程中的收縮與下沉的影響，不可避免的出現(xiàn)裂縫，對結(jié)構(gòu)的剛度、耐久性、防水性均產(chǎn)生不利影響；多數(shù)交匯于同一節(jié)點(diǎn)的工程構(gòu)件非同步施工，其連接精度控制難度較大；層板一般采用土模施工，混凝土的表觀質(zhì)量控制難度較大。
新街口站采用蓋挖逆作法施工。針對上述問題，采取了相應(yīng)技術(shù)措施，取得了較好的效果，現(xiàn)將有關(guān)情況介紹如下：
2工程概況
新街口站是一號線和二號線之間的換乘站。南北向一號線新街口站位于新街口圓形廣場以南，淮海路、石鼓路以北中山南路下方；東西向二號線新街口站位于漢中路和中山東路地下。一號線新街口車站北端為一內(nèi)徑50m的大圓盤結(jié)構(gòu)，為近、遠(yuǎn)期車站的交匯點(diǎn)。
新街口站的總建筑面積為35 579．73平方米。車站長362．703m，寬24．2m(局部寬3655m)，總高17．24m(局部19．03m)；設(shè)置2‰坡，南高北低。
該站為地下三層島式車站，站臺寬14m，地下一層至三層分別為商業(yè)層、站廳層、站臺層。該站主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)為o．8m厚地下連續(xù)墻，南延段部分圍護(hù)結(jié)構(gòu)為SMW樁。中間立柱為φ600(少量φ700、φ800)鋼管柱，其基礎(chǔ)為φ1 500的鉆孔灌注樁。車站共設(shè)16個出人口及3個風(fēng)道。
根據(jù)工程地質(zhì)勘察報告，該站地質(zhì)情況復(fù)雜。依據(jù)巖土體的時代、成因類型和物理力學(xué)性質(zhì)，場地工程地質(zhì)從上而下分為四個大層：①層人工填土、②層中、晚全新世沖淤積成因土層、③層更晚新世—早全新世沖積成因土層、④層下白堊葛村組沉積巖。
施工區(qū)域地下水分為三層：淺層孔隙潛水層、中部弱承壓含水層及深層孔隙承壓含水層。地下水位在0．8-1．8m之間車站結(jié)構(gòu)均置于淤泥質(zhì)粘土層中，其土質(zhì)具有高壓縮性、高靈敏度、低滲透性、飽和、軟流塑的特征。
該站施工區(qū)域地面環(huán)境十分復(fù)雜，車站周邊建筑物包括分布于中心廣場周邊的金陵飯店、中國銀行及分布于中山南路兩側(cè)的新百大樓、中央商場、商貿(mào)大樓、東方商場及天安大廈等。周邊管網(wǎng)密布，包括上水、下水、電力、電信等在內(nèi)的各種管線累計(jì)150余條。
3 新街口站總體施工方案
新街口站蓋挖逆作法施工方案是根據(jù)該站的地質(zhì)條件、地面交通、施工場地條件及工期要求，通過多次方案優(yōu)化選擇論證確定的。該方案概括為一明三暗全蓋挖逆作法。一明是指主體結(jié)構(gòu)頂板以上4．5m的土方明挖，三暗是指商業(yè)層、站廳層、站臺層的土方均采用暗挖，并依次由上而下施作層板及邊墻結(jié)構(gòu)。
新街口站蓋挖逆作法的總體程序是：施作車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)地下連續(xù)墻及中間鋼管混凝土柱—頂板以上土方開挖、頂板地模施作、頂板結(jié)構(gòu)及頂板防水層及保護(hù)層施作—回填頂板以上土方—商業(yè)層土方開挖、地模施作、層板及邊墻結(jié)構(gòu)施作—站廳層土方開挖及結(jié)構(gòu)施作—站臺層土方開挖及結(jié)構(gòu)施作—站臺層層板及樓梯等零星工程。其標(biāo)準(zhǔn)斷面的施工程序如圖1。

4 新街口站主要關(guān)鍵技術(shù)的研究和實(shí)踐
4.1圍護(hù)結(jié)構(gòu)地下連續(xù)墻防止不均勻沉降主要技術(shù)措施
新街口站主體結(jié)構(gòu)基坑均采用C30S8防水混凝土地下連續(xù)墻作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)，它即作為施工期間的基坑擋土止水圍護(hù)結(jié)構(gòu)，又與內(nèi)襯墻結(jié)合而成復(fù)合墻作為永久結(jié)構(gòu)的側(cè)墻使用。連續(xù)墻幅寬0．8m，幅長6m左右，深度35~39m。
為克服連續(xù)墻墻體不均勻沉降對主體結(jié)構(gòu)的整體質(zhì)量產(chǎn)生不良影響，采取了下列措施：首先，在設(shè)計(jì)階段調(diào)整連續(xù)墻墻深，使其墻趾穿越深層孔隙承壓含水層(③一3d2粉細(xì)砂層及③--4e粗砂混卵礫石層)而進(jìn)入⑤一1強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖—泥巖層利、于0．5m，從而使墻趾坐落于穩(wěn)定可靠的基巖持力層上。第二，為提高墻底地基承載力，減小墻體的不均勻沉降，在連續(xù)墻的鋼筋籠內(nèi)預(yù)留兩根φ30壓漿管，待墻體混凝土灌筑完畢且達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度30％左右后，即向墻趾壓注1：2水泥砂漿。實(shí)踐證明這種技術(shù)措施是行之有效的。壓注的水泥砂漿填充了墻趾的空隙并對墻趾沉積層進(jìn)行有效的加固補(bǔ)強(qiáng)，從而減少了不均勻沉降發(fā)生的可能性。第三，為提高連續(xù)墻整體剛度，在連續(xù)墻墻頂設(shè)置了一道0．8mx1．0m的現(xiàn)澆鋼筋混凝土圈梁，將連續(xù)墻連接為統(tǒng)—整體。第四，在連續(xù)墻施工階段各工序嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)及操作規(guī)程進(jìn)行，并特別強(qiáng)調(diào)在清槽階段的施工質(zhì)量，確保泥漿比重及沉渣厚度符合標(biāo)準(zhǔn)后方可轉(zhuǎn)入下道工序施工。首先采用撩抓法清底，而后采用導(dǎo)管吸泥漿法循環(huán)清底。清底后槽底泥漿比重小于1．25，沉渣厚度不大于100mm。清槽結(jié)束后，用側(cè)錘測量成槽深度，而后再次用平測錘測量成槽深度，兩次的差值即為沉渣厚度。再由監(jiān)理檢驗(yàn)槽深和泥漿比重，具備相應(yīng)資質(zhì)的單位采用超聲波探測儀檢測槽壁垂直度，各項(xiàng)指標(biāo)均滿足規(guī)范要求后進(jìn)人下道工序施工。
通過上述各項(xiàng)技術(shù)措施，確保了地下墻整體施工質(zhì)量，有效控制了墻體的不均勻沉降，經(jīng)實(shí)測墻體的不均勻沉降值最大4mm左右。
4．2 車站中間樁柱主要施工工藝
鋼管柱是蓋挖逆作法施工的地下車站之重要的工程構(gòu)件。施工階段其為臨時支柱，使用階段則為車站永久性的主要豎向承載與傳力結(jié)構(gòu)。中間樁柱由中柱及基礎(chǔ)中樁兩部分組成。本站鋼管柱的外徑為600mm(部分700mm、800mm)，鋼管壁厚t為16mm，材料為16Mn。核心混凝土為C50微膨脹混凝土，柱群在平面上呈網(wǎng)格狀布置，中樁為C30鋼筋混凝土鉆孔灌注樁，直徑1．5m，鋼管柱下端錨人柱基2m左右。在鋼管柱錨固段上設(shè)抗剪栓釘，其構(gòu)造如圖2鋼管柱與鋼套管位置關(guān)系圖。
本工程施工區(qū)域主要為淤泥質(zhì)粘土，故鋼管柱的安裝采用濕作業(yè)先插法。其主要施52212藝流程為：鉆孔灌注樁鉆進(jìn)成孔--整體吊放鉆孔灌注樁鋼筋籠及鋼套管—首次灌注樁基混凝土至預(yù)定位置—樁基表層混凝土鉆除—抽排鋼套管內(nèi)泥漿—樁底壓注水泥漿一在鋼套管內(nèi)安裝自動定位器—吊放安裝鋼管柱，并完成其上下端定位—灌注樁基杯口混凝土至設(shè)計(jì)位置—灌注鋼管柱內(nèi)混凝土至設(shè)計(jì)位置—上節(jié)鋼套管回收同時鋼管柱周圍環(huán)形回填干砂。見圖3中間樁柱施工流程圖。

鋼管柱綜合質(zhì)量的影響因素主要包括樁基施工質(zhì)量、鋼管柱加工質(zhì)量、鋼管柱安裝定位質(zhì)量及柱內(nèi)混凝土施工質(zhì)量等。本文重點(diǎn)討論后二點(diǎn)。
鋼管柱質(zhì)量控制的關(guān)鍵問題之一是確保柱體的安裝精度，規(guī)范規(guī)定立柱中心線和基礎(chǔ)中心線的允許偏差正負(fù)5mm，立柱的不垂直度誤差不得大于柱長的1‰.
鋼管柱的安裝定位主要采取上下兩點(diǎn)定位法。其下端的定位依靠自動定位器完成，上端的定位采用四根置于鋼套管和鋼管柱之間的位于同一平面上的四根可調(diào)絲桿定位。自動定位器是預(yù)先加工的錐形裝置，精確校正其平面位置、高程和垂直度后，用4只螺栓與預(yù)焊于鋼套管管壁上的安裝支腳連接，澆筑樁基混凝土后，定位器牢固錨固于混凝土中。其構(gòu)造特點(diǎn)決定了其可實(shí)現(xiàn)對鋼筋柱的引渡、限定、精確定位的功能。
采用全站儀測設(shè)中間樁柱設(shè)計(jì)平面位置，并在護(hù)筒施工區(qū)域外十字軸線方向上做護(hù)樁，以確保樁心位置。采用水準(zhǔn)儀及30m鋼尺相結(jié)合，測設(shè)鋼管柱底標(biāo)高，并在鋼套管管壁十字軸線方向?qū)?yīng)做4點(diǎn)以控制定位器安裝標(biāo)高。柱心的測設(shè)方式為：先從地面用垂球?qū)缎囊郎y至鋼套管內(nèi)樁基表面，較為精確地標(biāo)定初安裝位置，其后將1／20萬的投點(diǎn)儀由全站儀直接置于地面樁心位置，將樁心直接投測于定位器中心，指揮定位器精確安裝后澆筑混凝土。
中間柱施工中另一個關(guān)鍵問題是如何確保中間樁柱的混凝土灌筑質(zhì)量。中間柱基礎(chǔ)鉆孔灌注樁C30普通水下混凝土采用導(dǎo)管法灌筑。鋼管柱核心混凝土采用C50御澎脹混凝土。比較規(guī)范規(guī)定的泵送頂升澆灌法、立式手工澆搗法及高位拋落無振搗法等三種灌注方法，結(jié)合本工程鋼管柱的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)選擇高位拋落無振搗法灌注柱內(nèi)混凝土。為克服該法實(shí)施過程中的混凝土壓覆氣泡而形成核心混凝土不密實(shí)的缺點(diǎn)，采用高能振搗棒插入柱內(nèi)混凝土全程振搗。這種高位拋落結(jié)合振搗施工工藝有效確保了柱內(nèi)混凝土的密實(shí)度。C50微膨脹混凝土的配合比見表1。
表1 C50微膨脹混凝土的配合比

4．3 土模施工技術(shù)
新街口站頂板厚度0．8m，層板厚度0．4m，混凝土強(qiáng)度等級為C30，車站結(jié)構(gòu)劃分為16個施工段
平均段K22m左右。
本站頂板及層板均處于淤泥質(zhì)粘土層中，這種地層的典型特征是：高靈敏度、高壓縮性、低強(qiáng)度、飽和、可塑或軟塑狀態(tài)，不適宜作為天然地基。在此種地層上大面積施作地模及結(jié)構(gòu)混凝土易于引起不均勻沉降。經(jīng)研究試驗(yàn)決定采用復(fù)合結(jié)構(gòu)地模，即10cm厚碎石層+8cm厚C20素混凝土層。根據(jù)具體的地質(zhì)條件，對局部進(jìn)行換填處理，以保證地模的強(qiáng)度、剛度及施工精度，最大限度地減小層板結(jié)構(gòu)在施工過程中的不均勻沉降。
土?；翆拥氖┕ひc(diǎn)為：按結(jié)構(gòu)幾何形狀，設(shè)計(jì)標(biāo)高及縱向2‰的設(shè)計(jì)坡度整平基土平面；土方開挖前對基坑內(nèi)地下水提前20天進(jìn)行大口徑深井降水處理，洞中蓋挖部分土方結(jié)合輕型井點(diǎn)降水及明排水處理，確?；撩婊靖稍?；在土方開挖過程中嚴(yán)禁超挖，并預(yù)留20cm左右人工檢底；加強(qiáng)對局部軟弱地段的水泥石灰土換填處理。
各層板梁結(jié)構(gòu)土模結(jié)構(gòu)施工要點(diǎn)：板結(jié)構(gòu)土模頂面標(biāo)高提高2cm作為預(yù)留沉降量；基土夯實(shí)整平經(jīng)檢驗(yàn)合格后，鋪設(shè)10cm碎石層及8cm厚C20素混凝土，精確控制其標(biāo)高后進(jìn)行趕光壓漿處理；中梁及車站頂板縱向邊緣的側(cè)模結(jié)構(gòu)采用12cm厚磚胎模，其表面抹5cm厚砂漿找平層，土模施作完畢后涂刷長效脫模劑以保證脫模效果。
實(shí)測數(shù)據(jù)反映，頂板地模最大累計(jì)沉降6mm，中板則基本無沉降，除頂板局部由于雨水沖淋而造成脫模效果不佳外，其余部分均線條平順，混凝土表觀質(zhì)量良好。
4．4 綜合防水施工技術(shù)
與明挖順作法比較，蓋挖逆作法施工的地鐵車站，其水平施工縫的數(shù)量較多。故防水質(zhì)量的保證顯得極為重要。新街口站防水工程采取綜合治理的技術(shù)措施，取得了較好的防水效果。
本站的主體結(jié)構(gòu)及人行通道均按防水等級—級的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，風(fēng)道及風(fēng)井結(jié)構(gòu)的防水等級為二級。結(jié)構(gòu)防水施工要點(diǎn)包括：對于圍護(hù)結(jié)構(gòu)地下連續(xù)墻的滲漏水首先采取有效措施予以封堵；車站的混凝土結(jié)構(gòu)則采用C30高性能補(bǔ)償收縮防水混凝土，其抗?jié)B等級不低于S1O。在各工序施工過程中，嚴(yán)格遵守操作規(guī)程，確保混凝土的密實(shí)度。特別對于瞄嚇的水平施工縫采取了特殊的技術(shù)處理措施。根據(jù)蓋挖逆作法的工藝特點(diǎn)，板梁結(jié)構(gòu)為先澆混凝土，其下的內(nèi)襯墻結(jié)構(gòu)為后澆混凝土。由于混凝土收縮、下沉等原因，兩者之間的水平施工縫易于產(chǎn)生微裂縫而難以密實(shí)，此處采用澆注假牛腿及二次振搗工藝。設(shè)置特制的斜向模板，以保證假牛腿頂面高出施工縫20cm；車站頂板上采用可以與結(jié)構(gòu)密實(shí)粘貼的聚氨酯涂料，防水層向上連續(xù)鋪設(shè)至地下連續(xù)墻上30cm的寬度，并且在拐角增設(shè)一層同材質(zhì)的防水層；在地下連續(xù)墻與各層板結(jié)構(gòu)交接部位進(jìn)行鑿毛處理并涂刷一道水泥基滲透結(jié)晶型剛性防水層，利用其遇水逆向滲透作用提高混凝土的抗?jié)B陛能。
特殊部位的防水技術(shù)要點(diǎn)是：施工縫部位，在條件允許的情況下采用250mm鋼板膩?zhàn)又顾畮нM(jìn)行防水密封處理，在不能采用鋼板膩?zhàn)又顾畮Р课?，采?0mmx20mm遇水膨脹橡膠條進(jìn)行防水密封處理。在層板與邊墻間的水平施工縫部位，采用預(yù)埋φ30管注漿的方式進(jìn)行強(qiáng)防水處理。在變形縫部位，結(jié)構(gòu)內(nèi)部采用300mm寬的中埋式PVC止水帶進(jìn)行防水處理，外側(cè)采用外貼式PVC止水帶進(jìn)行處理(頂板無)。通過以上綜合性的防水技術(shù)措施，新街口站總體防水質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求。
5 結(jié)束語
新街口站蓋挖逆作法施工中，地下墻及中間樁柱采取了切實(shí)可靠的防止不均勻沉降的技術(shù)措施，有效地確保了結(jié)構(gòu)體的安全與質(zhì)量；中間鋼管混凝土柱的全套施工技術(shù)安全穩(wěn)妥，安裝精度很高，有效確保了鋼管柱的施工質(zhì)量；在軟弱地質(zhì)條件下的地模及結(jié)構(gòu)施工技術(shù)，有效地確保了結(jié)構(gòu)的內(nèi)在質(zhì)量及表觀質(zhì)量；綜合防水技術(shù)則確保了車站的整體防水質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范的要求。新街口站的蓋挖逆作法施工經(jīng)驗(yàn)，為國內(nèi)同類工程提供了可資借鑒的經(jīng)驗(yàn)。