深圳地铁科学馆车站的设计与施工技术[摘要]阐述和比较了地铁车站采用盖挖顺作、盖挖逆作和暗挖法的技术特点,阐明了深圳地铁科学馆站采用盖挖顺作法施工的关键技术,并对一种新型临时路面系统的设计与施工进行了详细的介绍。[关键词]地铁车站;盖挖顺作法;路面系统 科学馆站位于深圳市上步路与松岭路之间、深南中路行车道下方,全长222.5ｍ,为10ｍ岛式站台,双层双跨(局部3跨)钢筋混凝土框架结构。深南中路为深圳市东西向市区主干道,道路总宽度50ｍ,机动车道为8车道,宽28.5ｍ。道路两侧为大片绿化地和停车场,建筑物相距100ｍ。本标段范围内地面已开辟为商业区,地形平坦开阔,地面标高在3.4～11ｍ,附近有深圳市委等重要部门和高层建筑。此外,地下管线种类繁多,所处位置错综复杂。 工程区域属海冲积平原和台地,地表覆第四系全新人工堆积层,海积冲积层及第四系中更新统残积层,下伏燕山期花岗岩层。工程范围内,地下水按赋存介质分为第四系孔隙潜水和基岩裂隙水。地下水埋深2.2～5.1ｍ,水位变幅0.5～1.0ｍ,车站范围内无砂层,粘性土层具弱透水性。1车站设计方案比选 科学馆站初步设计方案有3种:①暗挖法;②盖挖半逆作法;③盖挖顺作法。 暗挖法施工主要工序为:工序1 人工开挖导洞并支护后,在洞内开挖中桩和侧墙围护桩,浇注底纵梁、中柱、顶纵梁,灌注侧墙围护桩及桩顶纵梁。工序2 施作拱顶超前短管棚,锚喷支护,完成拱部初期支护;开挖下半断面至中板面;安装第1道钢支撑,施工中板侧墙锚喷支护。工序3 开挖至基坑底,施作侧墙及基底垫层,由下至上铺设防水层,模筑框架结构,拆钢支撑。 盖挖半逆作法施工主要工序为:工序1 施工一侧人工挖孔桩,再施工中间临时立柱,开挖基坑至顶板底面,浇注半幅顶板后,恢复路面。工序2 施工另一侧人工挖孔桩,开挖基坑至顶板底面,浇注半幅顶板后,恢复路面。在顶板下开挖基坑土方,采用顺筑法施工底板、侧墙、中板。3种工法的技术特点比较如表1所示。
从上面分析可见,盖挖顺作法对地面交通影响不大,工期较短,能保证主体结构防水质量、减小管线迁移,施工安全度比暗挖法有较大提高,防水效果好,成本较省。最后确定车站采用盖挖顺作法施工。2 车站临时路面系统的设计与施工2.1车站临时路面系统的优化 科学馆站临时路面系统原设计如图1所示。经过比较论证,临时路面系统变更采用20ｍ跨六四式加强型军用简支梁,如图2所示。2.2车站军用梁临时路面系统的设计 六四加强型军用梁在基坑上横向布置,作为基坑临时路面梁,间距2ｍ,跨径20ｍ,共计111片,军用梁如图3所示。军用梁之间于两端和中部设置纵向联结系梁,另设置纵向斜杆联结系梁,以加强主梁整体稳定和沿基坑纵向的刚度。除中部纵向联结系梁为适应本设计而作的特别设计外,其余纵向联结构件均为军用梁系列定型产品。路面板两端搁置在军用梁上弦杆上缘上,采用Ｕ形螺栓压板联结,军用梁下弦杆端部与冠梁顶紧,作为基坑围护的第1道支撑,如图4所示。2.3车站围护结构与临时路面系统的施工 科学馆站围护结构为人工挖孔桩,共计506根,其中主体围护桩407根,出入口及风道围护桩9根。结合交通疏解,围护桩共分4阶段施工。 第1阶段,将北侧人行道拓宽4.25ｍ作为行车道,占用南侧3车道(宽11.25ｍ)及人行道,东西向长230ｍ。施工。 第1阶段,将北侧人行道拓宽4.25ｍ作为行车道,占用南侧3车道(宽11.25ｍ)及人行道,东西向长230ｍ。施工南侧主体围护桩、出入口及风道围护桩、出入口及风道路面系统。第2阶段,将南侧人行道拓宽4.25ｍ作为行车道,占用北侧3车道(宽11.25ｍ)及人行道,东西向长230ｍ,施工北侧主体围护桩、出入口及风道围护桩、出入口及风道路面系统。第3阶段,占用北侧主体围护桩以南11.5ｍ宽道路,施工北半幅军用梁、临时路面系统及车站东西端头桩。第4阶段,占用南侧主体围护桩以北11.5ｍ宽道路,施工南半幅军用梁、临时路面系统及车站东西端头桩。3 车站主体结构的施工3.1车站土方的开挖 车站设计采用盖挖顺作法施工,出入口通道斜坡段采用明挖施工。车站施工时,可利用风亭、风道和出入口作为施工出土、进料通道。科学馆站主体土方东西向长222.5ｍ,南北向宽18.9ｍ,开挖深度16.8ｍ,土方总量7万ｍ3。由南侧3、4号风道作为主要出土口,分3个阶段施工。 第1阶段,施工与军用梁安装同步进行,用机械开挖地面以下2ｍ范围内土方;第2阶段,开挖地面以下2～9ｍ范围内土体,开挖底面线为中板(即3、4号风道面)标高,由地面修筑25%斜坡道进入,本阶段土方运输机械位于中板(风道)面,由车站两端向中央同时进行;第3阶段,施工地面以下9～16.8ｍ范围内土体。本阶段土方运输机械仍位于中板(风道)面处,机械由下向上倒土,本阶段土方属盖挖,由车站中央向两端同时进行并可与主体结构混凝土浇筑平行流水作业。为了保证施工安全,位于中板顶1ｍ处的钢支撑要随本阶段土方施工跟进安装,土方开挖与钢支撑水平安装距离不得大于3ｍ。3.2车站主体结构的浇灌 按照避开预留洞口和结构立柱、纵向梁弯矩最小的原则,将车站主体结构分为20个施工段,最长施工段14.6ｍ,最短施工段8ｍ,平均长11ｍ。施工次序由中间向两端以2个工作面同时作业、由下向上依次浇筑结构底板→站台层侧墙→中板→站厅层侧墙→顶板。为优化资源配置,缩短工期,主体结构要形成立体流水施工。3.3机械配置 在军用梁节点下,安装4台5ｔ电动葫芦,承担钢支撑安装,钢筋、模板等材料运输作业。主体结构混凝土浇灌在地面安装混凝土输送泵,通过出入口铺设输送管送入。材料设备由4个出入口输入,土方由2个风道送出,形成复杂的作业循环。3.4防水与堵漏 科学馆站主体结构防水等级为一级,遵循“以防为主、防排结合、刚柔相济、多道防线、因地制宜、综合治理”的原则,以结构自防水为主,外防水为辅。施工关键一是处理好围护结构的渗漏;二是提高混凝土的抗裂、抗渗性能,处理好施工缝、变形缝。 在进行车站主体结构施工时,部分桩间有渗水现象。为了保证防水工程质量,须先进行防水处理,几种有针对性的治理方法为:①对单点漏水,水头压力不大的,可采用堵漏灵直接封堵;②对单点漏水,水头压力较大的,可先采用导流管将水引出,用堵漏灵封堵导流管四周,待堵漏灵达强度后,用木楔打入导流管,后用堵漏灵封堵表面;③对大面积慢渗水,无明显水头且渗水较小的,采用无机盐防水剂直接涂抹;④对大面积渗水,有明显水头且渗水量较大的,采用埋设导流管将水流汇集,封堵渗水面并埋设注浆管,待封堵材料达强度后,注入水溶性聚氨酯防水剂。3.5 防止裂纹的技术措施 科学馆站主体结构全长222.5ｍ,无纵向变形缝,防止主体结构混凝土产生裂缝就至关重要。主要措施为:①将车站主体结构分为20个施工段,每个施工段长度不大于15ｍ;②“双掺”即在混凝土内掺入粉煤灰、减水剂,减少混凝土的干缩;③控制混凝土的入模温度≤28℃,夏季施工要采取必要的降温措施,如夜间浇筑、浇水降温等;④加强混凝土施工过程的控制,保证混凝土的捣固质量;⑤加强后期混凝土的养护,保证养护时间≥14ｄ。4监控量测 加强险情预报,用准确的数据指导施工,是地下工程信息化施工的重要环节。本工程主要监控项目为:①地下水位监测 沿线路方向在深南大道南北侧绿化地内打设8口管井(管径80ｍｍ,井深20ｍ),定期测量水位标高,建立地下水位动态表。②地表沉降监测 在深南大道南北侧人行道以及重点建筑物布置沉降观测点,定期测量标高,根据各点沉降量及沉降速率确定主体及地下管线是否安全。③基桩土压力监测 在围护桩护壁外侧迎土面埋设土压力盒,监控土压力变化。④水压力监测 在围护桩护壁外侧迎土面埋设水压力计,监测水压力变化。⑤围护桩钢筋应力监测 在围护桩主要受力筋上焊接钢筋应力计,测量围护桩受力情况。⑥围护桩倾斜度监测 在围护桩内埋设Ф80ｍｍ测斜管,用测斜仪测量围护桩的倾斜度。⑦钢支撑、军用梁轴力监测在钢支撑和军用梁上安装轴力计,测量军用梁和钢支撑的轴力变化情况。5 结语 (1)该工程现已顺利竣工,工程实践表明,在城市繁华地段修造地铁车站,采用盖挖顺作法既能满足交通和环境要求,又能确保车站的防水和使用功能,在不断发展的地铁工程施工中将得到广泛应用。 (2)优化临时路面系统的结构,应着眼于减少施工干扰,提高路面系统的稳固性,降低造价;同时,要加强对路面系统的维修、养护,确保安全。 (3)优化施工流程和工艺,提高机械化、组织立体(流水)作业,是加快施工进度、降低成本的主要途径。参考文献:[1] 侯学渊,钱达仁,杨林德,等.软土工程施工新技术[Ｍ].合肥:安徽科学技术出版社,1999 [2] 中交公路规划设计院.ＪＴＪ021 89 公路桥涵设计通用规范[Ｓ].北京:人民交通出版社,2001.[3] 建设部城市建设研究院.ＣＪＪ77 98 城市桥梁设计荷载标准[Ｓ].北京:中国建筑工业出版社,1998.[4] 中国铁道建筑总公司.六四式 加强型六四式军用梁铁路军用梁手册(增订版)[Ｍ].北京:中国铁道建筑总公司,1998
从上面分析可见,盖挖顺作法对地面交通影响不大,工期较短,能保证主体结构防水质量、减小管线迁移,施工安全度比暗挖法有较大提高,防水效果好,成本较省。最后确定车站采用盖挖顺作法施工。2 车站临时路面系统的设计与施工2.1车站临时路面系统的优化 科学馆站临时路面系统原设计如图1所示。经过比较论证,临时路面系统变更采用20ｍ跨六四式加强型军用简支梁,如图2所示。2.2车站军用梁临时路面系统的设计 六四加强型军用梁在基坑上横向布置,作为基坑临时路面梁,间距2ｍ,跨径20ｍ,共计111片,军用梁如图3所示。军用梁之间于两端和中部设置纵向联结系梁,另设置纵向斜杆联结系梁,以加强主梁整体稳定和沿基坑纵向的刚度。除中部纵向联结系梁为适应本设计而作的特别设计外,其余纵向联结构件均为军用梁系列定型产品。路面板两端搁置在军用梁上弦杆上缘上,采用Ｕ形螺栓压板联结,军用梁下弦杆端部与冠梁顶紧,作为基坑围护的第1道支撑,如图4所示。2.3车站围护结构与临时路面系统的施工 科学馆站围护结构为人工挖孔桩,共计506根,其中主体围护桩407根,出入口及风道围护桩9根。结合交通疏解,围护桩共分4阶段施工。 第1阶段,将北侧人行道拓宽4.25ｍ作为行车道,占用南侧3车道(宽11.25ｍ)及人行道,东西向长230ｍ。施工。 第1阶段,将北侧人行道拓宽4.25ｍ作为行车道,占用南侧3车道(宽11.25ｍ)及人行道,东西向长230ｍ。施工南侧主体围护桩、出入口及风道围护桩、出入口及风道路面系统。第2阶段,将南侧人行道拓宽4.25ｍ作为行车道,占用北侧3车道(宽11.25ｍ)及人行道,东西向长230ｍ,施工北侧主体围护桩、出入口及风道围护桩、出入口及风道路面系统。第3阶段,占用北侧主体围护桩以南11.5ｍ宽道路,施工北半幅军用梁、临时路面系统及车站东西端头桩。第4阶段,占用南侧主体围护桩以北11.5ｍ宽道路,施工南半幅军用梁、临时路面系统及车站东西端头桩。3 车站主体结构的施工3.1车站土方的开挖 车站设计采用盖挖顺作法施工,出入口通道斜坡段采用明挖施工。车站施工时,可利用风亭、风道和出入口作为施工出土、进料通道。科学馆站主体土方东西向长222.5ｍ,南北向宽18.9ｍ,开挖深度16.8ｍ,土方总量7万ｍ3。由南侧3、4号风道作为主要出土口,分3个阶段施工。 第1阶段,施工与军用梁安装同步进行,用机械开挖地面以下2ｍ范围内土方;第2阶段,开挖地面以下2～9ｍ范围内土体,开挖底面线为中板(即3、4号风道面)标高,由地面修筑25%斜坡道进入,本阶段土方运输机械位于中板(风道)面,由车站两端向中央同时进行;第3阶段,施工地面以下9～16.8ｍ范围内土体。本阶段土方运输机械仍位于中板(风道)面处,机械由下向上倒土,本阶段土方属盖挖,由车站中央向两端同时进行并可与主体结构混凝土浇筑平行流水作业。为了保证施工安全,位于中板顶1ｍ处的钢支撑要随本阶段土方施工跟进安装,土方开挖与钢支撑水平安装距离不得大于3ｍ。3.2车站主体结构的浇灌 按照避开预留洞口和结构立柱、纵向梁弯矩最小的原则,将车站主体结构分为20个施工段,最长施工段14.6ｍ,最短施工段8ｍ,平均长11ｍ。施工次序由中间向两端以2个工作面同时作业、由下向上依次浇筑结构底板→站台层侧墙→中板→站厅层侧墙→顶板。为优化资源配置,缩短工期,主体结构要形成立体流水施工。3.3机械配置 在军用梁节点下,安装4台5ｔ电动葫芦,承担钢支撑安装,钢筋、模板等材料运输作业。主体结构混凝土浇灌在地面安装混凝土输送泵,通过出入口铺设输送管送入。材料设备由4个出入口输入,土方由2个风道送出,形成复杂的作业循环。3.4防水与堵漏 科学馆站主体结构防水等级为一级,遵循“以防为主、防排结合、刚柔相济、多道防线、因地制宜、综合治理”的原则,以结构自防水为主,外防水为辅。施工关键一是处理好围护结构的渗漏;二是提高混凝土的抗裂、抗渗性能,处理好施工缝、变形缝。 在进行车站主体结构施工时,部分桩间有渗水现象。为了保证防水工程质量,须先进行防水处理,几种有针对性的治理方法为:①对单点漏水,水头压力不大的,可采用堵漏灵直接封堵;②对单点漏水,水头压力较大的,可先采用导流管将水引出,用堵漏灵封堵导流管四周,待堵漏灵达强度后,用木楔打入导流管,后用堵漏灵封堵表面;③对大面积慢渗水,无明显水头且渗水较小的,采用无机盐防水剂直接涂抹;④对大面积渗水,有明显水头且渗水量较大的,采用埋设导流管将水流汇集,封堵渗水面并埋设注浆管,待封堵材料达强度后,注入水溶性聚氨酯防水剂。3.5 防止裂纹的技术措施 科学馆站主体结构全长222.5ｍ,无纵向变形缝,防止主体结构混凝土产生裂缝就至关重要。主要措施为:①将车站主体结构分为20个施工段,每个施工段长度不大于15ｍ;②“双掺”即在混凝土内掺入粉煤灰、减水剂,减少混凝土的干缩;③控制混凝土的入模温度≤28℃,夏季施工要采取必要的降温措施,如夜间浇筑、浇水降温等;④加强混凝土施工过程的控制,保证混凝土的捣固质量;⑤加强后期混凝土的养护,保证养护时间≥14ｄ。4监控量测 加强险情预报,用准确的数据指导施工,是地下工程信息化施工的重要环节。本工程主要监控项目为:①地下水位监测 沿线路方向在深南大道南北侧绿化地内打设8口管井(管径80ｍｍ,井深20ｍ),定期测量水位标高,建立地下水位动态表。②地表沉降监测 在深南大道南北侧人行道以及重点建筑物布置沉降观测点,定期测量标高,根据各点沉降量及沉降速率确定主体及地下管线是否安全。③基桩土压力监测 在围护桩护壁外侧迎土面埋设土压力盒,监控土压力变化。④水压力监测 在围护桩护壁外侧迎土面埋设水压力计,监测水压力变化。⑤围护桩钢筋应力监测 在围护桩主要受力筋上焊接钢筋应力计,测量围护桩受力情况。⑥围护桩倾斜度监测 在围护桩内埋设Ф80ｍｍ测斜管,用测斜仪测量围护桩的倾斜度。⑦钢支撑、军用梁轴力监测在钢支撑和军用梁上安装轴力计,测量军用梁和钢支撑的轴力变化情况。5 结语 (1)该工程现已顺利竣工,工程实践表明,在城市繁华地段修造地铁车站,采用盖挖顺作法既能满足交通和环境要求,又能确保车站的防水和使用功能,在不断发展的地铁工程施工中将得到广泛应用。 (2)优化临时路面系统的结构,应着眼于减少施工干扰,提高路面系统的稳固性,降低造价;同时,要加强对路面系统的维修、养护,确保安全。 (3)优化施工流程和工艺,提高机械化、组织立体(流水)作业,是加快施工进度、降低成本的主要途径。参考文献:[1] 侯学渊,钱达仁,杨林德,等.软土工程施工新技术[Ｍ].合肥:安徽科学技术出版社,1999 [2] 中交公路规划设计院.ＪＴＪ021 89 公路桥涵设计通用规范[Ｓ].北京:人民交通出版社,2001.[3] 建设部城市建设研究院.ＣＪＪ77 98 城市桥梁设计荷载标准[Ｓ].北京:中国建筑工业出版社,1998.[4] 中国铁道建筑总公司.六四式 加强型六四式军用梁铁路军用梁手册(增订版)[Ｍ].北京:中国铁道建筑总公司,1998
