【 摘 要】以上海地铁 2 号线虹桥临空园区站盾构工作井工程为例, 介绍了盖挖逆作法施工工艺及关键技术措施, 该工艺对地铁深基坑提高施工效率, 节约工期, 减少基坑变形, 降低施工风险等方面具有一定的 参考 价值。【 关键词】地铁车站 盾构工作井 盖挖逆作 施工工艺
0 引言
地下基坑通常有以下几种施工 方法 : 明挖法、新奥法、浅埋暗挖法、盖挖法、盾构法等。暗挖法在技术上我国走在世界的前列, 一般在繁华的市区, 不中断 交通 , 减少对城市人民生活的干扰, 特别是在地下水位较深、不需要降水的条件下采用。明挖法是最常用、 应用 最广泛的一种施工方法, 该法施工简单、安全、快速、造价较低, 但对城市生活干扰大, 限制因素较多。盖挖法是修建地铁的重要使用方法, 通过合理组织施工及疏导交通可以做到基本上不 影响 交通, 在北京、上海、南京、广州等都有成功的经验, 并逐渐成为我国地下工程施工中重要的施工方法, 但在高水位、饱和的淤泥质粉质粘土层中修建地下深基坑较为少见。上海地铁 2 号线虹桥临空园区站的主体结构采用明挖顺作法施工, 北盾构井采用盖挖逆作法施工。
1 工程概述
上海地铁 2 号线虹桥临空园区站位于上海市长宁区天山西路南侧, 协和路与淞虹路两路口之间, 车站设计总长为454.954 m, 标准段内净宽为 18.6 m, 车站地下连续墙厚800 mm, 西端头井墙深为 33 m, 标准段墙深为 29.5 m, 东端头墙深为 31 m, 设有 3 个风道和 5 个出入口。该车站为地下两层双跨单柱框架结构, 岛式车站, 车站埋深 15.195 m( 至站台有效长度中线的底板底) 。
北盾构井位于车站北侧 14 轴到 17 轴之间, 为二期工程预留的盾构井。北盾构井设置在车站标准段上, 向外扩大凸出约 14 m, 因此, 北盾构井围护结构已紧贴施工围档, 围档外就是车辆频繁通行的道路, 而且北盾构井基坑距天山电话分局 4 层楼房很近, 只有 10 m左右。保护天山电话分局 4层楼房的安全及围挡处道路交通畅通, 是北盾构井施工的重难点。
北盾构井长度约 23 m, 宽度 14 m 左 右 , 开挖 深 度17.2 m。为了保护天山电话分局, 东西向设置了一道隔断墙,隔断墙南侧结构已完成。隔断墙以北部分工程量较小, 长度约 22 m, 宽度 5￣9 m, 土方量 2 000 m3, 破除隔断墙钢筋混凝土 220 m3。施工主要包括土方开挖、支撑, 顶、中、底板及边墙钢筋混凝土结构施工, 盾构钢环安装等。
2 方案确定
虹桥临空园区站北盾构井原设计方案采用明挖顺作施工, 自上而下需要设置 5 道钢支撑。由于隔断墙厚 600 mm,刚度不大, 且南侧已开挖完成, 并进行了结构施工, 其中隔断墙南侧顶板、中板为预留吊装孔, 不能直接提供支反力。如采用 5 道钢支撑则支撑效果欠佳, 基坑变形较大, 不利于保护天山电话分局及坑外交通要道的安全稳定。
鉴于此种情况, 经建设单位、设计单位、施工承包商研讨后达成一致意见, 调整原设计方案, 改明挖顺作施工为盖挖逆作施工。逆作法施工, 其先决条件必须要有支撑顶板、中板载荷的可靠的支承力, 由于北盾构井剩余部分尺寸较小, 四周均已预埋与板相连的接驳器, 同时设置的框架梁与连续墙以接驳器方式连接, 缺损的接驳器由植筋方式补足, 支承顶板和中板的支承力非常可靠, 因此采用盖挖逆作法施工。
3 施工方案
首先将土方包括隔断墙破 除至 顶 板下 10 cm, 施 工10 cm厚的 C20 细石混凝土底模, 仔细抹平抹光, 达到一定强度后, 表面涂刷脱模剂, 然后绑扎钢筋, 进行顶板及顶框架梁浇混凝土, 并喷水养护。当强度达到 80%￣90%设计强度时,开挖顶板以下土方, 破除顶板以下隔断墙至中板以下 10cm, 同时凿除顶板以下底模; 然后施作中板细石混凝土底模, 涂刷脱模剂, 进行中板及中框架梁施工。待中板混凝土强度达到设计强度 80%～90% 时, 开挖中板以下土方, 破除中板以下隔断墙, 同时凿除中板底模; 下挖至底板下 20 cm后,施工底板垫层及底板。最后施工边墙, 边墙施工顺序为, 先站台层边墙, 安装盾构钢环; 再施工站厅层边墙。
4 施工工艺
4.1 第一分层土方开挖及顶板顶框架梁施工
4.1.1 开挖
采用盖挖逆作法施工, 第一分层土方开挖与明挖顺作相同,即用普通的液压反铲挖掘机由西向东开挖, 渣土从福泉路运出。机械开挖标高至底模底面以上 20￣30 cm, 下部20￣30 cm采用工人开挖抄平, 准确控制标高。同时破除隔断墙至底模底面标高。详见图 1、图 2、图 3、图 4。
由于剩余部分结构中间为盾构吊装孔, 吊装孔部分不需施工底模, 可将吊装孔中间深挖 30￣50 cm, 将四周积水引到中间集水井排出地表。这样可以将吊装孔周边土体积水排出, 保证四周底模施工时, 基底土体含水量减少, 可以提高土体强度。如果围护结构渗漏, 必须及时封堵, 防止渗漏水浸泡土体。施工 C20 细石混凝土底模时, 基底有烂泥, 必须工人铲除, 换填干土或填砂。
4.1.2 底模施工
底模施工包括梁模、边墙模及板底模施作。底模 C20 细石混凝土厚 8￣10 cm, 表面要求抹平、抹光, 棱角清晰, 尺寸准确。底模施工完后, 注意保护, 在未硬化前, 不允许人工踩踏。底模标高误差±1 cm。底模硬化后, 涂刷脱模剂, 待脱模剂干燥后, 再进行钢筋绑扎, 绑扎钢筋过程中, 尽量减少人工踩踏, 避免损坏脱模剂涂层。
4.1.3 钢筋绑扎
施工方案采用自上而下施作顶板、中板、底板, 最后施工边墙。边墙先施工站台层, 后施工站厅层。板、顶钢筋绑扎按设计配筋图布筋。边墙因分两次施工, 在施工板钢筋时, 顶板下部必须预留边墙及柱钢筋, 预留钢筋必须长短间隔错开排列, 以保证钢筋接头错开距离不小于 500 mm, 短钢筋板下预留长度不小于 400 mm, 长钢筋板下预留长度 1 000 mm。钢筋规格, 排列间距按设计图要求。边墙及柱预留钢筋, 按长度要求下好料, 安装时, 在梁槽底部、柱坑底部的模板孔中, 用锤打入土中, 注意控制钢筋垂直度及标高位置。
4.1.4 混凝土浇筑及施工缝防水
顶板、中板、底板混凝土和边墙混凝土由于分次浇捣, 因而, 站台层边墙, 站厅层边墙均存在上下两道水平施工缝, 下部施工缝采用钢板腻子止水带防水, 与明挖顺作方式相同。上部一道水平施工缝采用膨胀腻子止水条防水。为了克服上一道水平施工缝接触面混凝土难以充满、难以浇捣的弊端,在顶板、中板边墙部位每隔 1.2￣1.5 m预留 φ120￣150 mm浇捣孔, 上通板上过预留孔浇捣边墙混凝土, 实践证明, 该 方法 能保证上部水平施工缝部位混凝土密实及接缝的严密, 保证防水效果。
4.2 第二分层土方开挖及中板中框架梁施工
第二分层土方开挖, 必须在顶板( 梁) 的强度达到设计强度的 80%～90% 后, 才能进行。首先在吊装预留孔中, 用伸缩臂或长臂挖掘机, 下挖 1.8 m左右, 预留吊装孔四周土方用工人铲到吊装孔中, 以便于挖机直接将土挖到地面装车。开挖顶板以下土方时, 同时要破除顶板下的底模, 底模悬空长度不能超过 1 m, 防止底模脱落砸伤人员, 确保安全。先开挖 1.8 m高度, 目的是便于人工脱底模。脱底模钢钎应加工成扁凿, 防止脱模时, 凿坏顶板混凝土。底模破除后, 再往下开挖至中板以下 10 cm左右, 施作中板底模。应说明的是, 在土方开挖时, 尽量作到同步破除隔断墙 , 加快施工进度。为了排除底部积水, 吊装孔中多挖深 30￣50cm。中板下底模施工, 钢筋绑扎, 混凝土浇捣及施工缝防水方式同顶板。
4.3 第三分层土方开挖及底板施工
当中板混凝土强度达到设计强度 80% ～90% 时, 开挖第三分层土方, 第三分层土方开挖、垫层和底板施工同第二分层。
4.4 边墙施工
底板施工完以后, 强度达到 1.2 MPa 以上, 即可施工站台层边墙, 安装盾构钢环。站台层边墙完成后, 再施工站厅层边墙。边墙施工采用钢模 900 mm×1 500 mm, 对拉螺栓φ14 mm。对拉螺栓用三角铁片与连续墙主筋焊接, 焊接必须牢固可靠, 严格检查。边墙钢筋及柱钢筋接长采用电渣压力焊。边墙钢筋与板下预留钢筋连接时, 采用焊接或绑扎, 绑扎搭接长度必须达到规范锚固长度。
边墙混凝土浇捣是施工的关键。要振捣好, 保证混凝土密实。采取如下施工方法:
( 1) 站台层边墙相对较高, 约 7 m。先立下部模板, 立至距中板 1 m左右, 在中板下浇注混凝土和进行振捣, 确保下部混凝土振捣密实。
( 2) 下部混凝土浇完, 迅速将上部的模板立好对拉螺栓固定, 再从中板预留的浇注孔中, 将混凝土浇入, 并进行振捣, 这样利用 0.7 m高的混凝土压力差将施工缝充满、密贴。要求周密组织, 模板工足够, 能尽快将上部模板立好, 在下部混凝土初凝之前, 浇捣上部混凝土。站厅层边墙施工方法与站台层相同。
5 施工关键措施
( 1) 基坑距天山电话分局 4 层楼较近, 在施工期间, 加强对电话分局 4 层房屋监测, 加密频率。
( 2) 基坑紧贴围挡, 围挡外就是主要 交通 道路, 车辆很多, 如果车辆碰撞围挡, 围挡就会砸入基坑内, 发生安全事故。为此, 在紧贴基础的围挡上, 悬挂警示灯光信号及彩灯,以提醒驾车司机小心。
( 3) 加快施工进度, 快挖快施工层板结构, 减小基坑形变, 保护电话分局房屋安全。
( 4) 连续墙预埋的板、梁钢筋接驳器, 缺损的必须植筋补足。
( 5) 在挖掘机作业范围内, 严禁在其下方进行混凝土破除或其他作业。
( 6) 北盾构井边墙未施工前, 北盾构井的顶板、中板严禁堆载。
( 7) 破除隔断墙, 盾构孔部分梁、板处于悬挑状态。因此,必须在破除前, 将悬挑部分梁板用脚手架顶紧顶牢。
( 8) 及时做好施工记录和技术资料填写。
6 结束语
上海 2号线地铁虹桥临空园区站北盾构工作井是地铁车站在软土地区首次采用盖挖逆作法施工, 该盾构工作井于 2005 年 3 月中旬开始施工, 2005 年 5 月中旬完成全部施工, 施工周期为 1 个半月, 节省了施工周期, 施工期间没有 影响 周围的道路交通、房屋等建筑物, 工程质量优良, 受到了各方面的好评。