南京地鐵南京站站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與逆作法施工

歐陽冬

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，430063，武漢∥工程師)

1 工程概況

南京地鐵3號線南京站站與規(guī)劃的9號線南京站站為同站臺平行換乘。該站址位于新建的滬寧高鐵站的西北面，緊鄰高鐵站房及地下停車庫，地鐵線路平行于滬寧高鐵站線。地鐵南京站站采用地下四層多跨箱型框架結(jié)構(gòu)，蓋挖逆作法施工(局部明挖順作施工)。車站總建筑面積47 280 m2，長249.7 m，標(biāo)準(zhǔn)段寬為50.1 m，標(biāo)準(zhǔn)段基坑深度為28.45 m;端頭盾構(gòu)井處基坑深度為29.88 m。車站站臺平面圖見圖1。

圖1 地鐵南京站站平面圖

本站場地屬丘崗地貌單元，總體地質(zhì)條件較好，地下水較少。車站范圍內(nèi)地層由上而下依次為:近期堆填①-1 雜填土，①-2 素填土;Q2-14沖積粉質(zhì)黏土層，Q3風(fēng)積沖積④-4e1 混合土，燕山期侵入巖δu-2 強(qiáng)風(fēng)化閃長巖，δu-3 中風(fēng)化閃長巖?；姿谕翆訛棣膗-2-1 中風(fēng)化閃長巖(碎石狀)，巖層起伏較大。

依據(jù)地下水的埋藏和賦存條件，可分為上層滯水、松散巖類孔隙潛水、松散巖類孔隙承壓水、基巖裂隙水、巖溶水等。上層滯水局部分布于崗地，在雨期一般分布在填土中，其水量較小;孔隙潛水分布于崗地坳溝地帶，其中崗間坳溝主要含水層為軟土和粉土層;基巖裂隙水主要分布于基巖破碎帶和裂隙發(fā)育帶。

2 總體施工方案

綜合基坑工程安全、工期、造價(jià)、環(huán)境保護(hù)、交通疏解等因素及本工程基坑特點(diǎn)，結(jié)合順作法和逆作法施工的優(yōu)缺點(diǎn)和適用條件，對地鐵南京站各施工區(qū)段的施工方法進(jìn)行了綜合分析和選擇比較［1-2］。地鐵南京站站的施工分區(qū)如圖2所示。

圖2 地鐵南京站站的施工分區(qū)圖

本站分3 個(gè)施工區(qū):

1)小里程端盾構(gòu)井①～③軸因盾構(gòu)工籌需要，設(shè)獨(dú)立封閉基坑，采用明挖順作法最先施工。

2)車站主體⑩～?軸區(qū)域上方為滬寧高鐵南京站的站前廣場，要求在滬寧高鐵開通前交付使用。因時(shí)間緊張，明挖順作在短期內(nèi)無法完工，因此采用蓋挖逆作法施工，頂板完成并覆土后即可走人行車，恢復(fù)廣場功能。

3)車站主體③～⑩軸區(qū)域采用明挖順作，兼作施工場地和蓋挖逆作土方運(yùn)輸通道;土方開挖從③軸向?軸推進(jìn)(保持一定坡度)，土方從?軸向③軸運(yùn)出。

3 支護(hù)方案研究

3.1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)選型

本站淺部以粉質(zhì)黏土、強(qiáng)風(fēng)化巖和中風(fēng)化巖為主，車站主體基坑大部分坐落在強(qiáng)風(fēng)化和中風(fēng)化巖層上，巖石強(qiáng)度高;場地地下水較少，工程地質(zhì)條件總體較好。鑒于本站場地巖層較淺，局部中風(fēng)化巖石強(qiáng)度較高，地下連續(xù)墻成槽施工難度大、效率低、經(jīng)濟(jì)性差，結(jié)合本站地質(zhì)情況及附近已建地鐵車站基坑圍護(hù)經(jīng)驗(yàn)，本站主體基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用φ1 200 mm@1 400 mm 鉆孔灌注樁。

3.2 支護(hù)方案

本站主體逆作施工區(qū)采用支護(hù)和主體結(jié)構(gòu)部分相結(jié)合的支護(hù)方案［1-2］，支護(hù)與主體結(jié)構(gòu)見圖3、圖4所示。

1)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的鉆孔灌注樁作為主體逆作施工階段的擋土結(jié)構(gòu)，在正常使用階段與主體側(cè)墻協(xié)同受力，以形成復(fù)合受力體系共同抵抗水土壓力。

2)主體結(jié)構(gòu)梁板系統(tǒng)作為基坑開挖階段圍護(hù)結(jié)構(gòu)的水平支撐系統(tǒng)，在施工過程中應(yīng)根據(jù)出土需要留設(shè)一定數(shù)量的臨時(shí)出土孔。本站施工利用明挖段作為蓋挖段的出土運(yùn)輸空間，開挖面形成一斜向運(yùn)輸通道。蓋挖逆作區(qū)從上往下施工各層主體結(jié)構(gòu);明挖順作區(qū)隨挖隨撐;蓋挖段結(jié)構(gòu)施工完畢后，再從下往上施工明挖段主體結(jié)構(gòu)。

3)主體結(jié)構(gòu)永久柱(鋼管混凝土柱φ900 mm、壁厚20 mm，內(nèi)填C50 高性能混凝土)兼作水平支撐的臨時(shí)支承柱;鋼管混凝土柱基礎(chǔ)采用直徑φ2 000 mm 的人工挖孔樁。

周圍環(huán)境復(fù)雜、超大超深的車站基坑工程施工方法是決定工程安全、造價(jià)和工期的關(guān)鍵。同順作法和半逆作法相比，逆作法施工最大的優(yōu)點(diǎn)在于可以最大限度地控制基坑的變形，確保工程及周邊環(huán)境的安全;同時(shí)，蓋挖頂板完成后可以恢復(fù)地面交通運(yùn)營。本工程充分利用圍護(hù)結(jié)構(gòu)和主體結(jié)構(gòu)相結(jié)合的結(jié)構(gòu)方案，逆作法施工，把支護(hù)結(jié)構(gòu)變成永久結(jié)構(gòu)的一部分，既節(jié)省了工程造價(jià)，又保護(hù)了周邊的環(huán)境，確保了工程安全。

4 主體結(jié)構(gòu)

4.1 主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

地鐵南京站站的車站主體采用地下4 層箱型框架結(jié)構(gòu)，從上至下依次為物業(yè)開發(fā)層、站廳層、設(shè)備層、站臺層。車站縱向長度為249.7 m，其中蓋挖段長174.3 m，明挖段長 75.4 m?？v向柱距為 9.12 m，橫向柱跨為6.8～9.7 m。

圖3 地鐵南京站站結(jié)構(gòu)橫剖面圖

圖4 地鐵南京站站結(jié)構(gòu)逆作施工實(shí)景照

4.2 車站抗浮設(shè)計(jì)

本站基坑較深、水浮力大，為較好實(shí)現(xiàn)車站物業(yè)開發(fā)層與滬寧高鐵北廣場停車庫的有效對接，覆土僅0.85 m，車站主體整體抗浮穩(wěn)定性不足。因此，將車站主體頂板與圍護(hù)樁冠梁連接成整體，利用圍護(hù)樁抗浮;同時(shí)，在底縱梁跨中增設(shè)抗浮樁，根據(jù)計(jì)算，跨中抗浮樁長達(dá)20 m。本站基坑深度達(dá)28.45 m，從地面施工抗浮樁的空樁較長，施工難度和費(fèi)用較大，同時(shí)滯后于主體頂板完工的節(jié)點(diǎn)工期。因此，采用車站主體逆作至基坑底，用人工挖孔樁方案施工底板下抗浮樁，這樣既減少了抗浮樁空樁的浪費(fèi)，又降低了人工挖孔樁的深度，有效控制了風(fēng)險(xiǎn)，節(jié)省了工程投資。

5 關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計(jì)

5.1 鋼管混凝土柱梁節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

鋼管混凝土柱梁節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的目的就是要解決節(jié)點(diǎn)處框架梁彎矩和剪力的傳遞問題［3］，一般通過剪力傳遞構(gòu)建(明暗牛腿、抗剪栓釘、抗剪貼焊鋼筋等)和彎矩傳遞構(gòu)建(內(nèi)外環(huán)板、環(huán)梁、連續(xù)鋼筋或抗彎牛腿等)來實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)區(qū)彎矩和剪力的有效傳遞。若條件允許，盡量選擇構(gòu)造簡單、傳力明確、施工方便的節(jié)點(diǎn)方案。

本站受建筑功能及樓扶梯開洞制約，鋼管混凝土柱距洞口邊緣僅200 mm，無法設(shè)置雙梁、混凝土環(huán)梁及勁性環(huán)梁節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)區(qū)增設(shè)上下加強(qiáng)環(huán)板和抗剪栓釘，以實(shí)現(xiàn)剪力傳遞;中縱梁縱筋部分貫通，無法貫通的鋼筋應(yīng)與上下加強(qiáng)環(huán)焊接，實(shí)現(xiàn)彎矩傳遞;同時(shí)在節(jié)點(diǎn)區(qū)設(shè)置縱橫箍筋，約束節(jié)點(diǎn)區(qū)混凝土，以形成類似鋼筋混凝土環(huán)梁節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造。通過加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的措施和精細(xì)有限元分析，保證了中縱梁節(jié)點(diǎn)安全可靠。

底縱梁位于站臺板下。底縱梁柱節(jié)點(diǎn)處具備足夠的空間設(shè)置鋼筋混凝土環(huán)梁節(jié)點(diǎn)。環(huán)梁節(jié)點(diǎn)為在節(jié)點(diǎn)區(qū)柱邊設(shè)置鋼筋混凝土環(huán)梁來傳遞彎矩;通過在環(huán)梁中部設(shè)置抗剪栓釘和抗剪牛腿來傳遞剪力。鋼筋混凝土環(huán)梁節(jié)點(diǎn)傳力明確、受力較好，基本滿足“強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎、更強(qiáng)節(jié)點(diǎn)”的抗震設(shè)計(jì)理念，施工也較為便利，是較為理想成熟的鋼管混凝土節(jié)點(diǎn)。

車站鋼管混凝土柱施工實(shí)景圖見圖5。鋼管混凝土柱頂、中、底縱梁節(jié)點(diǎn)施工實(shí)景圖分別見圖6、圖 7、圖 8所示。

圖5 車站鋼管混凝土柱施工實(shí)景圖

圖6 鋼管混凝土柱頂縱梁節(jié)點(diǎn)施工實(shí)景圖

圖7 鋼管混凝土柱中縱梁節(jié)點(diǎn)施工實(shí)景圖

圖8 鋼管混凝土柱底縱梁節(jié)點(diǎn)施工實(shí)景圖

5.2 防水設(shè)計(jì)

本站主體結(jié)構(gòu)采用補(bǔ)償收縮混凝土，每隔60 m設(shè)置一道膨脹加強(qiáng)帶。結(jié)合科學(xué)管理、精心施工、優(yōu)化配比試驗(yàn)、加強(qiáng)振搗和養(yǎng)護(hù)，較好地解決了超長地下混凝土結(jié)構(gòu)自收縮應(yīng)力裂縫問題。膨脹加強(qiáng)帶是一種旨在提高混凝土結(jié)構(gòu)抗裂性能的技術(shù)措施。施工中采用膨脹加強(qiáng)帶的目的是代替后澆帶，進(jìn)一步簡化了施工工藝。實(shí)踐證明，此方法是提高大體積混凝土結(jié)構(gòu)抗裂性的較好措施，同時(shí)避免了設(shè)置變形縫(包括誘導(dǎo)縫)或后澆帶，減少了滲漏水及施工不便等問題。

鑒于傳統(tǒng)“雨衣式”防水方案容易竄水漏水的弊端，本站結(jié)構(gòu)采用柔性全包“皮膚式”防水設(shè)計(jì)理念，頂板采用聚氨酯防水涂料，側(cè)墻和底板采用反應(yīng)性自粘型預(yù)鋪防水卷材和預(yù)鋪反粘法施工，卷材與后澆防水混凝土發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)，真正實(shí)現(xiàn)了防水卷材與主體混凝土結(jié)構(gòu)的“滿粘”，其防水理念先進(jìn)、防竄水效果好、防水性能優(yōu)越。

主體工程逆作法施工的側(cè)墻施工質(zhì)量和細(xì)部構(gòu)造防水設(shè)計(jì)是關(guān)鍵技術(shù)問題［4］。通過廣泛調(diào)研，結(jié)合既有工程經(jīng)驗(yàn)和本工程特點(diǎn)，采取如下保證側(cè)墻混凝土澆筑質(zhì)量和防水性能的措施:①側(cè)墻受力和分布鋼筋采用“細(xì)而密”的配筋方式，將側(cè)墻鋼筋模數(shù)調(diào)整為100 mm;②調(diào)整側(cè)墻施工順序，即車站主體結(jié)構(gòu)從上往下逆作施工，側(cè)墻位置預(yù)留澆注孔洞;底板完工后從下往上逐層順作施工側(cè)墻，通過預(yù)留的澆注孔洞，加強(qiáng)振搗和養(yǎng)護(hù);③加強(qiáng)逆作施工縫防水處理措施，設(shè)置2 道遇水膨脹止水膠并預(yù)留注漿管。通過上述措施，側(cè)墻有害裂縫得到有效控制，施工質(zhì)量和防水效果得到有效保證。

6 施工經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

6.1 鋼管混凝土柱施工方案

本站地質(zhì)條件較好、巖層較淺、地下水較少，鋼管混凝土柱樁基礎(chǔ)采用人工挖孔樁。本站基坑較深，人工挖孔樁深度達(dá)32 m，為控制施工風(fēng)險(xiǎn)設(shè)置可靠的鋼筋混凝土護(hù)壁見圖9，以確保人工挖孔施工的安全。人工挖孔至樁底，澆注立柱樁基礎(chǔ)，然后人工安裝鋼管混凝土柱柱腳定位器，見圖10。最后，采用大型吊機(jī)吊裝鋼管柱，定位調(diào)垂后，澆注管內(nèi)混凝土，見圖11。實(shí)踐證明，在工程地質(zhì)允許的條件下，該方法是鋼管混凝土柱定位施工非常經(jīng)濟(jì)有效的方法，且安裝精度高，垂直度可達(dá)1/500。

6.2 結(jié)構(gòu)逆作施工工序

本站頂板與圍護(hù)冠梁結(jié)合成整體，逆作施工中地下一、二、三層中板外跨懸挑。為解決中板外跨懸挑的受力問題，在側(cè)墻中心線處增設(shè)臨時(shí)格構(gòu)鋼立柱和樁基礎(chǔ)，協(xié)同鋼管混凝土柱，支撐車站主體各層樓板結(jié)構(gòu)從上往下逆作施工;底板完工后，從下往上順作施工各層側(cè)墻，混凝土澆注過程直接將臨時(shí)鋼立柱包進(jìn)側(cè)墻。側(cè)墻的順作施工便于混凝土的澆筑和養(yǎng)護(hù)，其防水性能更容易得到保證。

圖9 人工挖孔樁施工實(shí)景照

圖10 鋼管混凝土柱的柱腳定位器施工實(shí)景照

圖11 鋼管混凝土柱鋼管吊裝實(shí)景照

6.3 梁柱節(jié)點(diǎn)區(qū)鋼筋過密過多的處理措施

本站鋼管混凝土柱與中縱梁節(jié)點(diǎn)，受控于樓扶梯開洞制約，故構(gòu)造設(shè)計(jì)相對較復(fù)雜。方形環(huán)板定位偏差較大，焊接工作量大;節(jié)點(diǎn)區(qū)鋼筋過多過密，縱橫交錯(cuò)。通過現(xiàn)場綁扎試驗(yàn)和構(gòu)造優(yōu)化設(shè)計(jì)，強(qiáng)化焊接工藝和檢測，加強(qiáng)施工澆注和振搗管理措施，保證了中縱梁節(jié)點(diǎn)的安全可靠。通過本工程現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，建議盡量選擇構(gòu)造簡單、傳力明確、施工方便的雙梁、鋼筋混凝土環(huán)梁或勁性環(huán)梁節(jié)點(diǎn)方案。

7 結(jié)語

1)本工程采用地面人工挖孔樁施工樁基礎(chǔ)，人工安裝鋼管柱柱腳定位器，然后吊裝鋼管柱，保證了鋼管混凝土柱的施工精度和承載能力。實(shí)踐證明，在工程地質(zhì)允許的條件下，該方法在鋼管柱定位施工中非常經(jīng)濟(jì)有效。

2)地鐵南京站站創(chuàng)造性地設(shè)置邊跨臨時(shí)立柱和樁基礎(chǔ)，各層樓板從上往下逆作施工，側(cè)墻從下往上順作施工，實(shí)現(xiàn)了地下4 層逆作結(jié)構(gòu)全包防水設(shè)計(jì)，降低了常規(guī)逆作工程采用“疊合墻”結(jié)構(gòu)的滲水漏水風(fēng)險(xiǎn)。

3)本工程結(jié)構(gòu)通過采用補(bǔ)償收縮混凝土和膨脹加強(qiáng)帶，結(jié)合科學(xué)管理和精心施工，較好地解決了地下超長混凝土結(jié)構(gòu)自收縮裂縫問題。

4)本站采用柔性全包“皮膚式”防水設(shè)計(jì)理念，真正實(shí)現(xiàn)了防水卷材與主體結(jié)構(gòu)滿粘，防竄水效果良好。實(shí)踐證明，卷材與結(jié)構(gòu)發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)滿粘的“皮膚式”防水設(shè)計(jì)理念代表著先進(jìn)的柔性防水設(shè)計(jì)發(fā)展方向。

［1］歐陽冬，沈婷，陳遠(yuǎn)洲，等.廣深港高鐵深圳福田站逆作法施工與設(shè)計(jì)［J］.建筑結(jié)構(gòu)，2012(3):132.

［2］王衛(wèi)東，王建華.深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)相結(jié)合的設(shè)計(jì)、分析與實(shí)例［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2007.

［3］王文達(dá)，王旭生，于清.地下工程鋼管混凝土柱—RC 梁節(jié)點(diǎn)選型及力學(xué)性能研究［J］.鐵道建筑，2009(9):66.

［4］徐致均，趙錫宏.逆作法設(shè)計(jì)與施工［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2002.