特殊條件下盾構(gòu)吊出方案研究及總結(jié)

王林 曹泉水

摘 要：正常工序下，地鐵車站主體結(jié)構(gòu)完成后方可進(jìn)行盾構(gòu)機(jī)接收和吊出工作，受車站施工進(jìn)度及全線工籌安排制約，車站端部主體結(jié)構(gòu)未封頂前須組織盾構(gòu)接收和吊出，為此進(jìn)行了盾構(gòu)吊出前的圍護(hù)結(jié)構(gòu)驗(yàn)算，開展安全施工措施研究及基坑監(jiān)測分析，保證盾構(gòu)吊出工序的安全。

關(guān)鍵詞：盾構(gòu)吊出;主體結(jié)構(gòu);基坑支護(hù);接收井

中圖分類號：U231.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1 工程概況

某地鐵車站為1、3號線換乘站，采用平行換乘，車站為明挖兩層島式（雙島）車站。本站地下一層為站廳層及商業(yè)區(qū)，地下二層為站臺層、汽車庫及1、3號線區(qū)間，商業(yè)小里程端南側(cè)設(shè)置1號線變電所一座。車站西端設(shè)置1號線盾構(gòu)接收井，車站東端設(shè)置1、3號線盾構(gòu)接收井，車站北側(cè)設(shè)置3號線盾構(gòu)接收井。車站總長265.800 m（商業(yè)總長643.600 m），頂板覆土約1.8 m～2.8 m，底板埋深約19.28 m～21.78 m。車站共設(shè)4個(gè)出入口和4組風(fēng)亭（1、3號線各兩組），商業(yè)共設(shè)10個(gè)出入口和7個(gè)汽車庫出入口，東側(cè)廣場內(nèi)設(shè)3個(gè)過街通道。

本工程采用明挖順作法施工，地層由上至下依次為：雜填土、素填土、黃土狀粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土、粉土、細(xì)沙、卵石、泥巖。主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用鉆孔灌注樁+鋼筋混凝土內(nèi)支撐+錨索的支護(hù)形式，車站東端頭采用D1000 mm@1 400 mm的鉆孔灌注樁，豎向設(shè)置3道鋼筋混凝土桁架撐+1道換撐。

車站東端頭設(shè)盾構(gòu)接收井，盾構(gòu)接收端頭加固方案為洞口采用兩排D800 mm@1 200 mm素混凝土樁（C15素混凝土澆筑），排距700 mm。端部地層加固方案為縱向10 m范圍，橫向隧道輪廓線外3 m范圍采用D48 mm袖閥管注漿加固。

根據(jù)目前的施工進(jìn)度，車站已完成底板澆筑及東端負(fù)二層側(cè)墻及端墻澆筑，目前正在進(jìn)行中板腳手架搭設(shè)。本站為區(qū)間盾構(gòu)接收場地，右線盾構(gòu)機(jī)距離車站東端190 m，左線盾構(gòu)機(jī)距離車站東端608 m。車站施工進(jìn)度因受各方因素影響嚴(yán)重滯后，無法提供區(qū)間盾構(gòu)機(jī)常規(guī)吊出的場地要求，且根據(jù)全線工籌安排，充分考慮安全及質(zhì)量等因素，車站需提供場地將區(qū)間盾構(gòu)機(jī)按原計(jì)劃從車站東端接收并吊出。

2 吊出方案

2.1 區(qū)間施工進(jìn)度

根據(jù)目前區(qū)間的施工進(jìn)度，綜合計(jì)算分析得出，盾構(gòu)施工功效為15環(huán)/天，為此，預(yù)計(jì)右線盾構(gòu)機(jī)11天到達(dá)車站東端，預(yù)計(jì)左線盾構(gòu)機(jī)34天到達(dá)車站東端。

2.2 車站施工進(jìn)度

根據(jù)目前車站施工進(jìn)度，預(yù)估工期如下：中板施工需15天，頂板施工需20天，共計(jì)35天;兩道支撐拆除每道需10天，共計(jì)20天;每層結(jié)構(gòu)拆除砼支撐等強(qiáng)需7天，共計(jì)14天;模板支架拆除需3天;綜上評估，車站最快還需72天才能提供盾構(gòu)接收條件。

2.3 吊出方案

根據(jù)目前區(qū)間及車站施工進(jìn)度，車站工期滯后較多，待車站施工完成后再接收盾構(gòu)機(jī)已然不現(xiàn)實(shí);若車站暫停施工，即主體僅完成底板和端墻就進(jìn)行盾構(gòu)機(jī)接收，風(fēng)險(xiǎn)較高;若考慮中板施工完成后開始進(jìn)行盾構(gòu)接收和吊出，預(yù)估工期如下：中板施工需15天，第二道支撐局部拆除及局部臨時(shí)格構(gòu)柱托換5天，即共計(jì)約15天即可進(jìn)行盾構(gòu)機(jī)接收，與區(qū)間施工進(jìn)度基本吻合。為此，綜合考慮施工進(jìn)度、施工風(fēng)險(xiǎn)等因素，初步擬定待車站中板結(jié)構(gòu)施工完成后先進(jìn)行區(qū)間左右線盾構(gòu)機(jī)接收及吊出，后再進(jìn)行車站負(fù)一層側(cè)墻、端墻及頂板結(jié)構(gòu)施工。

盾構(gòu)機(jī)接收及吊出時(shí)，車站東端中板及以下結(jié)構(gòu)已施工完成并可正常受力工作，中板以上第一道桁架撐仍然存在，為了確保盾構(gòu)吊出的空間，臨時(shí)割除局部支撐在所難免，經(jīng)反復(fù)模擬盾構(gòu)機(jī)吊出的過程及與第一道桁架撐間的關(guān)系，擬定局部拆除第一道桁架撐保證預(yù)留出7.5 m寬×6.8 m長的空間，確保盾構(gòu)機(jī)順利吊出。

施工工序如下：車站東端中板施工完成后→將右線盾構(gòu)井范圍第一道鋼筋混凝土桁架撐局部鑿除滿足約6.8 m×7.5 m盾構(gòu)吊出空間→右線區(qū)間盾構(gòu)吊出作業(yè)→將右線盾構(gòu)井范圍已鑿除的第一道鋼筋混凝土桁架撐采用鋼支撐補(bǔ)齊并施加預(yù)加力確保受力連續(xù)→將左線盾構(gòu)井范圍第一道鋼筋混凝土桁架撐局部鑿除滿足約6.8 m×7.5 m盾構(gòu)吊出空間→左線區(qū)間盾構(gòu)吊出作業(yè)→完成剩余主體結(jié)構(gòu)施工。

2.4 安全性分析

2.4.1 荷載取值

圍護(hù)結(jié)構(gòu)根據(jù)詳勘資料按實(shí)進(jìn)行水土壓力計(jì)算：

水壓力：本站抗浮水位絕對標(biāo)高139.000，中板頂標(biāo)高146.100，因此，本次核算圍護(hù)結(jié)構(gòu)范圍無水壓力作用。

土壓力：按詳勘報(bào)告地層分布情況據(jù)實(shí)施加，土壓力采用靜止土壓力進(jìn)行計(jì)算。結(jié)構(gòu)高度范圍內(nèi)靜止側(cè)壓力系數(shù)加權(quán)平均值為0.4，土體容重加權(quán)平均值為18.65 kN/m3。

地面超載：基坑端部考慮盾構(gòu)吊出作業(yè)施工荷載，按70 kPa計(jì);基坑兩側(cè)考慮通行車輛等情況，按20 kPa計(jì)。

2.4.2 右線盾構(gòu)吊出結(jié)構(gòu)安全性驗(yàn)算

車站東端中板施工完成后，按照主體結(jié)構(gòu)正常施工工序需拆除第二道鋼筋混凝土桁架撐，因此，本次校核主要考慮中板施工完成后僅保留第一道鋼筋混凝土桁架撐情況下的結(jié)構(gòu)受力計(jì)算。經(jīng)反復(fù)論證和試算，鑿除局部現(xiàn)狀混凝土桁架撐后需局部增設(shè)鋼支撐方可滿足構(gòu)件受力要求。

圍護(hù)樁采用等效薄墻替代，樁長考慮最不利狀態(tài)于盾構(gòu)區(qū)間頂部被截?cái)?，圍護(hù)樁內(nèi)支撐體系主要為主體結(jié)構(gòu)中板與第一道鋼筋混凝土桁架撐。采用荷載結(jié)構(gòu)模型對圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行三維空間受力分析。

經(jīng)計(jì)算，各構(gòu)件內(nèi)力標(biāo)準(zhǔn)值統(tǒng)計(jì)如下：

（1）圍護(hù)樁等效薄墻每延米彎矩903 kN*m;（2）結(jié)構(gòu)中板端墻處盾構(gòu)孔邊梁：支座彎矩1 796 kN*m，跨中彎矩1 464 kN*m，剪力1 671 kN;（3）冠梁：支座彎矩1 142 kN*m，跨中彎矩516 kN*m，剪力756 kN;（4）第一道混凝土支撐：平面內(nèi)彎矩325 kN*m，剪力424 kN，軸力3 181 kN。

經(jīng)驗(yàn)算，局部增設(shè)鋼支撐后，圍護(hù)樁、第一道混凝土支撐、冠梁及中板結(jié)構(gòu)均滿足受力要求，結(jié)構(gòu)安全。

2.4.3 左線盾構(gòu)吊出結(jié)構(gòu)安全性驗(yàn)算

左線盾構(gòu)吊出井范圍第一道桁架撐拆除前，需對右線盾構(gòu)吊出井范圍的斜撐進(jìn)行恢復(fù)，支撐恢復(fù)采用型鋼結(jié)構(gòu)。

圍護(hù)樁采用等效薄墻替代，樁長考慮最不利狀態(tài)于盾構(gòu)區(qū)間頂部被截?cái)啵瑖o(hù)樁內(nèi)支撐體系主要為主體結(jié)構(gòu)中板與第一道鋼筋混凝土桁架撐。采用荷載結(jié)構(gòu)模型對圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行三維空間受力分析。

經(jīng)計(jì)算，各構(gòu)件內(nèi)力標(biāo)準(zhǔn)值統(tǒng)計(jì)如下：

（1）圍護(hù)樁等效薄墻每延米彎矩972 kN*m;（2）結(jié)構(gòu)中板端墻處盾構(gòu)孔邊梁：支座彎矩1 816 kN*m，跨中彎矩1 455 kN*m，剪力1 673 kN;（3）冠梁：支座彎矩1 410 kN*m，跨中彎矩653 kN*m，剪力843 kN;（4）第一道混凝土支撐：平面內(nèi)彎矩504 kN*m，剪力129 kN，軸力3 342 kN;（5）右線盾構(gòu)井內(nèi)補(bǔ)充型鋼支撐軸力：1 254 kN;1 535 kN;1 911 kN;

（6）左線盾構(gòu)井內(nèi)增設(shè)型鋼支撐軸力：2 768 kN。

經(jīng)驗(yàn)算，局部增設(shè)鋼支撐后，圍護(hù)樁、第一道混凝土支撐、冠梁、增設(shè)支撐及中板結(jié)構(gòu)均滿足受力要求，結(jié)構(gòu)安全。

2.5 盾構(gòu)機(jī)吊出實(shí)施方案

車站中板施工完成后，便進(jìn)行盾構(gòu)機(jī)接收工作，第一道混凝土桁架撐按上述方案進(jìn)行拆除、局部增設(shè)支撐后并開展盾構(gòu)吊出工作。吊機(jī)就位前將吊機(jī)工作范圍進(jìn)行20 cm厚混凝土硬化，待硬化達(dá)到強(qiáng)度后鋪設(shè)20 mm厚鋼板，準(zhǔn)備工作完畢后，吊機(jī)就位，盾構(gòu)機(jī)拆解并逐一起吊，起吊工作過程中加強(qiáng)監(jiān)測，確保安全。

3 經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

根據(jù)分析，在主體結(jié)構(gòu)中板完成后，開展區(qū)間盾構(gòu)接收和起吊工作是可行的。施工過程中按預(yù)先設(shè)計(jì)的方案進(jìn)行圍護(hù)結(jié)構(gòu)加固，并提前做好施工安全措施，盾構(gòu)吊出工作可確保安全，同時(shí)，吊出時(shí)加強(qiáng)相關(guān)監(jiān)測是確保安全的重要手段。

參考文獻(xiàn)：

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