超寬地鐵車站深基坑施工技術(shù)

劉家駒

中鐵二局集團有限公司 四川 成都 610031

近年來，隨著各大城市地鐵工程的建設(shè)，地鐵換乘車站規(guī)模逐漸擴大，施工難度增加。國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)地鐵車站長度一般為200～300m，寬度約20m，基坑深度約18m，圍護結(jié)構(gòu)形式一般由砼支撐與鋼支撐相結(jié)合。多線換乘車站寬度達(dá)40～50m，甚至達(dá)到80m，換乘車站由于基坑寬，開挖土石方量大，僅靠坑外環(huán)形便道不能滿足土方開挖車輛運輸、結(jié)構(gòu)施工吊裝設(shè)備場地的需要。

超寬地鐵車站支護體系設(shè)計及施工已有部分文獻(xiàn)進行研究[1]。從施工難點、施工工藝及基坑檢測等方面就地鐵超寬車站土方開挖施工技術(shù)進行了分析[2]。針對超寬超大深基坑就圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計問題進行了可靠分析[3]。但均未對超寬基坑便道進行分析研究。

本文以杭州地鐵1號線蕭山機場站為依托，對設(shè)計院為解決施工便道設(shè)計的混凝土棧橋方案進行分析、研究，提出支撐—蓋板體系替代混凝土棧橋的方案，從施工技術(shù)、工期、經(jīng)濟效益方面對鋼筋混凝土棧橋和支撐—蓋板體系的優(yōu)劣進行分析，對支撐-蓋板體系理論計算、經(jīng)濟分析、施工效率、施工技術(shù)進行了總結(jié)，以期對類似工程提供可靠的理論依據(jù)和實踐經(jīng)驗。

1 工程概況

1.1 工程概況

杭州地鐵1號線蕭山機場站為三線換乘、地下二層島式車站，五柱六跨鋼筋混凝土箱型框架結(jié)構(gòu)。車站總長535.5m，寬度71.4～80m，標(biāo)準(zhǔn)段結(jié)構(gòu)高度17.1m，站臺寬度14m，車站總建筑面積76217m2，8個出入口，2個車站疏散口。圍護結(jié)構(gòu)地連墻厚1m，深53m～60m，水下C35混凝土?；硬捎萌阑炷凌旒苤?，第一道支撐截面尺寸900*1200mm，第二、三道支撐截面尺寸1600*1200mm，C35鋼筋混凝土，如圖1：

圖1 蕭山機場站分區(qū)平面圖

1.2 地質(zhì)情況

蕭山機場站場地地下水類型主要是第四紀(jì)松散巖類孔隙潛水和孔隙承壓水。蕭山機場站基坑穿越①1碎石填土、①2素填土、①4塊石、①5淤泥質(zhì)填土、③2砂質(zhì)粉土、③3粉砂夾砂質(zhì)粉土、③5砂質(zhì)粉土、③6粉砂層，位于③7-1砂質(zhì)粉土夾淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、③7-3粉砂夾淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層，如圖2：

圖2 蕭山機場站地質(zhì)剖面圖

2 方案優(yōu)化

2.1 混凝土棧橋方案

因基坑較長、寬度較寬，土方開挖量大（約75萬m3），為方便土方開挖，原設(shè)計方案在坑內(nèi)設(shè)置混凝土棧橋作為土方運輸通道。棧橋以格構(gòu)柱為基礎(chǔ)，三道折返進入坑內(nèi)。棧橋橋面板寬8m，厚35cm，梁尺寸800*1000mm，格構(gòu)柱樁徑1.2m，樁長48m，樁間距7m。棧橋長1100m，混凝土3234m3，鋼筋711t，格構(gòu)柱156根，樁長共6552m，如圖3、圖4：

圖3 C區(qū)混凝土棧橋平面布置圖

圖4 C區(qū)混凝土棧橋剖面布置圖

2.2 支撐-蓋板方案

采用鋼筋混凝土棧橋存在以下缺點：①混凝土棧橋需施工156根格構(gòu)柱，在結(jié)構(gòu)施工時進行拆除。②棧橋只能隨土方分層開挖，分段施工，耗時較長。③主體結(jié)構(gòu)施工時須拆除棧橋，影響主體結(jié)構(gòu)施工進度。以上因素導(dǎo)致項目工期不僅無法保證，而且增大項目成本。蕭山機場站基坑較寬，坑內(nèi)土方開挖量大，結(jié)構(gòu)所需材料轉(zhuǎn)運、吊裝數(shù)量多，僅靠坑外施工便道及棧橋的通行及運輸能力不能滿足土方開挖、結(jié)構(gòu)施工各階段施工要求，因此對原鋼筋混凝土棧橋方案進行優(yōu)化。

優(yōu)化后方案：取消鋼筋混凝土棧橋，在第一道混凝土支撐上部分區(qū)域加設(shè)貫通蓋板，蓋板厚度35cm，雙層雙向C25@150配筋。

加設(shè)蓋板后主要優(yōu)點：①桁架支撐體系變更為梁-板體系，梁板共同受力抵抗荷載，增加基坑整體穩(wěn)定性。②設(shè)置蓋板后，基坑形成了多條環(huán)形貫通便道，土方運輸車輛可通過多條環(huán)形貫通便道進入基坑運輸土方，保證多個作業(yè)面土方施工，而且不會干擾吊裝作業(yè)。③蓋板在結(jié)構(gòu)施工期間可作為吊裝設(shè)備、泵車的作業(yè)場地，減少吊車吊裝半徑，提高汽車吊、泵車等設(shè)備的作業(yè)能力。

為驗證支撐-蓋板體系的穩(wěn)定性、承載能力，對支撐-蓋板系統(tǒng)采用PLAXIS有限元分析軟件進行力學(xué)分析，荷載綜合考慮為20kPa均布荷載，詳見圖5：

圖5 C區(qū)蓋板計算模型

（1）第一道支撐驗算

在支撐上設(shè)置厚度為35cm的鋼筋混凝土蓋板，蓋板配筋按照C25@150計算，荷載取值20kPa均布荷載。在此工況下蓋板下第一道支撐承受的彎矩，跨中最大彎矩1248kN.m，支座最大彎矩2475kN.m，最大剪力684kN。根據(jù)以上設(shè)計內(nèi)力值驗算支撐截面尺寸、配筋率，通過驗算在此工況下，第一道支撐抗壓、抗彎、抗剪均滿足要求。

支撐構(gòu)件配筋計算表，詳見表1：

表1 支撐構(gòu)件配筋計算表

（2）蓋板驗算

在該工況作用下，蓋板承受的彎矩和剪力值，跨中最大彎矩值95kN.m，支座最大彎矩值107kN.m，最大剪力值136kN。根據(jù)以上設(shè)計內(nèi)力值驗算板面截面尺寸、配筋率，通過驗算在此工況下，板面抗壓、抗彎、抗剪均滿足要求。

蓋板配筋計算，詳見表2：

表2 蓋板配筋計算表

根據(jù)模型計算在第一道支撐上增設(shè)蓋板，此荷載下支撐、蓋板均能滿足結(jié)構(gòu)安全性需求。

3 施工技術(shù)

3.1 工藝流程

施工坑外便道→施工地連墻→施工坑內(nèi)外地基加固→施工格構(gòu)柱→第一道混凝土支撐及蓋板施工→開挖基坑土方至第二道支撐→設(shè)置坑內(nèi)馬道開挖至第三道支撐→通過蓋板采用長臂挖掘機及抓斗開挖至基底→封閉基底→施工主體結(jié)構(gòu)→逐步拆除支撐及蓋板。

3.2 蓋板施工關(guān)鍵技術(shù)

(1) 支撐鋼筋綁扎

因為要在支撐鋼筋中間穿插蓋板鋼筋，需考慮蓋板鋼筋的大小和數(shù)目，綁扎支撐鋼筋時適當(dāng)放大上下排鋼筋間距，將蓋板鋼筋需要的空隙預(yù)先留出，可保證后期蓋板鋼筋順利施工。

(2) 支撐模板安裝

此技術(shù)需要在支撐模板之間回填土方，安裝模板時害保證不會被土方擠壓變形，因此，支撐鋼筋與模板之間的墊塊需適當(dāng)增加。

安裝支撐模板時需要控制模板頂部標(biāo)高與回填上部墊層標(biāo)高，確保蓋板底部處同高，作為蓋板墊層施工的參照，可保證蓋板施工標(biāo)高準(zhǔn)確。

(3) 蓋板下回填土

回填土方時，應(yīng)注意適當(dāng)壓實，以回填土方無明顯踩踏印跡且支撐模板不被擠壓變形程度為佳。

(4) 蓋板墊層澆筑及隔離層

蓋板墊層澆筑時應(yīng)集中在中間區(qū)域放料，將混凝土鋪散至整個蓋板范圍，并在模板邊緣處安放攔板并小心鋪填，避免讓混凝土進入支撐模型。墊層施工完成后鋪設(shè)隔離層。

(5) 支撐及蓋板澆筑

澆筑支撐及蓋板混凝土?xí)r，應(yīng)先澆筑支撐部分并在支撐節(jié)點加強振搗，保證混凝土施工質(zhì)量。混凝土澆筑完成后，需及時養(yǎng)護蓋板，防止出現(xiàn)大面積裂縫。

3.3 土方開挖關(guān)鍵技術(shù)

土方分區(qū)分層開挖。在第一層支撐上設(shè)置蓋板，第一層土方開挖由土方運輸車輛通過蓋板直接進入基坑，挖掘機直接在坑內(nèi)取土裝車運輸，詳見圖6：

圖6 第一層土方開挖模擬圖

第二層土方開挖待第二層支撐全部封閉且達(dá)到設(shè)計強度85%后，土方開挖通過混凝土蓋板及坑內(nèi)土質(zhì)馬道進入基坑，挖掘機取土直接裝車運輸，詳見圖7：

圖7 第二層土方開挖模擬圖

第三層土方開挖時在蓋板上方配置多臺長臂挖掘機及伸縮式抓斗垂直取土，土方運輸車行駛至取土設(shè)備旁直接裝載土方進行外運，詳見圖8：

圖8 第三層土方開挖模擬圖

在主體結(jié)構(gòu)施工期間，通過材料運輸車運輸至基坑中部，在第一道支撐蓋板上設(shè)置汽車吊進行材料轉(zhuǎn)運，減少吊裝半徑，提高吊裝能力。主體結(jié)構(gòu)混凝土澆筑期間將汽車泵設(shè)置在蓋板中部，混凝土罐車運輸至泵車處直接澆筑主體結(jié)構(gòu)混凝土，減少澆筑半徑，加快澆筑進度。在主體結(jié)構(gòu)施工完成后，再拆除第一道支撐及蓋板。

4 混凝土棧橋和支撐-蓋板體系經(jīng)濟分析

混凝土棧橋和支撐-蓋板體系經(jīng)濟見表3、表4：

表3 混凝土棧橋方案經(jīng)濟分析表

表4 支撐-蓋板方案經(jīng)濟分析表

通過經(jīng)濟分析表可知，采用支撐加蓋板的方式相比混凝土棧橋降低成本1266.1萬元，節(jié)約工期95天。

5 結(jié)語

本工程在第一道支撐上加設(shè)蓋板后，使寬大基坑形成多條環(huán)型便道，解決土方開挖運輸便道問題，保證了土方多個作業(yè)面同時開挖、外運及結(jié)構(gòu)吊裝場地。得出如下結(jié)論：多線換乘地鐵車站可通過設(shè)置棧橋、支撐-蓋板體系解決超寬基坑土方開挖運輸、材料吊裝效率低的問題，且支撐-蓋板體系比棧橋工效高、成本低，詳見圖9：

圖9 支撐蓋板現(xiàn)場實施圖