地下工程“盖挖施工法”施工工艺在成都地铁车站中的应用

邱 虹，陈万强

(四川二滩国际工程咨询有限责任公司，四川 成都 610072)

1 前 言

随着城市和城市轨道交通的飞速发展，越来越多的地铁车站修建于建筑物密集、地下管线纵横交错的城市繁华地区和交通繁忙地段，使车站施工面临既要保证工期，同时又不能对交通、环境产生太大影响的局面。如何做到既能减少对地面交通和周围环境的影响，又能保证施工进度和预期的技术经济效益，已成为车站设计施工考虑的重点。

由于盖挖法具有施工方便、施工工期短、造价低、地面交通干扰少、有利于环境保护等诸多优越性，已成为当今国内外在交通繁忙的市中心区修建地铁车站所采取的一种有效方法。例如，香港九广西铁荃湾西段明挖隧道施工时即采用了钢制临时路面系统的盖挖顺筑法;日本的地铁车站施工时也多采用盖挖法;深圳地铁1号线的科学馆站与华强路站也采用了盖挖法施工。本文就盖挖法在成都地铁1号线人民北路站中的应用状况作一介绍。

2 工程概况

成都地铁人民北路站为成都地铁1号线与6号线的换乘车站，车站总长184.35m。车站周边为繁华的商业、文化、经济中心，高楼林立，交通压力大。在工程施工时必须完成远期的6号线人民北路站车站的局部结构施工，为此经与参建各方及政府有关部门的协商，确定在车站北端盾构段38.16m范围内采用“盖挖施工法”施工主体结构顶板。

3 工程地质与水文地质条件

3.1 工程地质条件

根据钻孔勘察揭露，在场地范围内上覆第四系土层，下伏基岩为白垩系上统红色泥岩。具体地质分布情况见表1。

表1 土层性质及厚度

3.2 水文地质条件

工程地处闹市区，无地表水系流过。根据地下水的赋存条件，地下水主要有两种类型:一是松散土层孔隙水，二是基岩裂隙水。段内地下水埋藏浅，季节性变化明显，水位西北高东南低。地下水位埋深1.8～7.0m，初见水位标高496.60～502.00m，稳定水位标高496.00～502.20m。

4 盖挖法前的主要施工

4.1 围档施工

中断主体工程施工区域内的交通，并将该区域进行打围，仅保留东西两侧的人行道可通行。

4.2 管线改迁

根据综合管线布置图和现场的实地调查确定位置后，完成各类管线迁改工作，确保围护桩及基坑开挖顺利实施。

4.3 施工降水

根据本站的水文地质条件作好施工降水设计。本站长度 184.35m，基坑宽度 20.7m，开挖深度17m。围护结构人工挖孔桩大部分桩长20m，北端换乘节点局部桩长29m。降水井点沿车站两侧呈梅花形布置，单侧井距25m，井位距挖孔桩1.5m;车站北端盖挖段，涉及4号线围护桩和预留桩的施工桩长29m，考虑到降水效果，北端38m范围内降水井深度为32.5m。

4.4 围护结构施工

4.4.1 围护结构施工流程

测量放样→桩孔开挖(护壁钢筋混凝土浇筑)→桩芯钢筋混凝土浇筑→冠梁钢筋混凝土浇筑

4.4.2 围护桩施工工艺

4.4.2.1 测量放样

用全站仪测量放样，确定桩位并作好标识，桩体放样误差15mm，桩位外放50mm，确保内衬墙体厚度。在测量放样绝对无误后，上报检查验收。

4.4.2.2 桩孔开挖

围护桩桩径为1200mm，间距为2000mm。孔桩开挖时采用跳挖法进行施工，确保孔壁土体的稳定。每节开挖控制在0.5～1.0m之间，每节开挖到位后立即进行C20钢筋混凝土护壁浇筑。

4.4.2.3 桩芯钢筋混凝土施工

(1)钢筋笼制作和吊装。在钢筋加工场进行围护桩钢筋笼的制作，待桩孔开挖到位并经检查合格后，进行钢筋笼吊装工作。钢筋笼的吊装全部采用汽车吊+人工配合的方式进行吊装，确保钢筋笼垂直于孔底及混凝土保护层厚度。

(2)桩芯混凝土浇筑。桩芯混凝土采用C30商品混凝土，为确保混凝土浇筑过程中不产生离析，在混凝土灌注时采用引注管进行孔内混凝土的浇筑，并用振捣器捣固密实。

4.4.2.4 冠梁施工

为保证排桩的整体性，在围护桩桩顶设置冠梁，将排桩连为整体，同时，盖挖段桩顶冠梁临时作为顶板的承重梁。冠梁为C30钢筋混凝土结构，待围护桩施工完成后，立即进行盖挖段周边冠梁施工。

5 盖挖施工法施工工艺

本站北端盾构段38.16m采用“盖挖施工法”施工，即先行施工北端盾构段中立柱及顶板结构，并恢复该段交通，再进行主体基坑开挖及剩余结构施工。

5.1 盖挖施工法施工流程

盖挖段围护桩及冠梁施工完成(其余主体围护桩继续施工)→钢管柱施工→顶板土方开挖→顶板基底压实处理→垫层及地胎模施工→顶板钢筋绑扎及混凝土浇注→防水层施工→土方回填→路面恢复→恢复路面交通(见图1)。

5.2 钢管柱施工

本站为成都地铁1号线与6号线的换乘站，1号线人民北路站与6号线人民北路站呈“T”字形相交换乘，车站盖挖段采用φ800mm和φ700mm钢管柱作为车站的永久支撑柱，柱基础为φ1700mm人工挖孔扩底桩，在1号线施工时该柱桩单桩承载力设计值不小于7652kN。钢管柱施工工艺流程见图2。

5.2.1 钢管柱桩孔施工

钢管柱桩孔为φ1700mm人工挖孔桩，护壁厚150～225mm为C20早强混凝土，基础为高2.6m下底直径3.0m的圆弧扩大端，基础为C30钢筋混凝土(见图3)。

5.2.2 钢管柱的质量要求

(1)钢管柱的加工需满足:钢管纵向弯曲变形小于长度1/1000，且 ＜10mm;钢管椭圆度 f/d＜3‰;管端不平度f/d＜1500，且＜0.3mm。d为钢管直径，f为允许误差。

(2)钢管卷板方向与钢板压延方向一致，卷板前按要求在端头开好坡口，板平直不得翘曲，不使用表面锈蚀或受过冲击的钢板;

(3)钢管柱一次加工至设计柱长，管端用车床铣平;

(4)焊缝及柱身钢板经超声波或X光探伤检查;

(5)钢管内壁不得有油渍等污物，否则必须全部清除;

(6)钢管构件在焊缝检查合格后方能按设计要求进行防腐蚀处理。

5.2.3 钢管柱的安装

(1)钢管柱的施工定位。在桩基础顶预埋锚固螺栓与钢管柱“十字形”定位基座栓连接，钢管柱焊接在基座上，柱顶、柱中用缆风牢固定位。为保证预埋锚固螺栓位置准确，采用定位钢板固定螺栓位置，定位钢板上的螺栓孔与“十字形”定位基座上的螺栓孔严格对应一致。其定位基座形式见图4。

图1 北段盖挖段施工顺序

图2 钢管柱施工工艺流程

图3 钢管柱施工

图4 管柱底座示意

用水泥砂浆严格找平钢管柱基座底面，采用1.0m水平尺检查其平整度，平整度偏差应控制在2mm以内。

(2)钢管柱吊装。钢管柱吊装采用25t汽车吊整体吊装，上端强制对中，用缆风调节并固定。用两台经纬仪定位并控制其垂直度，钢管柱的垂直度利用底部的调节螺栓调整。依据《钢管混凝土柱设计规范》，钢管柱安装精度要求如下:

立柱中心线和柱基中心线:±3mm;

立柱顶面标高和设计标高:+0mm，－5mm;立柱顶面不平度:±5mm;

立柱不垂直度:1/1000，≯15mm;

各柱间的距离:1/1000;

各柱上下两平面相应对角线差:长度的1/1000，≯20mm。

5.2.4 钢管柱内混凝土灌注

(1)在底板混凝土浇注完成并达到设计强度的80%后进行钢管柱混凝土灌注施工;

(2)钢管柱内混凝土灌注采用顶升法施工;

(3)钢管柱内混凝土采用C50微膨胀混凝土，坍落度控制在15～18cm，粗骨料最大粒径15mm;

(4)钢管内混凝土灌注应连续进行不得中断。混凝土灌注到低于管顶10cm时暂停，待强度达到50%后，用同强度等级水泥砂浆补填到管口溢出，再用钢管端承板紧压在管顶点焊。待水泥砂浆强度达50%时，将端承板与钢管口满焊。

5.2.5 钢管柱与结构梁－板连接

钢管柱与结构梁、板交接处设抗剪钢套箍及抗剪、抗拉钢板，抗剪钢套箍与钢管柱通过摩擦型高强螺栓连接密贴，抗剪、抗拉钢板环绕焊接于钢套箍上，结构梁、板主筋遇钢管柱时绕行并焊接在抗剪、抗拉钢板上，抗剪、抗拉与钢管柱焊缝要进行20%的X光探伤检查。

5.3 土方开挖

围护桩、冠梁与中立柱施工完毕后，立即组织北端38.16m盖挖段土方开挖，开挖至顶板结构下30cm。开挖前在基坑内外做好临时排水系统，保证基坑外的水不进入基坑且能及时排出基坑内的积水。开挖采用多台挖掘机配合，直接装车外运。

5.4 地膜施工

5.4.1 地膜施工工艺及流程

本站北端盾构段顶板、顶纵梁施工时采用地膜技术，其施工流程见图5。

图5 地膜施工流程

5.4.2 地膜施工工艺

盖挖段顶板、顶纵梁施工前需做好地膜。根据地质情况，基面整平后先回填约20cm石粉垫层，并进行洒水碾压、夯实，最后铺设砖和10cm厚M 10水泥砂浆至设计标高，并在砂浆初凝前提浆抹光。对于顶板纵梁处及边墙处地膜采用红砖砌筑120mm厚的墙并用3cm水泥砂浆抹面(见图6、7)，对板、梁跨度较大地段设置预拱度。

5.4.2.1 技术措施

图6 顶纵梁地膜

图7 边墙接茬地膜

(1)铺设砂浆时按横向分条施工，确保砂浆面平顺;

(2)地膜垫层要碾压密实，并进行密实度检测，以利土模稳定;

(3)土模制做时沿大跨度方向设置L(跨度)/600的上拱度，防止受结构自重及荷载作用引起板面下沉;

(4)砂浆抹光终凝后，在其表面涂刷非亲水性脱模剂，脱模剂涂刷后避免用水冲洗及雨水浸淋，确保地膜顺利脱落。

5.4.2.2 端头及施工缝模板的支设方法

施工缝是导致漏水的薄弱环节，施工必须仔细，加强施工缝处混凝土振捣和养护，确保混凝土的密实和自防水功能。本段有顶板上的水平施工缝以及侧墙上的水平和垂直施工缝。根据设计要求，施工缝处采用快易收口网封堵，支设方便，并且可以有效地防止漏浆。施工缝处模板的支设见图8。

5.5 钢筋工程

5.5.1 钢筋加工制作

对所有进场的原材料进行抽样，报验合格后方可使用。钢筋调直除锈、切断、弯曲等工序全部由机械完成，并确保所用的钢筋表面洁净、无损伤、无油渍、漆污和铁锈，无局部曲折。

图8 施工缝处模板支设大样

结构所有钢筋均在施工现场制作，各种构件的钢筋在施工前均按图纸要求作出下料表，经审核并进行技术交底后方可进行下料。各种成品钢筋必须严格做到按顺序及规格堆放整齐，并编号挂牌。

本工程根据各部位和各型号钢筋的使用，采用不同的连接形式:有闪光对焊、接驳器、搭接焊等。每批钢筋正式焊接前，必须按实际操作条件进行试焊接，经抽样检查，并试验合格后方可正式成批焊接。钢筋接头位置按规范要求进行控制，受力钢筋采用焊接或接驳器连接时，同一构件内的接头应相互错开，错开距离为35d且不小于500mm。采用绑扎连接时，搭接长度为35～40d，接头相互错开使其在从任一绑扎接头中心至1.3倍搭接长度的范围内。

5.5.2 钢筋安装

顶板钢筋在地膜施工完成并经检查合格后进行安装。在进行结构钢筋安装时必须按照设计图纸及相关的规范要求进行。为保证钢筋层间距及混凝土保护层，在钢筋绑扎施工前先进行钢筋骨架安装及混凝土垫块的布置，且混凝土垫块必须与结构钢筋绑扎牢固。钢筋的交叉点用绑扎丝全部绑扎牢固，绑扎点不得少于交叉点的90%，且铁丝扎头应避免进入保护层。

钢管柱在与结构梁、板交接处设抗剪钢套箍及抗剪、抗拉钢板，抗剪钢套箍与钢管柱通过承压型高强螺栓连接密贴，抗剪、抗拉钢板环绕焊接于钢套箍上，结构梁、板主筋遇钢管柱时绕行并焊接在抗剪、抗拉钢板上，经灌注混凝土后，将施工荷载及结构荷载传递至钢管柱。

5.6 混凝土工程

5.6.1 混凝土浇筑前的准备工作

混凝土浇筑前必须对结构尺寸、钢筋、预埋件、模板及其支架进行检查，在经检查验收合格后方可组织混凝土浇灌施工。

5.6.2 混凝土浇筑

本工程全部使用商品混凝土，在混凝土浇筑前要对本次所需混凝土方量进行计算及确定运输保障工作，确保混凝土浇筑过程的连续性。

在混凝土浇筑时由输送泵进行泵送，并杜绝在商品混凝土中任意加水或其他物质。浇筑步距为3m，混凝土浇筑连续进行，并在前层混凝土初凝之前将后层混凝土浇筑到位;采用平铺法施工，混凝土分层高度30～40cm。在浇混凝土前必须将仓面内杂物清理干净并将模板用水润湿。

混凝土浇筑施工过程中采用插入式振捣器对混凝土进行振捣密实。本工程防水要求严格，尤其应注意结构自防水。混凝土振捣过程中，插点采用“行列式”或“交错式”，必须保证不漏振和过振且不碰撞钢筋及预埋件。

板浇筑完后，均做拉线找平，用刮杠按线刮平，用木抹子搓平，在表面终凝前，再用铁抹子进行二次抹压，消除混凝土表面产生的塑性收缩裂缝。

5.6.3 混凝土养护

本工程混凝土采取以下养护方法:

(1)混凝土浇筑完后，应在12h内开始养护;(2)顶板混凝土采用蓄水养护;

(3)每天浇水的次数应必须保持混凝土表面一直处于湿润状态;

(4)养护天数不少于14d。

5.7 顶板防水工程

5.7.1 混凝土结构自防水

车站结构以自防水为主，顶板抗渗等级不低于S8，并根据实际情况在混凝土中采用了掺加高效减水剂及粉煤灰的“双掺”技术。

5.7.2 顶板柔性防水层施工

车站结构采用全包防水，侧墙采用双层倒置的预铺式防水材料，顶板采用2.5mm厚的优质柔性防水涂料，并设置隔离油毡，采用100mm厚细石混凝土作保护层。

5.7.2.1 基层处理要求

混凝土强度达到70%后，对基层进行找平。对基层表面的凸出物从根部凿除，并用聚氨酯密封胶将凿除部位填平压实;当基层表面出现凹坑时，先将凹坑内酥松表面凿除后用高压水冲洗，待凹坑干燥后，用聚氨酯密封胶填充压实;梁与板之间的阴角部位采用1∶2.5水泥砂浆作45°倒角处理，并将梁的阳角打磨圆滑。

5.7.2.2 防水层施工

(1)基层处理完毕并经过验收合格后，先在阴阳角和施工缝等特殊部位涂刷加强层，最后在大面涂刷防水层。严禁在涂膜防水加强层表面干燥后再铺设防水卷材。

(2)大面的涂膜防水层施工采用多道(一般2～4道)涂刷，上下两道涂层方向应互相垂直;当涂膜固化后，才可进行下道涂膜施工。

(3)防水层涂膜施工完毕并经过验收合格后，应及时做防水层的保护层。涂膜保护层采用10cm厚的细石混凝土。在浇筑细石混凝土前，需在防水涂膜上覆盖一层纸胎油毡隔离层。

6 路面恢复

6.1 土方回填

结构顶板混凝土完成防水及保护层施工后，分段分层进行土方回填。回填前将顶板上积水、杂物清理干净，并选择符合设计要求的填料。

土方回填过程中采用分段分层夯填，每层厚20～30cm，结构两侧和顶板上填土厚度不超过50cm。在土方回填过程中同时进行盖挖段的管线恢复及填埋，地下管线周围用蛙式打夯机夯填。填土厚度大于50cm时，改用轻型压路机碾压，碾压时薄填、慢行、先轻后重、反复碾压。每层夯填结束后，取样检查回填土密实度。黏土采用环刀法检测，砂性土采用灌砂法检测，满足密实度要求后进行上一层回填。基坑回填碾压密实度应满足表2要求。

表2 基坑回填碾压密实度要求

6.2 路面恢复

6.2.1 路面恢复施工流程

土方回填→下基层→上基层→沥青混凝土下层→沥青混凝土中层→沥青混凝土上层→恢复标识开放交通

6.2.2 路面恢复施工

土方回填到位并经弯沉试验合格后，进行下基层厚30cm的天然砂砾层铺设及碾压，并经弯沉试验合格后完成上基层30cm厚水泥稳定碎石铺设及碾压，待48h后进行弯沉试验。弯沉试验合格后方可进行原道路结构恢复。下面层为5cm厚的AC－20I型中粒式沥青混凝土，中间层为4cm厚的AC－16I型中粒式沥青混凝土，上层为3cm厚的AC－13I型细粒式SBS改性沥青混凝土。

沥青混凝土铺设采取分层摊铺分层碾压的方式施工，必须确保铺设厚度及碾压密实。

6.3 交通恢复

沥青混凝土路面恢复后，进行弯沉试验，合格后恢复各种交通标识，移拆北端盖挖段阻挡车辆东西方向通行的临时围挡，恢复东西方向的交通通行。

7 结束语

本车站采用“盖挖施工法”施工北端盾构段顶板及远期车站的部分围护结构，该施工工艺的成功实施主要在于钢管柱施工及顶板测量放样准确无误。钢管柱施工不仅要确保柱体制作质量，还要保证钢管柱安装过程中各种技术指标完全满足本站及远期规划站点的设计要求;尽量减少测量放样误差，才能确保盖挖段顶板与后期施工主体结构的连接及车站整体结构的尺寸无误。本车站主体结构施工完成后表明，采用“盖挖施工法”施工北端盾构段顶板及钢管柱结构完全满足设计要求。

成都地铁人民北路站车站成功地将盖挖施工法施工工艺应用于本工程中，既最大限度地减少对社会交通的干扰，克服了施工条件的限制，又保证了施工进度，并使得后续的主体基坑开挖及结构施工顺利完成，具有广泛的经济效益和社会效益，因此具有良好的应用前景。