城市中心区大型地下高铁车站施工关键技术

张 麒

(中铁十五局集团有限公司,河南洛阳 471013)

1 工程概况

广深港客运专线福田站是国内第一座地下大型高铁车站,位于深圳市行政文化中心和高档商务区,站址周围高层建筑集中,最近距离仅13.4 m,呈纺锤形南北展开,下穿福中三路、深南大道、福华一路。为地下3层客运车站,站场规模4台8线,车站全长1 023 m,设计里程：DK110+966～DK111+989,主体结构分A、B、C、D、E五个施工段。总体布置见图1,基坑分段见图2。

基坑宽度为15～78.86 m,深约32.15 m,开挖量达183万 m3,地下3层结构,采用盖挖逆作和明挖顺作2种工法施工,其中C、D段设计采用盖挖逆作法施工,其他段采用明挖顺作法施工。该工程两侧高楼林立,东侧有香格里拉大酒店和嘉里二期,西侧有荣超中心大厦、港中旅大厦、平安大厦、免税大厦、丰立大厦和邮电枢纽大厦等多栋高层超高层建筑。

围护结构采用厚为1 200 mm和1 500 mm的地下连续墙。支撑体系采用大跨多层复合支撑体系,南端井、免税大厦和香格里拉附近采用5道支撑,其余部分均采用4道支撑。第1道支撑采用钢筋混凝土支撑,间距6～8 m；其他均为φ800 mm的钢支撑,间距一般为3 m,最长的支撑长达49 m。

图1 深圳福田站综合枢纽总平面

图2 地下车站基坑分段示意(单位：m)

2 主体结构施工步骤

根据场地条件和交通疏解要求,福田站划分5个施工段。其中C、D段采用盖挖逆作法施工,其他段采用明挖顺作法施工。

2.1 盖挖逆作法主体结构施工步骤(表

1.2.2 明挖顺作法主体结构施工步骤(表2)

表1 盖挖逆作法主体结构施工步骤

表2 明挖顺作法施工步骤

3 实时监测及监测情况分析

3.1 实时监测的内容

为确保基坑施工安全和周边建筑物的安全,分别对连续墙墙身水平位移(测斜)、连续墙墙顶水平位移、连续墙墙顶垂直位移(沉降)、连续墙钢筋应力、坑底隆起(回弹)、基坑外地下水位、连续墙外侧土压力、连续墙外侧孔隙水压力、周边建筑物的沉降、地面沉降等10项指标进行实时监测,对监测数据进行自动采集、处理和分析,实时掌握基坑施工的各项指标的变化动态,并通过建立安全监控管理系统实现预警和分级报警,对现场施工安全进行数字化管理,及时对现场进行指导和发出管理指令,提高了施工决策的科学性,确保了施工安全。

3.2 围护结构变形对比分析

实际监测出的连续墙累计变形和理论累计变形基本一致。例如：香格里拉附近,理论变形为0～18.8 mm,最大变形发生在26～27 m深度附近,实际监测变形为-4.04～24.87 mm,最大变形发生在25 m深处,理论变形和实测变形对比如图3所示。

图3 连续墙变形实际监测与理论对比

3.3 周边地表变形对比分析(图4)

图4 周边地表理论变形和实测变形对比

3.4 周边建筑物变形情况

通过对周边建筑物的沉降观测,发现建筑物沉降主要与自身基础类型、相对基坑深度、桩底持力层承载力大小等因素有关,围护结构变形在允许范围内时,建筑物沉降与围护结构变形关系不明显。列举有代表性的两栋建筑物：港中旅大厦和免税大厦结构状况见表3,沉降检测情况见图5、图6。

表3 建筑物结构等状况对比

图5 免税大厦沉降监测曲线

通过监测数据发现,免税大厦沉降和差异沉降均较大,并且在结构完成一定时间内,仍有小量沉降,最小沉降J2测点为-4.22 mm,最大沉降J4测点为-15.45 mm,最大差异沉降达11.23 mm,两点水平距离约69.5 m,倾斜达0.16‰。港中旅大厦沉降和差异沉降均较小,主要发生在基坑开挖初期,很快趋于稳定,最小沉降J7测点为-3.80 mm,最大沉降J2测点为-5.59 mm,最大差异沉降达1.79 mm,两点水平距离约58.6 m,倾斜达0.03‰。倾斜均远小于设计及规范要求的2‰。

4 控制变形的技术措施

根据实时监测数据的分析情况,主要采取了周边土体预加固、隔离、跳仓开挖、预留反压土、分层分段分区开挖、及时支撑等技术措施,调整开挖节奏,使各项监测指标保持在设计及规范要求的允许范围内,最大限度地降低对周边建筑物的影响,确保了基坑及周边建筑物的安全。

4.1 周边土体预加固、隔离

在基坑开挖前,对基坑周边建筑物较近的区域,采用格构式旋喷桩加袖阀注浆进行预加固。预加固范围尽量靠近建筑物,并与基坑边留一定缓冲区,形成隔离状态,使基坑变形尽量在缓冲区内消散,不致影响到建筑物主体。

4.2 跳仓、分层分段分区开挖、及时支撑

根据设计要求,将主体结构划分成若干个小段,每段20～30 m,盖挖逆作段按照跳仓原则,先开挖奇数段落土体,完成结构板后,利用已完成的结构板作为支撑,开挖中间偶数段落土体。

明挖顺作法施工时,自一端向另一端,分层分段台阶法开挖,基坑较宽时,横向再分区开挖,先挖中间再挖两边。开挖到基底后,立即施工垫层,封闭基底,防止基底软化,丧失支撑能力。每开挖出一段,及时施工底板,严格控制底板与土方开挖间距,每隔两段底板预留一个后浇带。

4.3 预留反压土

福田站D段,盖挖逆作施工地下3层时,为平衡C段土压力,预留邻近中隔墙的D1节段土体,开始从D2节段开挖,先施工偶数节段,再施工奇数节段,最后,待C区开挖二层后,再开挖D1节段。因底板下承台和接地系统施工周期较长,为避免负3层长期暴露,围护结构变形发展,造成结构破坏,对负3层土体横向分区开挖,并在基坑两侧预留反压土,平衡基坑外侧土压力,降低围护结构变形。如图7所示。

图7 预留反压土施工示意

5 结语

通过福田站地下高铁车站工程的实施,总结和归纳了城市中心区大型地下车站结构的施工关键技术及安全控制技术要点,并依托监测管理系统通过各监测项目的实时数据分析和判定,及时调整和优化安排,采取相应的技术措施,最大限度的减小了深基坑的变形程度,降低了对周边建筑物的影响,确保了基坑及周边建筑物的安全,保证了施工的顺利进行,取得了较好的社会和经济效益。

[1] 施仲衡.地下铁道设计与施工[M].西安：陕西科学技术出版社,1997.

[2] 史佩栋，等.深基础工程特殊技术问题[M].北京：人民交通出版社,2004.

[3] 徐至均,赵宏锡.逆作法设计与施工[M].北京：机械工业出版社,2002.

[4] 中华人民共和国建设部.GB50299—1999 地下铁道工程施工及验收规范[S].北京： 中国计划出社,2004.

[5] 邱虹,陈万强.地下工程盖挖施工法施工工艺在成都地铁车站中的应用[J].水电站设计,2011(2)：89-94.

[6] 刘招伟. 城市地下工程暗挖法施工监控量测浅析[J].隧道建设,2004,24(1):30-33.