现代车站中地铁站逆做法施工关键技术研究

李建国

(中铁十二局集团有限公司，山西太原 030024)

苏州站改造工程是一座集铁路、城市轨道、城市道路交通换乘功能于一体的现代化大型交通枢纽，上部主体站房设计有普速站房和城际站房，下部设计有立体十字交叉的地铁2号线和4号线车站，地铁4号线车站长度为123 m，宽度为26.4 m，围护结构为800 mm厚地下连续墙，采用逆做法施工工艺，支撑体系为逆做法主体结构与φ609钢管内撑相结合的形式，基础为φ850钢筋混凝土灌注桩，内撑墙厚度800 mm，顶板、中板和底板厚度分别为600 mm，400 mm和1 200 mm。地铁4号线车站结构断面图见图1。

图1 主体结构剖面图

站址所在场地为广阔的冲积湖平原，水系发育，系典型的水网化平原，地面标高在1.25 m～2.05 m之间，地势较平坦。土质以淤泥、粘土和粉质粘土层为主。地下水为孔隙潜水、微承压水及承压水，微承压水主要为粉砂夹粉质粘土，由于该土层水平方向差异性较大，局部夹较多粉质粘土，其透水性及赋水性一般～中等。该含水层埋深在6.80 m～12.20 m之间，厚度在1.30 m～6.50 m，为对车站施工影响较大的含水层。

1 逆做法施工优点及工艺流程

1.1 逆做法施工优点

采用逆做法施工一是可以缩短工程施工总工期，因“逆做法”基坑施工时上下部结构同时作业，避免了一定的流水工序，支撑工作量也大大减少，基坑越深，缩短总工期的效果越明显;二是因采用了“以桩代柱、以板代撑、以围护代墙”模式，省去了大量临时支撑，有效降低了工程成本;三是因楼板支撑刚度较大，有效控制了周边地质变形，封闭式施工提高了现场文明施工的标准。

1.2 逆做法施工工艺流程

施工准备→地下连续墙、工程桩及格构柱施工→基坑降水→站房－1层基坑土方开挖→连续墙顶部混凝土凿除→顶部梁板短支模垫层施工→顶部梁板及冠梁侧模支设→顶部梁板及冠梁混凝土结构施工→基坑降水→－2层基坑土方逆做法盆式开挖施工→中板地模垫层施工→中板混凝土结构施工→－3层基坑土方逆做法盆式开挖施工→临时φ609钢管内支撑施工→底板垫层及端头井梁砖胎模施工→－3层梁板混凝土结构施工→－3层内衬墙及立柱施工→－2层内衬墙及立柱施工→其他附属结构施工，部分流程图如图2所示。

图2 4号线车站逆做法施工流程图

2 围护结构和支撑体系设计与分析

地铁4号线车站围护结构采用800 mm地下连续墙，接头型式为H型钢，开挖深度约25 m，连续墙入土深度为28 m，－3层竖向设一道φ609钢管内撑，水平间距3 m。为判断开挖过程中基坑支护的稳定性，通过ANSYS有限元软件计算基坑内每层土方开挖后围护结构的变形和内力，为现场施工及支撑结构提供依据。

2.1 建立模型

模型中地下连续墙、柱、冠梁均采用Soild45实体单元，支撑采用Beam4单元模拟，网格划分采用智能和人工划分相结合的方法。开挖基坑时，地下连续墙承受水平荷载，施加于围护结构外侧。混凝土强度等级为C30，材料的弹性模量取3×1010N/m，泊松比为0.2。按照施工图建立结构ANSYS分析有限元计算模型。

2.2 有限元计算结果

分别对4号线车站－2层开挖、－3层开挖两种工况进行计算。水平荷载为梯形面荷载，地下连续墙顶处为160 kPa，－2层底处为230 kPa，－3层底处为310 kPa。计算结果见表1。

表1 地铁4号线开挖过程应力应变值

2.3 结论

地铁4号线车站开挖－2层时墙体压应力较小，开挖－3层时由于有中板侧向支撑的作用，最大压应力也不大。加支撑后应力大幅减小，效果非常明显。土方开挖过程中墙体应力较大部位基本上都发生在开挖后的各层底部;增加支撑后结构应力应变减小比例较大，横向支撑作用明显，整个支撑结构设置合理、有效。整个开挖过程中结构未出现过大的压应力，压应变处于弹性范围内，开挖过程中结构处于安全状态。

3 超深基坑降水方案

根据降水施工总体方案，设置了10口疏干井，按照基坑降水方案，将疏干井布设完毕。在基坑开挖前15天进行降水疏干施工，通过控制降水使地下水位始终处于开挖作业面以下2 m～3 m位置，疏干基坑内潜水，确保坑内的土体固结，达到开挖条件。

4 超深开挖施工技术

地铁4号线车站－2，－3层基坑开挖按照“时空效应”理论，采用“分层、分段、对称、平衡”的盆式开挖方法，先开挖中间，后开挖两边，采取二次开挖方法。－2层第一次开挖至－12.9 m，第二次采取退挖，人工配合机械开挖至设计标高－14.61 m;－3层第一次开挖至－18.67 m，立即进行φ609×16 mm钢支撑施工，第二次采取退挖，人工配合机械开挖至设计标高－22.392 m。按规定时限分段开挖土方，当分段分层开挖达到设计基底开挖标高后，立即浇筑混凝土垫层、中板或基础底板施工，减少基坑暴露时间。开挖以机械施工为主，人力施工为辅，利用PC-60小型挖机将开挖出来的土方倒运至临时出土口，再用16 m长臂挖掘机装车运出施工场地。

5 开挖过程信息监测

5.1 监测点布置

对基坑开挖过程中的基坑内、外土压力，基坑内、外水压力，连续墙变形，连续墙顶水平位移，连续墙主筋应力，钢支撑轴力，土体稳定性，地表沉降，基坑外地下水位监测，同时对基坑外土体水平位移，周围环境及邻近建筑物安全进行全方位监测。

5.2 主要仪器性能、精度及安装使用方法

1)水准仪和经纬仪。水准仪用于量测地面、地层内各点及构筑物施工前的标高及施工中的沉降，经纬仪用于量测地形点和构筑物的施工控制点坐标(即位置)及施工中的水平变位。

2)测斜仪。测斜仪主要用于量测打桩或基坑开挖所引起的土体水平位移、围护桩或围护墙的水平位移、地下室垂直墙面的水平位移。

3)土压力仪。土压力仪主要用于量测基坑围护结构与土体接触面的土压力、基坑开挖时土体的应力变化。

5.3 监控量测管理

1)监控量测实施频率。施工中监控量测的数据要及时进行分析处理和信息反馈，确保围护结构、地面建筑物、地下管线的稳定和安全。测试频率，基坑开挖过程中每2 d一次，必要时加密，底板完成后每3 d一次。2)监控量测信息反馈程序。在测得足够数据后，要及时将量测数据绘制成散点图，选择合适的函数，对量测结果进行回归分析，即可求得时态曲线。预测该测点可能出现的最大位移值或应力值，预测结构或建筑物的稳定状态。监控量测信息反馈程序如图3所示。

图3 监控量测信息反馈程序

5.4 监测项目的警戒值

4号线车站保护等级为一级，根据地铁基坑工程施工规程中提出的一级基坑要求下的控制指标，安全系数Ks≥2.0，结合设计要求，提出相关标准警戒值。在实际监测中，通过事先确定的警戒值，来判断位移或受力状况是否会超过允许的范围、判断工程施工是否安全可靠、是否需调整施工步序或优化原设计方案，以确保工程顺利实施和达到预期目标。

6 结语

通过优化合理的施工方案及工艺流程，严谨细致的模拟计算和预控措施，全方位的信息监测技术，组织严密的管理措施，确保了工程质量、安全和工期目标，积累了宝贵的经验。

［1］侯学渊，陈永福.深基坑开挖引起周围地基土的沉降的计算［J］.岩土工程，1989(1):3-13.

［2］俞建霖，赵荣欣，龚晓南.软土地基基坑开挖地表沉降量的数值研究［J］.浙江大学学报(自然科学版)，1998，32(1):95-101.

［3］孙 蔚.大体积混凝土温度场及温度应力有限元分析［J］.工程建设与设计，2005(10):25-27.

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