石 敏/中铁六局集团太原铁路建设有限公司
浅谈太原轨道交通2号线晋阳街站土建主体施工投标技术方案
石 敏/中铁六局集团太原铁路建设有限公司
投标阶段编制的技术标将贯穿整个工程中,技术标的质量就尤为重要。以太原市轨道交通2号线晋阳街站施工为例浅谈投标技术方案,轨道交通2号线为南北向穿越主城组团,联系主城和新城组团的骨干线路, 2号线一期工程人民南路~西涧河段,全长23.345km,共设22座车站,其中换乘站7座。晋阳街站是2号线一期工程新增车站。针对轨道交通工程技术标的编制,对车站主体结构的施工方法及步骤等进行了详细论述,为今后同类型的施工投标积累了经验,提供了参考。
围护;深基坑;降水;土方开挖
随着我国经济的快速发展,国民收入的不断增加。机动车的数量逐年大量增加。我国现有城市的市政道路出现了严重的拥堵状况。地铁建设进入了快速发展的时期,城市地铁建设由于在地下深处施工,地下水位高,周围建筑多,管线密布,施工风险大,因此必须保证前期技术方案的选定要安全可靠。下面就以太原轨道交通2号线晋阳街站为例说明主体施工的技术方案。
太原市轨道交通2号线一期工程晋阳街站,为新增车站。该站为太原市轨道交通2号线与3号线同期施工的明挖T形换乘车站,中心里程为YCK15+572.399,位于SGTJ-205标段中心街站至南中环站的区间,建筑面积约33706平方米。
晋阳街站为太原城市轨道交通2号线与3号线同期施工T形换乘车站,车站位于长治路和晋阳街交叉口,2号线车站沿长治路南北方向布置,3号线位于路口东侧沿晋阳街东西向布置。车站所处位置周边道路车流量较大,西北、西南象限建筑距红线较近,东北象限为在建地块,东南象限现状为绿地。
2号线车站主体结构为2层岛式车站,地下一层为站厅层,地下二层为站台层,车站顶板覆土厚度为4.023m,局部下沉段覆土5.373m,底板埋深约19.013m。车站共设置3个出入口及2个风道。
3号线车站主体结构为3层岛式车站,地下一层为站厅层,地下二层为设备层,地下三层为站台层,车站顶板覆土厚度约为5.4m,底板埋深约27.7m。车站共设置4个出入口及2个风道。
(一)车站主体工程规模大、围护工序复杂
晋阳街站为新增车站,该站为轨道交通2号线与3号线同期施工的明挖T形换乘车站,总建筑面积为33706m2。车站主体围护结构采用地连墙、开挖作业采用明挖顺做法;附属工程围护结构采用围护桩+钢管内支护体系,2号线车站主体围护结构自上而下设置混凝土支撑和两道钢管支撑,3号线车站主体围护结构自上而下设置混凝土支撑和四道钢管支撑。外设单排咬合深层搅拌桩止水帷幕,坑内降水。
(二)控制沉降、保证建构筑物安全是本工程的重难点
本标段为地下工程,施工过程中对周边土体具有一定扰动,特别是西北、西南象限建筑距红线较近;车站主体围护结构采用地连墙方式,墙体刚度大、整体稳定性好、变形小、具有挡水抗渗作用,以有效减小开挖引起周边地面及建构筑物过大沉降。如何保证附近建构筑物安全,是本标段的重难点。
(一)总体施工方案
1.车站主体结构。
车站主体施工属于深基坑施工,属于危险性较大的工程,必须编制专项施工方案。
车站主体施工采用明挖顺作的施工方案。由于明挖涉及周围建筑的安全,更要高度重视车站的主体围护结构施工。主体结构施作时必须与内支撑体系相互配合,衔接紧密,才能确保安全,控制变形在要求范围内。
车站主体围护采用地下连续墙+内支撑。2号线车站基坑开挖深度约为19.6m,选用D800地下连续墙。3号车站开挖深度约为27.5m,选用D1000地下连续墙。本站主体结构施工采用钢管内支撑。
2号线车站主体围护结构自上而下设置混凝土支撑(标准段为φ800、壁厚16mm钢支撑)和两道φ800、壁厚16mm的钢管支撑,3号线车站主体围护结构自上而下设置混凝土支撑(标准段为φ800、壁厚16mm钢支撑)和四道φ800、壁厚20mm的钢管支撑。
车站主体结构采用800mm厚C35钢筋砼地下连续墙作为围护结构,利用地连墙专用机械进行作业。主体结构采用明挖顺作法施工。车站土方采用机械明挖,局部结构部分和底板最后30cm采用人工清理开挖,主体结构采用模筑钢筋混凝土框架结构,采用自下而上顺做法施工;车站防水在结构迎水面设置柔性全包防水层。
2.附属结构。
附属结构采用明挖顺作法施工。
3.主体结构施工步骤。
第一步:管线改迁,施工围挡,平整场地,疏解交通,施作地连墙,临时立柱桩,进行坑内降水。
第二步:基坑开挖至第一道支撑底标高处,施作墙顶冠梁,挡土墙。同步浇注第一道混凝土支撑及冠梁角部混凝土板撑。
第三步:分层分段继续向下进行基坑开挖,依次开挖至各道横撑下0.5m后施作第二~三道(第二~五道)横撑。随开挖随架设各道砼支撑及钢支撑,开挖至基坑设计标高处。
第四步:开挖至基坑底设计标高,验槽后施作接地网、垫层、铺底、防水层、结构底板及底纵梁,并作好临时立柱桩的防水,施作侧墙防水层,并向上施作部分侧墙。
第五步:待底板强度达到75%以上,拆除第三道钢支撑,施作第三道撑以下部分站台层边墙防水层、边墙结构和站厅层。
第六步:待站厅板强度达到75%以上,中板达到设计强度后,拆除第二道钢支撑,浇筑地下一层侧墙及顶板结构。
第七步:待主体结构达到一定强度,施作顶板防水层及保护层,拆除第一道混凝土支撑,施作压顶梁,随回填随压实,回填至地面。
4.特殊部位施工方法及步骤。
后浇带施工:车站纵向在公共区同设备区之间设置后浇带。后浇带范围内钢筋可不断开,并按后浇带构造设计要求设置加强筋,混凝土浇筑完毕并间隔6个星期后用混凝土再浇筑。后浇带混凝土浇筑后,其养护时间不小于4个星期。
(二)车站主体施工方案
1.围护结构施工方案。
地下连续墙采用液压抓斗地下连续墙成槽机施工。根据地下连续墙的厚度及外放尺寸修筑高于地面10~20cm的钢筋混凝土导墙、进行泥浆制备、槽段挖掘、换浆清底、钢筋笼吊装、水下混凝土浇筑、连续墙接头防水处理。在平面上导墙施工接头与地下连续墙接头错开,施作完毕验收后,立即回填,防止导墙内挤。
内支撑施工:支撑编号→对号加工并运到现场→焊接法兰盘→焊三角形钢板托架→钢围檩就位(支护桩)→钢支撑就位校正→施加预应力→紧固钢楔→拆除液压千斤顶→钢支撑与围檩连接。
首道钢筋混凝土内支撑的施工方法开挖至梁底,采用成型模板进行梁体成型。钢筋混凝土支撑梁和冠梁混凝土浇筑尽量同时进行,保证支撑体系的整体性。
钢支撑采用龙门吊或履带式吊机一次性吊装到位。钢支撑吊装到位后,用两个组合液压千斤顶同步施加预加轴力,最后用楔子塞紧。
2.降水施工方案。
太原轨道交通2号线一期工程沿线地下水位较高,车站地下水采用钻孔灌注桩+止水帷幕+基坑内降水处理。降水井坑内两排交错布置,间距10~20m,每口井的降水面积约200m2。
将地下水位降至底板以下0.5m以下。降水工作从开挖施工前一周开始,持续至主体完成回填后续工作结束。
3.土方开挖施工方案。
考虑车站两端区间均采用盾构法施工,北端提供盾构始发条件,南侧提供接收条件。车站施工场地受限围挡内几乎无剩余空间进行施工临建布置,故:晋阳街车站开挖顺序为自北端往南端开挖。
为控制沉降变形,严格遵循“分层、分块、对称、均衡、限时”的原则,循序渐进,合理安排施工工序。具体方法为:
在冠梁施工完毕的局部地方,可以进行第一层土方开挖,开挖至第一道混凝土支撑梁顶标高后,开挖支撑梁沟槽并进行第一道混凝土支撑的施工,随后向下开挖至各层支撑处以下0.5m,进行各道支撑的施工;随挖随撑,向下开挖至基底设计标高。在开挖至基底30cm高度范围内的土体进行人工配合清底。
(1)机械设备配置
基坑土方工程的特点是工程量大,工作面受混凝土支撑、钢支撑施工的制约,需合理组织施工,才能使工程流水施工。基坑采用4~6台斗容量1.5m3反铲挖掘机进行分段分层开挖,分段长度约20m,分层高度2~3m,土方倒运采用挖掘机挖土接力装车外运方式进行。
(2)土方开挖关键卡控点
①本工程由于施工工序多,多道工序要同时施工,都需要土方施工配合,因此施工关键是土方运输。因工程土方量巨大,合理布置现场道路和出入口,合理规划卸土场地,优化运土路线,安排好作业时间,做好车辆分流,减少道路拥挤。
②为加快土方施工速度,根据现场交通情况及场地布置,可在基坑内修建临时出土坡道,由汽车直接进入基坑进行土方运输。
③为加快土方施工速度,根据现场交通情况,地面以下4m范围内土方采用挖机直接装车运走,基坑4m以下土方反铲挖机接力开挖装车。
④由于基坑深,施工空间小,竖向分层高度考虑立体结构尺寸、横撑排距及竖向层距以及挖掘机最大挖土能力确定。开挖中间立柱时,立柱四周土体必须均匀下降,严禁侧挖以防止土体坍落碰撞立柱。
⑤土方施工后期,基坑局部边缘部位不能施做出渣坡道,上层8~10m范围采用长臂挖掘机挖除;最后剩余少量土方采用吊车吊出基坑后再装车。
⑥土方收尾位置尽量放在深度较浅的部分,设置土方垂直吊运平台,基坑中利用小型挖土机装土,地面布置汽车吊或履带吊进行垂直吊运出土,待土方收尾完成后,将挖土机吊出。
⑦当开挖至支撑设计标高以下0.5m时必须停止开挖,及时设置钢支撑,并按规定施加预应力,并检查并确认支撑的稳定性安全性后,方可继续开挖。
⑧基坑开挖施工前,基坑周围设截排水沟截排地面水,地面采用混凝土硬化,防止地表水渗入基坑,基坑内采用明沟排水,沿车站纵向每20米设一集水坑。
⑨基坑周围设置安全护栏。基坑两侧坡顶10m范围内不得堆土、堆料,车辆限速限载,地面荷载不得大于20kPa。钢支撑上方不得搭架、架设任何竖向荷载。
⑩基坑开挖至基底垫层以上300mm时,应及时进行清底验槽,并采用人工挖除剩余土方,挖至设计标高后应及时平整基坑,疏干坑内积水,及时施做接地网和垫层。
4.主体结构施工方案。
本站结构方案标准段部分为钢筋混凝土两层多跨矩形框架结构。车站采用明挖顺作法施工,主体结构按照由下至上、先板后墙的施工顺序,逐段施工,前后多段进行流水施工,边施工、边拆除支撑。主要施工步骤如图1:
图1 主体结构施工顺序图
其车站施工步骤图如表1所示(标准段):
表1 车站施工步骤图
步骤 示意图步骤五:施工站厅层侧墙防水层、侧墙及顶板和立柱,待顶板混凝土,强度达到要求后,拆除第一道支撑。步骤六:施作顶板防水层,覆土并恢复路面交通。进行内部结构,及出入口、通道、风道等附属结构施工。
车站主体基坑工程周边环境的性质和安全等级,深基坑工程的监测主要包括以下内容:
1.支护结构的监测。
(1)围护墙顶部水平位移;(2)围护墙顶部沉降;(3)围护墙体测斜; (4)围护墙体应力监测;(5)支撑轴力监测;( 6)格构柱位移监测。
2.周围环境的监测 。
(1)基坑周围建筑物的沉降观测;(2)相邻道路、地下管线的沉降监测;(3)围护墙侧土压力观测;(4)基坑内外地下水位动态观测;(5)基坑外侧土体分层沉降观测;(6)基坑周围建筑物裂缝观测;(7)围护墙侧孔隙水压力观测。
开挖过程中加强对支护结构及周边建构筑物的监测,基坑开挖期间,开挖段及影响范围内测点每天一次,未开挖段每周1~2次; 根据基坑开挖深度的变化,调整监测频率。基坑开挖超过10m,监测频率最高达每天2次;根据监测项目对基坑安全的影响程度,设定不同的监测频率;发现变化过大应立即采用增大支撑强度,并从基坑内侧往基坑外侧对建构筑物周边土体进行注浆加固处理。
地铁车站基坑施工属于深基坑施工,根据地下水的分布情况,本站主体围护采用地下连续墙+内支撑。墙体刚度大、整体稳定性好、变形小、具有挡水抗渗作用,以有效减小开挖引起周边地面及建构筑物过大沉降。明挖顺做法既充分发挥了围护的作用,保证了高水位下深基坑施工的安全,又适当降低了施工的难度,是一种行之有效的城市地铁施工方案。
[1]《太原市轨道交通2号线一期工程晋阳街站土建施工SGTJ-216标段招标图纸》,北京市市政工程设计研究总院有限公司
[2]《城市快速轨道交通项目建设标准(试行本)》,1999年北京市城建设计研究院
[3]《城市轨道交通地下工程建设风险管理规范》,GB50652-2011中国土木工程协会同济大学等 张雁等
[4]《地下铁道工程施工及验收规范》,GB50299-1999中华人民共和国建设部
[5]《轨道交通降水工程施工质量验收标准》,JQB-053-2005中国建筑工业出版社