地铁车站结构转换中的已有结构物变形控制技术

2024-04-24

地铁车站结构转换中的已有结构物变形控制技术（共3篇）

篇1：地铁车站结构转换中的已有结构物变形控制技术

摘要:介绍广州市轨道交通三号线客村站转换层结构转换施工中控制已有结构变形的技术措施,说明在结构转换中变形控制是整个结构托换中的关键问题。关键词:转换层;结构转换;变形控制 1前言

城市轨道交通因具有运量大、快速、正点、低能耗、少污染、乘坐舒适方便等优点,被称为“绿色交通”,但城市轨道交通只有在形成基本网络的情况下才能充分发挥其应有的功效。因此在路网的交叉点和各线路车站之间必须设置相互联通的换乘设施,这种相互连通的换乘设施就是所谓的转换层。通常情况下转换层是在前一条线路施工时就一起施工完成并预留了与交叉路网的接口部分,但如果受线路总体调整和周边环境的限制,将可能导致转换层的重新施作,而重新施作转换层中往往需首先进行荷载转移,也称为结构转换,必须解决承载力和变形控制两方面的问题,而变形控制尤为关键。本文通过广州市轨道交通三号线客村站转换层结构转换中变形控制实例,阐述变形控制在整个结构托换中的若干关键问题。2工程概况

广州市轨道交通三号线客村站是广州市轨道交通网中二号线与三号线的换乘车站,设计为地下4层车站,总体呈南北走向,与轨道交通二号线客村站呈十字交叉状。二号线客村站为地下2层车站,施工时在车站结构以下部位预留了与三号线的换乘转换平台(原转换层),长18m,宽19.1m,净高4.1m,底板厚1.2m,底纵梁下翻1.4m。

受车站型式布置的影响 ,为使二、三号线换乘客流顺畅,三号线施工时要将已施工的二、三号线原转换层底板全部凿除,重新施作二、三号线换乘转换平台(位于三号线负3层位置)。又由于三号线线路的调整和车站站台的控制,造成二号线在节点段的中柱与三号线的中柱发生错位(两柱中心相距1.25m);为了将二号线中柱的荷载转移到三号线中柱上,必须在现二、三号线转换层进行荷载转移(结构转换),在结构转换完成后,重新施作新的转换层。本工程的特点是施工场地狭小,材料运输困难,工期紧,对既有的二号线变形控制要求相当高。3结构转换形式的确定

结构转换形式通常有板式、梁板式、梁式、拱式、桁架式等,其中梁式转换结构具有结构合理、受力明确、可靠、造价较低、布置灵活、施工方便等优点,可以通过结构柱在柱上设置大梁直接进行结构托换,且在托换结构体系完工后进行原柱与底板的分离也较方便,易于施工,符合本工程的施工条件,因此本工程结构转换选择梁式转换结构。为保证承载力的要求,桩型采用质量较有保证的人工挖孔桩,桩身采用钢筋混凝土型钢柱。

整个结构托换的主要施工工序为:首先在三号线新柱位进行人工挖孔桩及三号线型钢柱的施工,再在型钢柱进行转换大梁施工,最后截断节点段中柱,将二号线中柱荷载通过转换大梁转移到三号线中柱上。人工挖孔桩进入三号线底板以下8.1m(中风化岩)或9.6m(强风化岩)处,在转换层底板和转换层底纵梁以上采用边长1.0m的方桩,在转换层底板和转换层底纵梁附近扩大为f1.5m圆孔,在端头附近扩大为f3.0m圆孔。型钢柱采用2I50C工字钢,混凝土强度等级为C45;转换大梁长度为10.6m,结构采取变截面,尺寸为(1200~1400)×3000,转换梁与老柱采用植筋、齿槽和粘结剂并以水平预应力索箍抱紧进行连接。节点托换施工图如图1所示。

4施工中的变形控制技术措施

对已建建筑物进行基础托换和转换层施工时,上部结构将产生一定程度的不均匀沉降,又由于钢筋混凝土结构在长期荷载作用下具有徐变性,托换结构既要考虑原建筑物荷载转移到托换结构阶段产生的短期变形,又必须考虑托换完成后使用阶段的长期变形,因此整个托换结构的施工重点在于被托换工程建筑物的沉降变形控制方面。托换后的建筑物沉降变形容许值见表1。

在整个结构托换施工过程中,为控制被托换工程建筑物的沉降变形,除按设计要求采取人工凿除混凝土、人工挖孔桩对角施工等外,我们主要采取了以下技术处理措施以确保被托换工程建筑物的沉降变形得到有效控制。

⑴对被托换柱进行临时支撑加固

由于施工新的三号线中柱时,必须对新柱部位的原转换层底板和底纵梁进行凿除,造成其结构受力状态的破坏,为了控制上部结构的变形,必须对被托换柱进行临时支撑加固。每条被托换柱采用4条临时支撑加固,临时支撑采用2Ⅰ36C工字钢焊接组合,为使支撑能紧贴二号线底板,在整个施工过程中必须对支撑施加预应力,预应力张拉并非一个单纯的自由反拱过程,而是一个复杂条件下的微变形反拱过程,同时也是一个被托换桩基向转换桩基转移部分荷载的过程,因此临时支撑必须一直贯穿于整个托换施工过程。

⑵转换层的降水处理

根据设计文件的要求,施工前必须打设降水孔进行降水,防止积水对基坑的浸泡超成基岩软化,使桩基承载力降低。根据地质勘察资料,在转换层以下岩层为强风化和中等风化带,虽然岩层中含有基岩裂隙水,但基岩为泥质、铁质胶结,风化裂隙和构造裂隙不甚发育,且距离补给源珠江水较远,基岩裂隙水的赋存和运动条件差,含水量较小,渗透系数仅为0.013~0.037md,属弱透水层,因此我们认为人工挖孔桩施工过程实际上也是一个降水过程,及时排除人工挖孔桩孔内的积水,可保证桩基承载力不会减小,因此取消了降水孔降水,而采用人工挖孔桩间接降水。

⑶托换桩的沉降量控制

虽然人工挖孔桩的桩底较易清理,质量较易保证,但考虑到若桩的沉降量控制不好,整个被托换工程建筑物的沉降变形将难以控制,因此在桩底预埋2根注浆管,在严格控制孔底岩层和孔底沉渣的基础上,待桩身终凝后对桩底可能存在的少量沉渣作补救性压浆。

⑷托换结构的新旧混凝土的联接处理

新旧混凝土联接处理的好坏,直接关系到结构托换的成败,为确保被托换柱与转换梁的新旧混凝土结合紧密,首先在被托换柱与转换梁交接的柱体表面设置齿槽,齿槽为倒梯形凹槽,深35mm,底宽35mm,面宽105mm,间距105mm,通过人工开凿,开凿时将柱上的混凝土棱角打掉,并将二号线底板与转换梁结合面进行凿毛。其次在界面四周增设箍筋并用TN粘结剂对被托换柱和转换梁顶及二号线底板进行植筋以加强联接。最后在浇筑新混凝土前45min内在界面喷涂以环氧为主剂的LB界面处理剂。为保证转换梁结合面的粘接,混凝土浇筑均在夜间进行,且在浇筑过程中对转换梁上方实行交通封闭,待转换梁浇筑完成并达到一定强度后方可恢复地面交通。

⑸转换梁顶的空洞处理

由于转换梁与二号线底板相接,虽然施工中采取了结合面凿毛等措施,但由于结构所处的特殊位置等原因,造成梁顶新旧混凝土联接处出现较严重的空洞和裂缝缺陷。采取的处理方法是首先通过预埋的管道注入水泥砂浆(1∶0.5~1∶1)充塞空洞,最后将环氧树脂通过一定压力注入混凝土裂缝中,经渗透、固化达到修补裂缝的目的。

⑹托换基础与建筑物分离的施工按设计文件要求,在托换结构施工完成后,必须将原转换层柱与建筑物进行分离,将二号线中柱的荷载转移到三号线中柱上,原转换层柱与建筑物进行分离是对整个托换结构的决定性考验,分离过程必须进行严格监控,并制定了相应的报警值,即:柱位沉降差<8mm,转换梁挠度值<5mm。在分离过程中对柱逐根进行截断,先凿除钢筋保护层再截断钢筋。5信息化施工

信息化施工已成为建筑施工中的重要组成部分,通过对施工状况的监测取得监测数据,及时进行整理和分析 ,并对监测结果进行回归分析,预测结构的安全状况,以信息反馈的形式来指导施工,改进施工方案,采取必要的技术措施以确保施工安全。

针对本次结构托换的施工特点和二号线客村站的结构特点,认为结构沉降及平面变形为主要观测项目,在二号线站厅层、站台层、转换层分别布置了监测点。其中转换层监测点布置在4条被托换柱、转换层底板、转换层侧墙、二号线底板(纵梁)底上;二号线站厅层、站台层监测点分别布置在的底(中)板及柱位上,监测点共布置约50个,在施工期间每天监测一次。在被托换柱与建筑物分离时,在转换梁上进行了应变监测。6结语

6.1结构托换完成后,最大沉降量仅为7mm,说明施工过程中采取的技术措施是有效的,既保证了托换桩的质量,又有效地控制了建筑物的变形,变形控制成为托换工程中的关键问题。

6.2二号线、三号线首通段开通至今,转换层未发生沉降和裂缝,说明结构托换是成功的。

6.3人工挖孔桩在地质条件允许的条件下, 应用于工作面小、材料运输困难的托换工程中,较其它桩型更具有明显的优势。

6.4必须加强监控量测在施工中的力度,通过监测反馈的信息来指导施工。

6.5本文介绍的方法对同类问题的工程实施有着积极的借鉴意义。

参考文献 [1]夏明耀,曾进伦.地下工程设计施工手册[M].北京: 中国建筑工业出版社,1999[2]GB50157-92地下铁道设计规范[S][3]GB50010-2002混凝土结构设计规范[S][4]GB50007-2002建筑地基基础设计规范[S]

篇2：地铁车站结构转换中的已有结构物变形控制技术

关键词：软土,深基坑,地下连续墙,变形,动态平衡

深基坑施工在目前中国的基础设施建设中具有越来越重要作用, 尤其是近几年各重要及经济发达城市中地铁交通线的大量修建, 更加确定了对深基坑施工研究的重要性。由于软土地区的不良地质影响, 深基坑施工难度加大, 施工安全也受到严重影响, 因此对沿海一带软土地区深基坑施工过程围护结构变形规律的研究就具有更加重要的理论和现实意义。本文对宁波市轨道交通1号线一期工程TJ-VII标地铁车站深基坑施工过程的监测数据及围护结构变形特点进行了详细的研究, 并对其变形规律、原理及其控制措施加以探讨。

1 工程概况

宁波市轨道交通1号线一期工程TJ-Ⅶ标车站总长448m, 包括海晏北路站及西延段, 本文以海晏北路站西延段为主要研究对象。海晏北路站及西延段为1号线中间站, 车站位于东部新城规划宁穿路下, 沿宁穿路布置, 呈东西走向。

1.1 工程地质条件

海晏北路站西延段场地第四纪地层发育, 厚度大于70m, 成因类型以海相沉积为主, 总体特征为: (1) 沉积物粗细韵律变化明显, 总体趋势呈自老至新粒度变细, 具多旋回性。 (2) 沉积物的沉积环境由陆相向海相过渡。中更新世早期以洪积为主, 中更新世晚期～晚更新世早期以冲积、冲湖积为主, 晚更新世晚期以海陆交互沉积为主, 全新世则以海相沉积为主。车站基坑至上而下地层为:杂填土、粘土、淤泥质粘土、淤泥、淤泥质粘土、灰色粉砂土、粉质粘土夹粉砂、灰色粉质粘土。地下水由浅部土层中的潜水、砂土中的微承压水及深部砂土层中的承压水组成。

1.2 基坑围护结构设计概况

海晏北路站西延段车站基坑长180.80m, 标准段基坑宽21.30m, 西端盾构井宽25.76m。基坑标准段深约16.5m, 西端头井基坑深度约18.74m, 围护结构采用800mm厚地下连续墙, 标准段设5道支撑加一道倒撑, 西端盾构井段设6道支撑, 第一道为8 0 0 m m×800mm钢筋混凝土支撑, 钢筋混凝土支撑水平方向平均9m间距布置;钢支撑水平方向间距2.8m～3.5m布置, 标准段第四道钢支撑为双拼支撑。

1.3 基坑开挖前加固情况

西延段车站西端头井段基底采用三轴深层搅拌桩加固, 标准段采用裙边加抽条加固 (基坑周边裙边加固区宽度4m;每条加固区宽3m, 两条加固区间距一般为9m, 共计14条抽条加固区) , 三轴搅拌桩强加固范围为基底以下3m, 弱加固区为基底以上范围, 强加固区水泥掺量为20%, 弱加固区水泥掺量为7%, 水泥搅拌桩为密排桩。在三轴搅拌加固区裙边采用旋喷桩加固, 强加固范围为基底以下3m, 弱加固区为基底以上范围, 强加固区水泥掺量为20%, 弱加固区水泥掺量为7%。西端盾构井墙拐角处采用双重管高压旋喷桩加固, 每个地连墙接缝处采用3根三重管高压旋喷桩止水, 加固区水泥掺量为35%。

2 深基坑施工过程围护结构的变形规律及原理原理分析

2.1 围护结构的变形特点及规律

经过对宁波软土地区海晏北路站及西延段基坑施工的大量监测数据分析及过程控制总结得出以下几点围护结构的变形特点及规律 (本文主要以西延段西端CX45和CX57号测斜孔为例) 。

(1) 基坑开挖前连续监测报告显示连续墙基本无变形。

(2) 基坑开挖后 (在开挖到第二层土后) , 钢支撑架设一道或两道, 墙体变形最大量在开挖面以下4m左右, 如图1所示。

(3) 基坑开挖到基底时, 连续墙日变化率最大。最大变形量发生在基底以下4m～5m, 最大变形量一般为50mm左右。

(4) 通过对整个施工过程中围护结构地下连续墙变化特点的研究, 可以发现:围护结构的最大变形量一直发生在开挖面以下3m～5m, 从开挖到结束的整个过程中, 基坑一直处于动态平衡或动态趋近平衡过程中。地连墙变形量最大的地方应为围护结构受力 (外部水土侧压力与基坑内支撑的支撑力) 最不平衡的位置 (或者说是内外受力偏差最大的地方) 。

2.2 围护结构变形原理分析

(1) 在基坑未开挖前地连墙基本没有变化, 开挖后未架支撑前因为基坑内部没有与外部主动土压力 (侧压) 平衡的力, 所以此时围护结构变形速率最大。经统计, 在架设支撑后连续墙还会继续变形, 只是速率会慢慢变小, 或者偶尔出现反弹现象, 直到内部支撑的支撑力与围护结构外部水土侧压力达到或趋于平衡, 这时的地连墙变形量最小, 或在来回波动中趋于平衡, 因为在施工过程中有很多因素 (比如施工过程中的机械振动、坑外水位随气候的变化、基坑开挖的继续进行等) 会导致这种平衡不能达到稳定或静态, 所以这种平衡有时会来回的波动。

(2) 随着基坑开挖的进行, 坑内土体的卸载量越来越大, 开挖面以下的土体的泄压速率和泄压量也会越来越大, 同时伴随的坑内土体的上浮量 (隆起量) 也会越来越大, 速率也会慢慢变快 (因为越往下的土体在原始状态下的受压越大, 密度也会整体呈上升趋势, 但是如果开挖的工期很长, 开挖面下地层的土压卸载和土体上浮已经达到平衡, 也会导致继续开挖时土体上浮量的减少) 。所以相应坑外土体的主动侧压力也会越来越大, 在基坑内土体开挖后连续墙的变形速率和变形量也会越来越大, 直到支撑架设之后与之达到相对的动态平衡, 这种变化就会趋于平缓。

(3) 在基坑开挖到基底的时候坑外土体主动侧压力与坑内支撑反力差在相应位置 (基底一下4m～5m) 达到最大, 在这个位置也就形成了围护结构变形量最大区域。在基底以下4m～5m位置墙外土体侧压力与坑内支撑反力差达到最大的原因是:在基坑开挖到基底时, 由于基底以下一定深度的土体一直在泄压和上浮且受到一定扰动, 所以结构发生了变化, 同时密度减小、主动压强降低。所以基底往下延伸一定深度时所增加的侧压量小于相同情况下墙外土体的增量, 但是越往深处延伸, 土体的扰动、泄压、结构变形量越小, 地连墙内外土体的侧压力会越来越接近, 所以会越来越接近平衡, 无论开挖到哪一层土, 情况一般都是相似的。

3 深基坑施工过程中对围护结构变形的控制措施及其建议

通过对软土地区基坑施工的大量经验与实践的总结, 对深基坑施工时围护结构地下连续墙变形控制提出以下几点措施和建议。

(1) 提高围护结构地下连续墙施工质量。 (2) 严格按照时空效应理论指导开挖, 合理分布钢支撑位置, 加快支撑架设速度, 减少无支撑暴露时间, 科学对钢支撑加力 (分2～3次加力, 每次时间间隔5～10分钟, 最终达到适当大小的预加力) 。 (3) 加快基底垫层、防水和底板的施工 (基底垫层施工应分段进行, 不宜过宽, 最好以6m左右为一个单位进行, 这样会加快垫层施工速度, 减少无支撑暴露时间。基底垫层的铺设可以大大减缓基底以下土体的上浮泄压, 也减缓基底土体结构的变化, 同时也作为一道强有力的板撑控制墙内外压力的平衡;底板的铺设直接作为一个强大的刚性体, 平衡墙外土体的压力, 提高地连墙的刚度和扭矩) 。 (4) 尽量减少施工时重载机械的扰动和墙外一定范围内的 (如土体、钢筋等) 的重物堆载。 (5) 基坑开挖时维护结构的渗漏会引起坑内土体的浸润湿化作用, 从而改变了土体的含水率等宏观物理指标, 诱发 (粘性土) 土体微结构失稳, 同时渗漏和降水会引起坑内外土体的渗流和负孔隙水压力的消散从而导致土体物理性质和内结构的改变。这些都会加大基坑开挖时内外力的不平衡, 造成更大的变形。所以要做好连续墙接缝处止水桩质量, 保证止水效果。 (6) 在基坑开挖时, 架设第一道支撑前应尽量减少基坑开挖的深度, 把第一道支撑在合理的标高上 (尽量降低) 与冠梁结合起来, 减少基坑变形量;开挖到基底时, 最后一道钢支撑的标高应在不影响主体结构施工的条件下尽量放低, 以减少基坑内外应力不平衡的空间, 能有效减少基坑的变形量。 (7) 在围护结构变形速率较大的地方 (如设置下翻梁的位置) , 如一时得不到很好的控制, 应及时补加临时钢支撑, 待变形趋于稳定且相应结构施作完成后再拆除临时支撑。 (8) 深基坑内基底加固对深基坑开挖时连续墙的变形有很好的缓冲作用。如果这种缓冲作用很小的话, 在软土地区基坑开挖时很容易造成坑外土体的快速变形而造成土体结构严重失稳, 这将会快速增大水土的侧压力, 对控制基坑变形极为不利。所以一定要做好深基坑内基底加固质量, 尤其是裙边加固时加固体一定要与围护结构地下连续墙紧密结合, 不能出现连接缝隙, 加固深度最好达到基底以下6m范围 (由于考虑到施工成本问题, 设计上一般只设计加固到基底以下3m范围) 。 (9) 根据现场监测数据及实际情况可知, 基坑施工周期越短、施工速度越快, 对基坑变形控制越有利。所以在基坑开挖施工前一定要组织和安排好各方面准备工作 (如基坑施工方案、施工计划、组织管理方案、施工人员、施工设备、出土设备及准备工作等) , 一旦开挖, 最好顺利、快速进行。 (10) 通过对围护结构地下连续墙外水土主动侧压力的科学计算, 合理设计地下连续墙的结构构造, 降低施工的难度也增加施工的安全性。

4 结语

以上是对软土地区深基坑施工过程围护结构地下连续墙变形规律和原理的一点不成熟的认识, 以及对如何更好的控制深基坑变形给出了一些措施和建议, 望各同行给予批评和指正, 同时也希望能给日益增加的软土地区深基坑施工人员一点参考。

参考文献

[1]刘国彬, 王卫东, 等.基坑施工手册[M].北京:中国建筑工业出版社, 2009.

[2]张润钊.明挖地铁车站施工中基坑变形及控制[J].市政技术, 2010.

篇3：地铁车站结构转换中的已有结构物变形控制技术

西安地铁二号线体育场车站主体工程围护结构, 采用钻孔灌注桩和内部钢支撑方案。主体结构第二层钢支撑的端部支撑在混凝土腰梁上, 腰梁断面尺寸0.8m×0.8m。原设计为腰梁与桩基通过钢筋连结, 连结钢筋在桩基施工时预埋在桩基钢筋笼上。基坑开挖后, 人工凿出桩基内连结钢筋, 将腰梁与桩基联系在一起。

考虑至施工现场实际情况, 为加快施工进度, 围护桩施工时, 未预埋腰梁联接钢筋。在基坑开挖后, 在围护桩上植入腰梁与桩的连接植筋。每根桩植入9根φ20钢筋, 植入围护桩深度为48cm。然后通过植入的钢筋把围护桩与腰梁紧密连结在一起。

2 植筋工艺流程

定位→钻孔→清孔→植筋剂配合、化学粘合剂灌注→钢筋表面处理、钢筋植入→养护固化→试验检测。

3 工艺简述

3.1 定位

依照施工图的要求, 对所需植筋的部位进行定位放线。定位时, 要结合设计图纸及《混凝土结构设计规范》, 避开围护桩桩基钢筋所处位置, 以免钻孔时钻到原钢筋。

3.2 钻孔

钻孔前, 检查桩基混凝土强度, 必须达到C25以上。采用风钻钻孔, 钻孔的孔径为28mm, 深度为48cm。钻孔后的孔壁应完好, 无裂缝和蜂窝等。

3.3 清孔

钻孔完毕, 检查孔深、孔径合格后清孔。用刷子擦扫孔壁灰粉, 并用压缩空气吹净钻孔内的灰粉, 然后用丝棉临时封堵封孔口, 以防尘土、砂粒等杂物落入, 并保持钻孔内干燥。

3.4 钢筋下料、除锈

施工时, 钢筋采用9根φ20钢筋, 植入围护桩深度为48cm, 外面预留1.5m, 并弯成90度直角。

钢筋先采用钢丝刷擦除部分表面铁锈和氧化层, 然后用丙酮 (化学试剂) 除去残留油污, 经处理的钢筋应表面干净, 与化学胶粘结牢固。严重锈蚀的钢筋不能使用。

3.5 化学粘合剂灌注

施工过程中采用建立得粘结剂。拌胶前应准备好天秤等计量工具, 按结构胶所需用量提取A料和B料进行称量 (推荐重量比为100∶0.5~100∶2.0) , 然后搅拌均匀。配比好粘接剂, 用长嘴器具深入成孔底部, 通过挤压器将化学粘合剂在孔内从里到外渐渐填孔并排出空气。锚固胶填充量应保证插入钢筋后, 周边有少许胶溢出。

3.6 钢筋植入

将处理好的植筋插入孔内预定深度, 其质量关键是钢筋必须同一方向, 缓慢旋入, 以使胶粘剂与钢筋充分粘结, 并保证钢筋垂直于混凝土表面。钢筋固定后, 在胶固化前, 不能扰动钢筋, 以免影响锚固效果。

3.7 养护固化

已植入孔内的钢筋在常温下养护, 养护时间不少于24h。结构胶初凝后, 不可再用于植筋。

3.8 试验检测

植筋后, 采取千斤顶、锚具、反力架组成的系统作拉拔试验。

在固结时间满足要求后, 根据规范要求频数, 随机选取一定数量的钢筋进行拉拔试验检测, 以确定植入钢筋的锚固程度。本次植钢筋采用的频数是每一百根钢筋抽取一组 (3根) 做检测, 检验拔力为钢筋强度设计值的80%。

3.9 施工操作要点及注意事项

(1) 植筋锚固关键是清孔, 孔内清理不干净或孔内潮湿会对胶与混凝土的粘结产生影响, 降低锚固质量。

(2) 钢筋应除锈, 否则降低锚固力。

(3) 锚固胶配合比必须准确, 否则胶体凝结时间不好控制。锚固胶是化学品, 操作人员要戴好手套, 防止腐蚀双手。

(4) 钻孔过程中应探明桩基主筋, 将其避开, 不能切断原构件的主筋。