分析地下4层盖挖逆作地铁车站设计要点

2022-11-23

一、引言

在地铁车站建设中, 盖挖逆作法是经常应用到的一种方式, 其具体方式, 即在对地面顶板以及竖向支撑进行修筑后, 按照从上到下的方式从地面下方以分层的方式对土方进行开挖, 该方式在管线变形控制、周边建构筑物风险控制以及交通导改方面具有较好的应用效果, 且受天气影响较小。就目前来说, 我国地下2层车站经常对该方式进行使用, 而对于地下4层车站, 在实际该技术应用当中则存在一定的不同, 且难度也更大, 这也正是我们研究的内容。

二、工程概述

我国某城市地铁站, 为该城市地铁1、2号线的换乘站, 站台宽度13m, 两个站点按照斜交T型方式换成。受到下部河流以及市政隧道的影响, 该车站具有较大的埋深。其中, 1号线为地下4层站设计, 标准段基坑深度32m, 宽度22m。2号线部分为地下3层站设计, 标准段基坑深度23m, 宽度22m。两条线同期建设, 同步施工。从周边环境及地质角度来看, 该站点基坑属于临河、紧邻高层建筑、深大且具有复杂工程地质条件的基坑。为了在对基坑变形情况进行控制的基础上保障环境安全, 在经过专家论证以及多轮方案比选之后, 对盖挖逆作施工方式进行了选择, 使用地下连续墙作为该站的围护结构。

三、设计重点问题

对于地下4层盖挖逆作车站结构来说, 其同地下2层盖挖逆作车站相比具有更为复杂的特征, 设计难度也更大。在实际工程设计中, 需要做好解决的问题有:

第一, 地下4层车站具有较大的基坑深度以及较大的地下水浮力, 仅仅依靠自重难以满足抗浮要求。在逆作车站设计中, 其中间立柱以及围护结构需要同时作为抗浮桩进行使用, 在具体设计节点构造时需要同时做好使用阶段受拉以及施工阶段受压情况的考虑;

第二, 在地下2层车站中, 其在实际对逆作法进行使用时, 在侧墙同顶板交接位置, 侧墙在施工阶段仅仅需要对1层侧墙以及楼板的荷载进行悬挂。同其相比, 地下4层车站在同样的位置具有3层侧墙以及楼层的荷载, 同地下2层车站相比受到更大的弯矩以及拉力, 在实际设计中, 如何对该问题进行解决也是一项关键性内容;

第三, 同地下2层车站相比, 地下4层车站的钢管柱计算长度约为其2倍, 在实际设计中, 如何在做好钢管柱尺寸控制的基础上对建筑布置需求进行满足, 同时保证具有足够的承载力也是实际设计当中的重点问题;第四, 具有更长的钢管柱长度以及更深的基坑深度, 钢管柱施工误差将直接对结构使用功能以及受力安全产生影响, 对此, 如何做好施工误差的控制也可以说是一项重点内容。

四、施工设计要点

(一) 复合墙选用

通常情况下, 同复合墙车站相比, 叠合墙车站在综合造价方面稍低, 但该方式具有较大的施工难度, 无法保证施工质量, 并因此存在较多的薄弱环节。首先, 该方式在施工中在钢筋接驳器预留方面具有较大的难度, 在结构板钢筋对接方面难度较大, 且接缝位置无法对钢筋连接器进行预留;其次, 边节点接缝位置可能存在的漏水情况也将对钢筋造成腐蚀, 边墙具有较多的裂缝, 很可能因此导致渗漏问题的发生。且后期具有较大的堵水费用, 具有较高的维护成本。考虑到该站特点, 其处于临河位置, 具有较高的地下水位且具有一定的承压性, 含水层为粉砂层, 具有较大的透水性, 综合考虑后, 通过复合墙结构的应用在防水质量方面的表现更佳, 并最终对复合墙结构进行使用。

(二) 顶板连续墙连接

在该站点中, 其在地连墙施工阶段具有着竖向构件的作用, 即需要对施工过程中的竖向荷载进行承担, 永久工况同时需要作为抗浮桩进行使用。为了能够对这两个功能进行实现, 在实际地连墙施工时则对预留顶板的“隼接凹槽”方式进行了使用, 在凹槽内部通过钢板的预埋实现局部受压问题的解决。

(三) 顶板侧墙交接

在侧墙顶部位置, 其将受到非常大的压力, 具体压力值要远远大于地下2层车站, 且在弯矩方面也更大, 对于该种情况, 仅仅通过对配筋进行增加的方式则很难对施工拉弯受力问题进行解决。在对地连墙同顶板连接情况进行参考的基础上, 对通过地下连续墙混凝土保护层预留楼板的“隼接凹槽”方式进行了应用, 为了更好的对局部受压要求以及凹槽质量进行满足, 在凹槽的上方以及下方位置对70×70mm的角钢进行了设置, 要求在绑扎钢筋笼时通过方木以及泡沫板的使用做好该凹槽的填充, 避免便于后期的凿除处理。

同时, 对于车站主体侧墙风道以及出入口位置开一个大洞, 在保证楼板能够插入到凹槽的基础上使洞口下部墙体能够在楼板上悬挂, 不仅整个处理过程简单方便, 且具有较好的处理效果, 能够有效避免发生漏水以及开裂的问题。

(四) AM可视旋挖灌注桩

在该站点位置, 其受到上部道路下穿桥标高方面的影响, 在实际施工中顶板所具有的覆土层较厚, 并因此在实际施工中钢管柱桩基具有较大的竖向承载力, 具体在11800至13400k N之间。在正常情况下, 车站顶板上方的局部覆土厚度仅仅为1m, 桩基础则同时具有着抗拔桩作用, 所具有的抗拔承载力在14200-17000k N之间。在该种情况下, 如何对普通的扩底桩基进行使用, 则难以保证实际的扩底效果。在经过充分的调查后, 在该站点钢管柱桩基础位置对AM可视旋挖灌注桩进行了使用, 对于该桩来说, 其在实际应用中对全液压电脑管理可视方式进行了应用, 即通过魔力铲斗对直桩进行挖掘之后, 即可以通过全液压扩底魔力铲的使用对相应部位进行扩大。之后, 操作人员即可以根据设计要求将扩底形状以及数据输入到电脑当中进行操作, 对于扩底部位、桩底端深度、尺寸等数据等即能够通过检测装置在操作室内部的监视器进行显示, 即对整个过程的可视化施工进行实现, 有效保障具体的施工质量。AM桩该特性的存在, 则在实际设计时在中风化岩层中进行两次扩底处理, 将桩长优化到了21-25m, 同普通方式相比, 单桩长度具有33%的缩短, 且具有30%混凝土材料使用量的减少, 有效的降低了单桩造价。

(五) HPE液压垂直钢管柱

对于常规钢管柱施工方式来说, 其在实际安装施工中, 需要人员能够下到孔底凿除混凝土、安装定位器, 在此过程当中具有较多不安全因素的存在, 且单根钢管柱施工周期较长, 通常在10-20d之间, 不仅将对车站工期产生影响, 且具有较高的施工成本。而对于HPE液压初值钢管柱工艺来说, 其根据二点定位原理对HPE液压垂直插入机就进行使用, 将机身液压以垂直的方式插入到装置当中, 在浇筑支承桩混凝土、混凝土材料初凝之前, 将底端为封闭的额钢管柱以垂直的方式插入到混凝土当中, 插入到设计标高为止。

在该工艺具体应用中, 整体对机械化作业进行了使用, 并不需要通过人工的方式对定位器进行安装, 对人为因素进行了有效的减少, 在将钢管柱插入到混凝土材料顶面后, 即可以根据管柱下部位移传感器的应用将相关信号传输到电脑上, 以此对钢管柱的垂直度进行检测, 保证其在插入的垂直度方面能够对要求进行满足, 能够有效保障施工质量。该工程在对该方式进行应用后, 在完成钢管柱施工、进行检测后发现, 其偏位值在1/500以内, 在保证工程质量的同时有效缩短了施工工期。