地下連續(xù)墻在明珠線換乘地道中的應(yīng)用
摘 要 介紹了地下連續(xù)墻既作為地下建筑物施工的臨時(shí)支擋結(jié)構(gòu),又作為使用階段的地下建筑物外墻的應(yīng)用案例。分析了地下連續(xù)墻在明珠線換乘地道設(shè)計(jì)過程中的計(jì)算方法。
關(guān)鍵詞 人行隧道,地下連續(xù)墻,施工設(shè)計(jì),防水設(shè)計(jì)
1 工程概況
上海軌道交通3 號(hào)線(明珠線)與軌道交通1 號(hào)線(地鐵1號(hào)線)在上海火車站實(shí)現(xiàn)換乘。上海火車站地區(qū)是上海的一個(gè)特大型公交樞紐。鐵路站場(chǎng)將車站廣場(chǎng)分割為南北兩塊,而明珠線經(jīng)過車站的北廣場(chǎng),地鐵1 號(hào)線的車站設(shè)在了南廣場(chǎng)。為使兩條線路之間的乘客方便地實(shí)現(xiàn)換乘,同時(shí)溝通南北車站廣場(chǎng)的人行交通,必須建一條地道。因此,明珠線工程包括了連接明珠線與地鐵1號(hào)線的地道工程。地道始于火車站北廣場(chǎng)下明珠線車站的地下站廳,在上海火車站站場(chǎng)的東咽喉處穿越15 股鐵道,然后在火車站南廣場(chǎng)的鐵路東行包房旁由西向東轉(zhuǎn)向地鐵1 號(hào)線的車站站廳層。設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)人流的大小,將整個(gè)地道分為兩段。一段在火車站站場(chǎng)底下,人流較密集,采用凈寬12 m, 凈高3 m 的地道,稱為主地道。主地道的北端與明珠線車站站廳層相接,南端分岔,一端連接緊靠鐵路東行包房的出入口,另一端接一段凈寬6 m, 凈高2.6 m的地道,至地鐵1 號(hào)線車站站廳層,稱為支地道。整個(gè)地道工程還包括主地道與廣場(chǎng)地面出入口之間的一小段地道和地下通風(fēng)設(shè)備機(jī)房。
上海火車站地區(qū)的地質(zhì)情況較為復(fù)雜。地道處的地質(zhì)經(jīng)地質(zhì)勘探孔揭示,地層分布如下: ① 人工填土,上部為雜填土,下部為素填土,層厚約2 m;② 粉質(zhì)粘土,褐黃色-灰黃色,可塑-軟塑,層厚約1 m; ③ 砂質(zhì)粉土,灰色,稍密,夾薄層淤泥質(zhì)粘土及粉砂,層厚約11.9 m; ④ 淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土, 灰色,流塑,層厚約7 m; ⑤ 粉質(zhì)粘土,灰色,軟塑-可塑,夾薄層粉砂,層厚約3.6 m; ⑥ 粘土,暗綠色, 可塑-硬塑,層厚約6.4 m; ⑦ 砂質(zhì)粉土,黃色,稍密-中密,未鉆透。地下水埋深2.5 m 左右,屬潛水。地道基坑范圍大部位于2～3 層砂質(zhì)粉土內(nèi), 其垂直滲透系數(shù)Kv =2.5 ×10-4cm/s, 水平滲透系數(shù)KH =1.0×10-4cm/s 。其固結(jié)快剪峰值強(qiáng)度指標(biāo)為C =6 kPa,α=30.5°。
原施工圖設(shè)計(jì)的支地道采用并列搭接的鉆孔灌注樁圍護(hù)地道基坑,明挖法施工地道。但是在具體實(shí)施時(shí),由于支地道所處位置為南廣場(chǎng)的公交樞紐,如按原方案施工,按規(guī)定的工期,正好與火車站的春運(yùn)高峰相沖突,對(duì)整個(gè)廣場(chǎng)的交通疏導(dǎo)非常不利。在考慮各方因素后,決定將支地道靠近地鐵1 號(hào)線的約70 m 地道改為逆作法施工(即地鐵車站常用的蓋挖法),先施工完成圍護(hù)結(jié)構(gòu)及地道的箱身頂板,然后再在地下開挖,完成地道的底板和內(nèi)墻。為了盡量利用作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)的地下連續(xù)墻,設(shè)計(jì)時(shí)將地道的結(jié)構(gòu)與地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)結(jié)合起來,將地下連續(xù)墻作為地道的外墻,在地道的頂?shù)装迨┕ね瓿珊?在地下連續(xù)墻內(nèi)側(cè)澆注一層內(nèi)襯墻,作為地道的使用結(jié)構(gòu)處理。
2 設(shè)計(jì)計(jì)算方法
2.1 設(shè)計(jì)方法概況
采用逆作法施工的支地道結(jié)構(gòu)計(jì)算與施工過程是密切相關(guān)的。在設(shè)計(jì)過程中,根據(jù)施工工況的不同,按施工過程中每一次獨(dú)立工況的結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)來進(jìn)行分析。由于地道所處的地基地質(zhì)條件為滲透性很好的砂質(zhì)粉土,對(duì)開挖基坑進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算后,確定地下連續(xù)墻的入土深度為14 m , 開挖深度為6 m 。
考慮到在砂質(zhì)粉土中進(jìn)行地下連續(xù)墻施工的質(zhì)量因素,還按同樣結(jié)構(gòu)的不同工況進(jìn)行了順作法施工設(shè)計(jì),以便對(duì)照和備用。
2. 2 逆作法施工設(shè)計(jì)
逆作法施工的主要工況如圖1 : 在地道基坑范圍內(nèi),施工好地下連續(xù)墻,然后開挖基坑至第一道支撐下深度為第一工況;第二工況為架設(shè)好第一道臨時(shí)鋼支撐后,開挖至地道頂板底,鋼支撐采用Φ600 mm 鋼管,鋼管兩端設(shè)牛腿支座;第三工況為澆注好地道頂板并拆除臨時(shí)鋼支撐;第四工況為恢復(fù)路面,第五工況為在地道頂板下的地下開挖一定深度的土;第六工況為架設(shè)臨時(shí)鋼支撐再挖土至地道的底板底;第七工況為澆注地道底板后拆除臨時(shí)鋼支撐;第八工況為澆注地道內(nèi)襯墻后的受力工況;第九工況為將地下連續(xù)墻外的土壓設(shè)為靜土壓后的最終受力工況。
圖1 逆作法施工工況
由于地道的結(jié)構(gòu)尺寸較小,地質(zhì)條件復(fù)雜,考慮到結(jié)構(gòu)安全,在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)根據(jù)各工況的重要性大小,對(duì)部分工況進(jìn)一步作了細(xì)化分析。如:對(duì)地道頂?shù)装迮c地下連續(xù)墻的連接方式,分別按鉸接和剛接進(jìn)行分析;考慮了溫度和混凝土收縮影響的因素;等等。
2. 3 順作法施工設(shè)計(jì)
順作法施工同樣劃分為若干工況。同逆作法施工一樣,首先澆注好地下連續(xù)墻。開挖基坑至第一道臨時(shí)鋼支撐下為第一工況;第二工況為架設(shè)第一道支撐并開挖至第二道臨時(shí)鋼支撐下;第三工況為架設(shè)第二道支撐并開挖至地道底板下;第四工況為澆注地道底板并拆除第二道支撐;第五工況為澆注地道頂板并拆除第一道支撐;第六工況為澆注內(nèi)襯墻;第七工況為回填恢復(fù)路面;第八工況為將地下連續(xù)墻外的土壓設(shè)為靜土壓后的最終受力工況。各工況見圖2。順作法施工也對(duì)重要工況進(jìn)一步進(jìn)行了細(xì)化分析。
地下連續(xù)墻的設(shè)計(jì)計(jì)算有很多方法。根據(jù)上海市的有關(guān)規(guī)范,在計(jì)算時(shí)采用了“ 桿系有限元法”。將地下連續(xù)墻劃分為若干連續(xù)的單元,把地下連續(xù)墻的內(nèi)外側(cè)土體作為彈性介質(zhì),臨時(shí)的支撐結(jié)構(gòu)僅作為邊界支座。在基坑的開挖和架撐過程中,地下連續(xù)墻內(nèi)外側(cè)的受力和變形是變化的。在計(jì)算時(shí)采用了兩種方法對(duì)整個(gè)施工過程的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。在單純軟土地基中的開挖和支撐過程的計(jì)算采用“ 總和法”,即地下連續(xù)墻每一工況的內(nèi)力和變形由本次工況的外力作用和上一工況中由于支撐變形的強(qiáng)迫位移產(chǎn)生的內(nèi)力和變形總和而成。
這種方法對(duì)比擬成梁的地下連續(xù)墻在幾何特性和力學(xué)性質(zhì)不變的情況下是合理的。但對(duì)逆作法施工及有換撐等改變結(jié)構(gòu)幾何特性和力學(xué)性能的工況,“總和法”就不再適用,應(yīng)采用非線性的“ 增量法”來計(jì)算。即當(dāng)前工況的內(nèi)力和變形用本工況外力增量疊加前一工況已有的內(nèi)力和變形后得到。對(duì)于水平荷載增量,主要由挖土和拆撐引起。一般由于挖土和拆撐引起四項(xiàng)增量: ① 開挖側(cè)靜土壓力撤消; ② 開挖面上土彈簧內(nèi)力的釋放; ③ 開挖面下土彈簧的放松引起的內(nèi)力釋放; ④ 拆撐產(chǎn)生的支點(diǎn)反力作用。
圖2 順作法施工工況
在地道設(shè)計(jì)中,分別運(yùn)用本院自編的《彈性地基平面桿系計(jì)算程序》和同濟(jì)大學(xué)地下系的《啟明星地下結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件》進(jìn)行計(jì)算,取得了相似的結(jié)構(gòu)。
3 連續(xù)墻結(jié)構(gòu)防水
由于連續(xù)墻直接作為地道結(jié)構(gòu)的外墻,因此連續(xù)墻墻幅接頭的防漏處理和連續(xù)墻砼的耐久性成為地道結(jié)構(gòu)使用壽命的關(guān)鍵。
3. 1 連續(xù)墻墻幅接縫
根據(jù)上海地區(qū)地下連續(xù)墻的設(shè)計(jì)、施工經(jīng)驗(yàn), 連續(xù)墻墻幅的接頭較多采用鎖口管或接頭箱作為槽壁的端模,墻幅之間用一字型或十字型鋼板作為連續(xù)墻的剛性連接構(gòu)件。本次設(shè)計(jì)中采用截面為圓形的鎖口管,使連續(xù)墻的槽端成為凸圓端形或凹圓端形。連接件用鋼筋替代。鎖口管要有足夠的剛度。在混凝土施工過程中微量提動(dòng)鎖口管,并應(yīng)在澆完混凝土6～8 h 內(nèi)拔除。在相臨槽段內(nèi)的連續(xù)墻施工時(shí),應(yīng)采用專用工具在鋼筋籠入槽前清刷已成墻的連續(xù)墻接縫,使接縫的混凝土接合緊密。
4. 2 連續(xù)墻砼耐久性
地道結(jié)構(gòu)的防水性要求較高,因此必須提高混凝土的抗?jié)B性。除了設(shè)計(jì)要求高標(biāo)號(hào)的防水混凝土外,在上海地區(qū)高地下水位的環(huán)境下,還采用了在混凝土中添加外加劑的辦法來提高混凝土的耐久性。可在連續(xù)墻和地道頂?shù)装寤炷林刑砑親EA 砼防水劑。這種外加劑用于地下建筑的防滲效果良好,主要作用是通過HEA 水化后產(chǎn)生的鈣礬石晶體填充混凝土毛細(xì)空隙,并能使混凝土產(chǎn)生微量膨脹,有效補(bǔ)償了混凝土的干縮和冷縮。使用方法為在水泥中內(nèi)摻6 %(等量取代水泥) 。由于該外加劑有早強(qiáng)功能,因此在使用時(shí)特別要注意拌和后的澆搗時(shí)間和澆注后的養(yǎng)護(hù),對(duì)超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)還要加設(shè)后澆帶,并進(jìn)行分倉(cāng)澆注。除以上主要防水措施外,對(duì)地道頂、底板與連續(xù)墻的施工接縫和其它施工縫,設(shè)計(jì)均考慮設(shè)膨脹橡膠止水帶防護(hù)。
4 結(jié)語
在砂性土中進(jìn)行地下連續(xù)墻施工,沉放鋼筋籠和澆注水下混凝土?xí)r一定要注意對(duì)槽壁的防護(hù),以的增量法。特別是有關(guān)換撐及內(nèi)襯結(jié)構(gòu)隨工況的免造成槽壁坍塌,影響地下連續(xù)墻的墻面質(zhì)量,進(jìn)不同而變化后,需從前后工況之間的結(jié)構(gòu)變化來考而影響逆作法施工工序。慮受力特點(diǎn)。利用地下連續(xù)墻作為外墻的最大優(yōu)
在人行地道建設(shè)中運(yùn)用地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu),通常點(diǎn)是:結(jié)構(gòu)剛度大、有良好的承載力、抗?jié)B性,且逆是將地下連續(xù)墻作為施工基坑的擋土結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)時(shí)作法、順作法均可適用,節(jié)省了工程投資。通過本僅考慮順作法施工工況,計(jì)算方法采用總和法。但工程的設(shè)計(jì),拓展了地下連續(xù)墻在城市人行地道中如將地下連續(xù)墻作為地道外墻結(jié)構(gòu),在計(jì)算時(shí)就要的運(yùn)用范圍。用考慮結(jié)構(gòu)受力過程隨受力工況的變化進(jìn)行調(diào)整
參 考 文 獻(xiàn)
1 劉建航,侯學(xué)淵. 基坑工程手冊(cè). 北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1997
2 揚(yáng)德林. 軟土工程施工技術(shù)與環(huán)境保護(hù). 北京:人民交通出版社,1999
3 DBJ08 -61 -97 基坑工程設(shè)計(jì)規(guī)程
4 DBJ08 -11 -99 地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范
