深圳地鐵科學館車站的設計與施工技術[摘要]闡述和比較了地鐵車站采用蓋挖順作、蓋挖逆作和暗挖法的技術特點,闡明了深圳地鐵科學館站采用蓋挖順作法施工的關鍵技術,并對一種新型臨時路面系統的設計與施工進行了詳細的介紹。[關鍵詞]地鐵車站;蓋挖順作法;路面系統 科學館站位于深圳市上步路與松嶺路之間、深南中路行車道下方,全長222.5ｍ,為10ｍ島式站臺,雙層雙跨(局部3跨)鋼筋混凝土框架結構。深南中路為深圳市東西向市區主干道,道路總寬度50ｍ,機動車道為8車道,寬28.5ｍ。道路兩側為大片綠化地和停車場,建筑物相距100ｍ。本標段范圍內地面已開辟為商業區,地形平坦開闊,地面標高在3.4～11ｍ,附近有深圳市委等重要部門和高層建筑。此外,地下管線種類繁多,所處位置錯綜復雜。 工程區域屬海沖積平原和臺地,地表覆第四系全新人工堆積層,海積沖積層及第四系中更新統殘積層,下伏燕山期花崗巖層。工程范圍內,地下水按賦存介質分為第四系孔隙潛水和基巖裂隙水。地下水埋深2.2～5.1ｍ,水位變幅0.5～1.0ｍ,車站范圍內無砂層,粘性土層具弱透水性。1車站設計方案比選 科學館站初步設計方案有3種:①暗挖法;②蓋挖半逆作法;③蓋挖順作法。 暗挖法施工主要工序為:工序1 人工開挖導洞并支護后,在洞內開挖中樁和側墻圍護樁,澆注底縱梁、中柱、頂縱梁,灌注側墻圍護樁及樁頂縱梁。工序2 施作拱頂超前短管棚,錨噴支護,完成拱部初期支護;開挖下半斷面至中板面;安裝第1道鋼支撐,施工中板側墻錨噴支護。工序3 開挖至基坑底,施作側墻及基底墊層,由下至上鋪設防水層,模筑框架結構,拆鋼支撐。 蓋挖半逆作法施工主要工序為:工序1 施工一側人工挖孔樁,再施工中間臨時立柱,開挖基坑至頂板底面,澆注半幅頂板后,恢復路面。工序2 施工另一側人工挖孔樁,開挖基坑至頂板底面,澆注半幅頂板后,恢復路面。在頂板下開挖基坑土方,采用順筑法施工底板、側墻、中板。3種工法的技術特點比較如表1所示。
從上面分析可見,蓋挖順作法對地面交通影響不大,工期較短,能保證主體結構防水質量、減小管線遷移,施工安全度比暗挖法有較大提高,防水效果好,成本較省。最后確定車站采用蓋挖順作法施工。2 車站臨時路面系統的設計與施工2.1車站臨時路面系統的優化 科學館站臨時路面系統原設計如圖1所示。經過比較論證,臨時路面系統變更采用20ｍ跨六四式加強型軍用簡支梁,如圖2所示。2.2車站軍用梁臨時路面系統的設計 六四加強型軍用梁在基坑上橫向布置,作為基坑臨時路面梁,間距2ｍ,跨徑20ｍ,共計111片,軍用梁如圖3所示。軍用梁之間于兩端和中部設置縱向聯結系梁,另設置縱向斜桿聯結系梁,以加強主梁整體穩定和沿基坑縱向的剛度。除中部縱向聯結系梁為適應本設計而作的特別設計外,其余縱向聯結構件均為軍用梁系列定型產品。路面板兩端擱置在軍用梁上弦桿上緣上,采用Ｕ形螺栓壓板聯結,軍用梁下弦桿端部與冠梁頂緊,作為基坑圍護的第1道支撐,如圖4所示。2.3車站圍護結構與臨時路面系統的施工 科學館站圍護結構為人工挖孔樁,共計506根,其中主體圍護樁407根,出入口及風道圍護樁9根。結合交通疏解,圍護樁共分4階段施工。 第1階段,將北側人行道拓寬4.25ｍ作為行車道,占用南側3車道(寬11.25ｍ)及人行道,東西向長230ｍ。施工。 第1階段,將北側人行道拓寬4.25ｍ作為行車道,占用南側3車道(寬11.25ｍ)及人行道,東西向長230ｍ。施工南側主體圍護樁、出入口及風道圍護樁、出入口及風道路面系統。第2階段,將南側人行道拓寬4.25ｍ作為行車道,占用北側3車道(寬11.25ｍ)及人行道,東西向長230ｍ,施工北側主體圍護樁、出入口及風道圍護樁、出入口及風道路面系統。第3階段,占用北側主體圍護樁以南11.5ｍ寬道路,施工北半幅軍用梁、臨時路面系統及車站東西端頭樁。第4階段,占用南側主體圍護樁以北11.5ｍ寬道路,施工南半幅軍用梁、臨時路面系統及車站東西端頭樁。3 車站主體結構的施工3.1車站土方的開挖 車站設計采用蓋挖順作法施工,出入口通道斜坡段采用明挖施工。車站施工時,可利用風亭、風道和出入口作為施工出土、進料通道?？茖W館站主體土方東西向長222.5ｍ,南北向寬18.9ｍ,開挖深度16.8ｍ,土方總量7萬ｍ3。由南側3、4號風道作為主要出土口,分3個階段施工。 第1階段,施工與軍用梁安裝同步進行,用機械開挖地面以下2ｍ范圍內土方;第2階段,開挖地面以下2～9ｍ范圍內土體,開挖底面線為中板(即3、4號風道面)標高,由地面修筑25%斜坡道進入,本階段土方運輸機械位于中板(風道)面,由車站兩端向中央同時進行;第3階段,施工地面以下9～16.8ｍ范圍內土體。本階段土方運輸機械仍位于中板(風道)面處,機械由下向上倒土,本階段土方屬蓋挖,由車站中央向兩端同時進行并可與主體結構混凝土澆筑平行流水作業。為了保證施工安全,位于中板頂1ｍ處的鋼支撐要隨本階段土方施工跟進安裝,土方開挖與鋼支撐水平安裝距離不得大于3ｍ。3.2車站主體結構的澆灌 按照避開預留洞口和結構立柱、縱向梁彎矩最小的原則,將車站主體結構分為20個施工段,最長施工段14.6ｍ,最短施工段8ｍ,平均長11ｍ。施工次序由中間向兩端以2個工作面同時作業、由下向上依次澆筑結構底板→站臺層側墻→中板→站廳層側墻→頂板。為優化資源配置,縮短工期,主體結構要形成立體流水施工。3.3機械配置 在軍用梁節點下,安裝4臺5ｔ電動葫蘆,承擔鋼支撐安裝,鋼筋、模板等材料運輸作業。主體結構混凝土澆灌在地面安裝混凝土輸送泵,通過出入口鋪設輸送管送入。材料設備由4個出入口輸入,土方由2個風道送出,形成復雜的作業循環。3.4防水與堵漏 科學館站主體結構防水等級為一級,遵循“以防為主、防排結合、剛柔相濟、多道防線、因地制宜、綜合治理”的原則,以結構自防水為主,外防水為輔。施工關鍵一是處理好圍護結構的滲漏;二是提高混凝土的抗裂、抗滲性能,處理好施工縫、變形縫。 在進行車站主體結構施工時,部分樁間有滲水現象。為了保證防水工程質量,須先進行防水處理,幾種有針對性的治理方法為:①對單點漏水,水頭壓力不大的,可采用堵漏靈直接封堵;②對單點漏水,水頭壓力較大的,可先采用導流管將水引出,用堵漏靈封堵導流管四周,待堵漏靈達強度后,用木楔打入導流管,后用堵漏靈封堵表面;③對大面積慢滲水,無明顯水頭且滲水較小的,采用無機鹽防水劑直接涂抹;④對大面積滲水,有明顯水頭且滲水量較大的,采用埋設導流管將水流匯集,封堵滲水面并埋設注漿管,待封堵材料達強度后,注入水溶性聚氨酯防水劑。3.5 防止裂紋的技術措施 科學館站主體結構全長222.5ｍ,無縱向變形縫,防止主體結構混凝土產生裂縫就至關重要。主要措施為:①將車站主體結構分為20個施工段,每個施工段長度不大于15ｍ;②“雙摻”即在混凝土內摻入粉煤灰、減水劑,減少混凝土的干縮;③控制混凝土的入模溫度≤28℃,夏季施工要采取必要的降溫措施,如夜間澆筑、澆水降溫等;④加強混凝土施工過程的控制,保證混凝土的搗固質量;⑤加強后期混凝土的養護,保證養護時間≥14ｄ。4監控量測 加強險情預報,用準確的數據指導施工,是地下工程信息化施工的重要環節。本工程主要監控項目為:①地下水位監測 沿線路方向在深南大道南北側綠化地內打設8口管井(管徑80ｍｍ,井深20ｍ),定期測量水位標高,建立地下水位動態表。②地表沉降監測 在深南大道南北側人行道以及重點建筑物布置沉降觀測點,定期測量標高,根據各點沉降量及沉降速率確定主體及地下管線是否安全。③基樁土壓力監測 在圍護樁護壁外側迎土面埋設土壓力盒,監控土壓力變化。④水壓力監測 在圍護樁護壁外側迎土面埋設水壓力計,監測水壓力變化。⑤圍護樁鋼筋應力監測 在圍護樁主要受力筋上焊接鋼筋應力計,測量圍護樁受力情況。⑥圍護樁傾斜度監測 在圍護樁內埋設Ф80ｍｍ測斜管,用測斜儀測量圍護樁的傾斜度。⑦鋼支撐、軍用梁軸力監測在鋼支撐和軍用梁上安裝軸力計,測量軍用梁和鋼支撐的軸力變化情況。5 結語 (1)該工程現已順利竣工,工程實踐表明,在城市繁華地段修造地鐵車站,采用蓋挖順作法既能滿足交通和環境要求,又能確保車站的防水和使用功能,在不斷發展的地鐵工程施工中將得到廣泛應用。 (2)優化臨時路面系統的結構,應著眼于減少施工干擾,提高路面系統的穩固性,降低造價;同時,要加強對路面系統的維修、養護,確保安全。 (3)優化施工流程和工藝,提高機械化、組織立體(流水)作業,是加快施工進度、降低成本的主要途徑。參考文獻:[1] 侯學淵,錢達仁,楊林德,等.軟土工程施工新技術[Ｍ].合肥:安徽科學技術出版社,1999 [2] 中交公路規劃設計院.ＪＴＪ021 89 公路橋涵設計通用規范[Ｓ].北京:人民交通出版社,2001.[3] 建設部城市建設研究院.ＣＪＪ77 98 城市橋梁設計荷載標準[Ｓ].北京:中國建筑工業出版社,1998.[4] 中國鐵道建筑總公司.六四式 加強型六四式軍用梁鐵路軍用梁手冊(增訂版)[Ｍ].北京:中國鐵道建筑總公司,1998
從上面分析可見,蓋挖順作法對地面交通影響不大,工期較短,能保證主體結構防水質量、減小管線遷移,施工安全度比暗挖法有較大提高,防水效果好,成本較省。最后確定車站采用蓋挖順作法施工。2 車站臨時路面系統的設計與施工2.1車站臨時路面系統的優化 科學館站臨時路面系統原設計如圖1所示。經過比較論證,臨時路面系統變更采用20ｍ跨六四式加強型軍用簡支梁,如圖2所示。2.2車站軍用梁臨時路面系統的設計 六四加強型軍用梁在基坑上橫向布置,作為基坑臨時路面梁,間距2ｍ,跨徑20ｍ,共計111片,軍用梁如圖3所示。軍用梁之間于兩端和中部設置縱向聯結系梁,另設置縱向斜桿聯結系梁,以加強主梁整體穩定和沿基坑縱向的剛度。除中部縱向聯結系梁為適應本設計而作的特別設計外,其余縱向聯結構件均為軍用梁系列定型產品。路面板兩端擱置在軍用梁上弦桿上緣上,采用Ｕ形螺栓壓板聯結,軍用梁下弦桿端部與冠梁頂緊,作為基坑圍護的第1道支撐,如圖4所示。2.3車站圍護結構與臨時路面系統的施工 科學館站圍護結構為人工挖孔樁,共計506根,其中主體圍護樁407根,出入口及風道圍護樁9根。結合交通疏解,圍護樁共分4階段施工。 第1階段,將北側人行道拓寬4.25ｍ作為行車道,占用南側3車道(寬11.25ｍ)及人行道,東西向長230ｍ。施工。 第1階段,將北側人行道拓寬4.25ｍ作為行車道,占用南側3車道(寬11.25ｍ)及人行道,東西向長230ｍ。施工南側主體圍護樁、出入口及風道圍護樁、出入口及風道路面系統。第2階段,將南側人行道拓寬4.25ｍ作為行車道,占用北側3車道(寬11.25ｍ)及人行道,東西向長230ｍ,施工北側主體圍護樁、出入口及風道圍護樁、出入口及風道路面系統。第3階段,占用北側主體圍護樁以南11.5ｍ寬道路,施工北半幅軍用梁、臨時路面系統及車站東西端頭樁。第4階段,占用南側主體圍護樁以北11.5ｍ寬道路,施工南半幅軍用梁、臨時路面系統及車站東西端頭樁。3 車站主體結構的施工3.1車站土方的開挖 車站設計采用蓋挖順作法施工,出入口通道斜坡段采用明挖施工。車站施工時,可利用風亭、風道和出入口作為施工出土、進料通道?？茖W館站主體土方東西向長222.5ｍ,南北向寬18.9ｍ,開挖深度16.8ｍ,土方總量7萬ｍ3。由南側3、4號風道作為主要出土口,分3個階段施工。 第1階段,施工與軍用梁安裝同步進行,用機械開挖地面以下2ｍ范圍內土方;第2階段,開挖地面以下2～9ｍ范圍內土體,開挖底面線為中板(即3、4號風道面)標高,由地面修筑25%斜坡道進入,本階段土方運輸機械位于中板(風道)面,由車站兩端向中央同時進行;第3階段,施工地面以下9～16.8ｍ范圍內土體。本階段土方運輸機械仍位于中板(風道)面處,機械由下向上倒土,本階段土方屬蓋挖,由車站中央向兩端同時進行并可與主體結構混凝土澆筑平行流水作業。為了保證施工安全,位于中板頂1ｍ處的鋼支撐要隨本階段土方施工跟進安裝,土方開挖與鋼支撐水平安裝距離不得大于3ｍ。3.2車站主體結構的澆灌 按照避開預留洞口和結構立柱、縱向梁彎矩最小的原則,將車站主體結構分為20個施工段,最長施工段14.6ｍ,最短施工段8ｍ,平均長11ｍ。施工次序由中間向兩端以2個工作面同時作業、由下向上依次澆筑結構底板→站臺層側墻→中板→站廳層側墻→頂板。為優化資源配置,縮短工期,主體結構要形成立體流水施工。3.3機械配置 在軍用梁節點下,安裝4臺5ｔ電動葫蘆,承擔鋼支撐安裝,鋼筋、模板等材料運輸作業。主體結構混凝土澆灌在地面安裝混凝土輸送泵,通過出入口鋪設輸送管送入。材料設備由4個出入口輸入,土方由2個風道送出,形成復雜的作業循環。3.4防水與堵漏 科學館站主體結構防水等級為一級,遵循“以防為主、防排結合、剛柔相濟、多道防線、因地制宜、綜合治理”的原則,以結構自防水為主,外防水為輔。施工關鍵一是處理好圍護結構的滲漏;二是提高混凝土的抗裂、抗滲性能,處理好施工縫、變形縫。 在進行車站主體結構施工時,部分樁間有滲水現象。為了保證防水工程質量,須先進行防水處理,幾種有針對性的治理方法為:①對單點漏水,水頭壓力不大的,可采用堵漏靈直接封堵;②對單點漏水,水頭壓力較大的,可先采用導流管將水引出,用堵漏靈封堵導流管四周,待堵漏靈達強度后,用木楔打入導流管,后用堵漏靈封堵表面;③對大面積慢滲水,無明顯水頭且滲水較小的,采用無機鹽防水劑直接涂抹;④對大面積滲水,有明顯水頭且滲水量較大的,采用埋設導流管將水流匯集,封堵滲水面并埋設注漿管,待封堵材料達強度后,注入水溶性聚氨酯防水劑。3.5 防止裂紋的技術措施 科學館站主體結構全長222.5ｍ,無縱向變形縫,防止主體結構混凝土產生裂縫就至關重要。主要措施為:①將車站主體結構分為20個施工段,每個施工段長度不大于15ｍ;②“雙摻”即在混凝土內摻入粉煤灰、減水劑,減少混凝土的干縮;③控制混凝土的入模溫度≤28℃,夏季施工要采取必要的降溫措施,如夜間澆筑、澆水降溫等;④加強混凝土施工過程的控制,保證混凝土的搗固質量;⑤加強后期混凝土的養護,保證養護時間≥14ｄ。4監控量測 加強險情預報,用準確的數據指導施工,是地下工程信息化施工的重要環節。本工程主要監控項目為:①地下水位監測 沿線路方向在深南大道南北側綠化地內打設8口管井(管徑80ｍｍ,井深20ｍ),定期測量水位標高,建立地下水位動態表。②地表沉降監測 在深南大道南北側人行道以及重點建筑物布置沉降觀測點,定期測量標高,根據各點沉降量及沉降速率確定主體及地下管線是否安全。③基樁土壓力監測 在圍護樁護壁外側迎土面埋設土壓力盒,監控土壓力變化。④水壓力監測 在圍護樁護壁外側迎土面埋設水壓力計,監測水壓力變化。⑤圍護樁鋼筋應力監測 在圍護樁主要受力筋上焊接鋼筋應力計,測量圍護樁受力情況。⑥圍護樁傾斜度監測 在圍護樁內埋設Ф80ｍｍ測斜管,用測斜儀測量圍護樁的傾斜度。⑦鋼支撐、軍用梁軸力監測在鋼支撐和軍用梁上安裝軸力計,測量軍用梁和鋼支撐的軸力變化情況。5 結語 (1)該工程現已順利竣工,工程實踐表明,在城市繁華地段修造地鐵車站,采用蓋挖順作法既能滿足交通和環境要求,又能確保車站的防水和使用功能,在不斷發展的地鐵工程施工中將得到廣泛應用。 (2)優化臨時路面系統的結構,應著眼于減少施工干擾,提高路面系統的穩固性,降低造價;同時,要加強對路面系統的維修、養護,確保安全。 (3)優化施工流程和工藝,提高機械化、組織立體(流水)作業,是加快施工進度、降低成本的主要途徑。參考文獻:[1] 侯學淵,錢達仁,楊林德,等.軟土工程施工新技術[Ｍ].合肥:安徽科學技術出版社,1999 [2] 中交公路規劃設計院.ＪＴＪ021 89 公路橋涵設計通用規范[Ｓ].北京:人民交通出版社,2001.[3] 建設部城市建設研究院.ＣＪＪ77 98 城市橋梁設計荷載標準[Ｓ].北京:中國建筑工業出版社,1998.[4] 中國鐵道建筑總公司.六四式 加強型六四式軍用梁鐵路軍用梁手冊(增訂版)[Ｍ].北京:中國鐵道建筑總公司,1998
