蓋—暗挖法相結合施工方案在地鐵工程中應用

杜 磊

1 概述

自1863年世界上第一條地下鐵道在英國倫敦開通以來,地鐵作為一種強有力的公共交通工具,已成為大城市交通發展客觀規律的必然產物。世界各大城市為了解決城市交通問題都對地下鐵道寄予厚望。地鐵建設的發展過程也已向人們證明:施工方案對結構形式的確定和地鐵土建工程造價有著決定性的影響,這就要求確定出最合理的施工方案。

地鐵施工方案的確定,主要受站址工程地質和水文地質條件、周圍環境條件、地鐵的功能要求、隧道埋置深度和開挖寬度及工程造價等多種因素制約,同時也會對施工期間的地面交通和對城市的正常生活、工期、工程的難易程度等發生直接影響。

我國地鐵的施工方案從無到有,結合中國國情,先后采用了明挖法、暗挖法、蓋挖法、盾構法、沉管法等施工技術。

2 某地鐵工程施工方案比選

2.1 工程概況

某地鐵車站為地下三層兩跨(局部三跨)島式站臺,共設四個出入口,兩個風道。其北風道與車站北端頭井地下一層相接,盾構法施工的區間隧道與北端頭井地下三層相接,處于某寫字樓和廣告牌之間,位于區間隧道正上方。由于場地狹窄,寫字樓和風道施工時在場地占用上相互影響。結合現狀條件,為減少干擾,確保施工過程中廣告牌穩定和作業安全,同時盡可能地給雙方施工提供必要的作業條件,應用一種切實可行的施工方法迫在眉睫。

2.2 施工方案比選

1)明挖法。明挖法施工投資較少,但因場地狹窄,東西兩側和結構上方都不具備機械作業條件,風道北端也無法提供場地,僅從風道南端施工相當困難。且敞口施工時與達義主體施工和裝修同時進行,在場地占用上無法滿足,基坑上方和基坑內交叉施工安全隱患較大。

2)暗挖法。暗挖法投資較大,開挖支護引起的沉降變形不利達義廣告牌安全。

3)蓋挖法。蓋挖法能解決占地沖突,節省工程投資,縮短施工工期,但有一定的施工風險。

4)蓋—暗挖法相結合的施工方法。蓋—暗挖法相結合的施工方法能解決占地沖突,能充分利用車站端頭井作為北風道施工豎井,綜合投資相對較低,基坑、廣告牌安全也易于保證,而且在很大程度上能避免交叉施工帶來的安全隱患。

經綜合分析論證,該地鐵車站北風道結構施工方案選擇為在區間完成后采用蓋—暗挖法相結合的施工方案。結合降水措施,風道基坑圍護結構采用鉆孔灌注樁,基坑內設置橫向鋼格柵。風道主體為現澆鋼筋混凝土箱形框架結構,結構外設置外包防水層。

3 蓋—暗挖法相結合的施工方法的結構技術特點

1)永久結構是位于地下的矩形鋼筋混凝土框架結構。就結構類型而言,蓋—暗挖法相結合施工的地鐵結構同采用明挖法施工的地鐵結構一樣,其永久結構仍然是位于地下的矩形鋼筋混凝土箱形框架結構。就分部而言,其結構頂板主要采用就地模筑簡支梁結構形式,在施工階段頂板兼作地上道路的基礎,頂板暫時支承在基坑兩側的圍護結構上。2)基坑的圍護結構不僅起著臨時護壁的作用,而且起著支承頂板(承受豎向荷載)和作為側墻的一部分(承受水平荷載)的作用。3)蓋—暗挖法相結合的施工方法比傳統的蓋挖法降低了施工風險,比傳統的暗挖法不但縮短了施工工期,而且節約了大量工程投資。

4 蓋—暗挖法相結合的施工方法在雙井站北風道的應用

4.1 圍護結構設計

蓋—暗挖法相結合施作的基坑圍護結構不僅起著臨時護壁的作用,而且起著支承結構頂板(承受豎向荷載)和作為側墻的一部分(承受水平荷載)的作用。圍護樁的設計除按一般深基坑計算軟件計算外,還需考慮樁底地基承載力的驗算,此處不再贅述。

4.2 主體結構設計

本工程在設計過程中分兩個不同的施工階段,用有限元分析法采用兩種荷載—結構模型對結構進行分析計算。

1)頂板施工階段計算模型簡圖(見圖1)。a.此階段頂板兩端簡支在圍護結構冠梁上。b.沿風道縱向取1 m作為一個計算單元。

2)使用階段計算模型簡圖(見圖2)。a.本模型用于使用階段,沿風道縱向取1 m作為一個計算單元。b.彈性地基對底板的反力用只受壓彈簧模擬。c.圍護結構與側墻間用只受壓桿件模擬。d.底板以下圍護結構與地基的作用用彈簧模擬。

4.3 防水設計

蓋—暗挖法相結合施作的基坑防水做法除頂板與側墻轉角處外(見圖3),其余各處均同明挖法施工的地鐵基坑。

5 結語

1)在一些大中型城市中,地鐵站址周邊環境日趨復雜,合理的選擇和創造性的使用一些新的地鐵施工方法將顯得越發重要。2)多種施工方法的合理組合,能夠最大限度的為業主縮短工程施工時間,節約投資,降低工程施工風險。3)經實踐表明,本工程中所采用的蓋—暗挖法相結合的施工方案設計和施工是成功的,其安全性是可靠的、技術是可行的、經濟是合理的,為以后的地鐵施工方案選擇提供了借鑒與新的思路。

[1]陸傳波,張明聚,曹水群,等.北京地鐵4號線西單站施工方案比選[J].北京工業大學學報,2007(2):35-37.

[2]GB 50157-2003,地鐵設計規范[S].

[3]胡達遠.隧道工程淺埋暗挖法的施工技術[J].山西建筑,2008,34(18):331-332.