地鐵車站鋼支撐施工技術(shù)研究—以鄭州地鐵 11號線火車站站為例

中鐵七局集團(tuán) 鄭州工程有限公司 趙 凱

地鐵車站鋼支撐施工技術(shù)研究—以鄭州地鐵 11號線火車站站為例

中鐵七局集團(tuán) 鄭州工程有限公司 趙 凱

地鐵車站基坑施工質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到地鐵車站的施工安全，在基坑施工過程中，基坑的支護(hù)及支撐結(jié)構(gòu)在保證基坑的穩(wěn)定性方面起著至關(guān)重要的作用。在地鐵車站建設(shè)過程中，對于鋼支撐加工和拼接質(zhì)量、安裝與拆除安全注意事項(xiàng)、支撐預(yù)加軸力施工技術(shù)等都有嚴(yán)格要求，本文，筆者以鄭州地鐵1號線火車站站為例，對鋼支撐的布置、假設(shè)和拆除等施工過程進(jìn)行了探討，以期對同行有所參考。

一、工程概況

鄭州市軌道交通1號線火車站站（鄭州火車站西出口配套軌道交通工程）是火車站西出口改造工程的重要組成部分，包括車站主體工程及其附屬工程。車站位于鄭州火車站西站房站前廣場地下，為地下3層島式車站，地下1層為站前廣場地下停車場，地下2層為地鐵廳，地下3層為站臺層，總建筑面積11 071.4 m2。車站主體結(jié)構(gòu)采用明挖施工、樁錨聯(lián)合支護(hù)的施工方法，基坑挖深約20 m，圍護(hù)樁樁徑1.0 m、樁間距1.2 m，嵌入下部土層不少于13 m。該工程場地西緊鄰太和路，太和路西側(cè)為居民區(qū)，房屋修建年代較早。北側(cè)為火車站西廣場已拆遷區(qū)，較空曠；南側(cè)西廣場地下一層停車場正在施工；東端緊鄰國鐵北出站廳，距鐵路既有貨線坡腳35 m，東端端頭部分地基噴射攪拌樁已加固；東南角新建國鐵西站房采用35～44 m鉆孔樁基礎(chǔ)，距Ⅱ號出入口15.7 m，距車站主體結(jié)構(gòu)約20 m。

二、鋼支撐布置形式

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，基坑共設(shè)兩道鋼支撐，兩道鋼支撐均采用壁厚16 mm的Φ609鋼管支撐，鋼圍囹?yàn)殡p拼I45c工字鋼。鋼支撐豎向間距均在5 m左右，鋼支撐直撐水平間距從2.3 m到3.0 m不等，斜撐沿車站軸線方向水平間距從1.7 m到2.4 m不等。該基坑以“分段分層、由上而下、及時支撐”為施工原則，由基坑西側(cè)和東側(cè)各分四段開挖和支撐。鋼支撐局部平面布置如圖1所示。

圖 1 鋼支撐局部平面布置

三、鋼支撐施工技術(shù)

1.施工過程。做好施工前準(zhǔn)備工作，先對基坑進(jìn)行降水，進(jìn)行冠梁及混凝土撐施工；再按“開挖土方→安裝牛腿→拼裝腰梁→安裝第一道鋼支撐→支撐加力”的順序施工，這一施工順序進(jìn)行兩次，最后開挖土方至基底。

2.鋼圍囹加工。該車站鋼圍囹采用雙拼I45c工字鋼加工。為確保其整體性，在工字鋼迎土面及背土面設(shè)置加強(qiáng)鋼板，兩節(jié)鋼圍囹之間采用12 mm厚鋼板焊接，確保鋼圍囹整體剛度。

3.斜撐支座安裝。斜支撐的架設(shè)最為關(guān)鍵，其支座采用30 mm厚加勁肋板和20 mm鋼板制作斜撐鋼墊箱，鋼墊箱雙面焊接在鋼圍囹上，形成整體斜支座。

4.鋼支撐拼接。采用壁厚16 mm的Φ609的鋼管作為鋼支撐，鋼支撐由固定端頭、中間節(jié)、活動端頭組成。各段之間采用12孔法蘭盤連接，鋼支撐按照設(shè)計(jì)長度預(yù)先拼接完成，需進(jìn)行架設(shè)時，采用25 t吊車配合龍門吊整體吊裝架設(shè)。鋼支撐拼裝如圖2所示。

四、鋼支撐架設(shè)步驟及施工控制措施

1.鋼支撐架設(shè)步驟。冠梁和第一道混凝土支撐施工完成并達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，方可開挖土方，每開挖到鋼支撐中心線下約1 m處時架設(shè)鋼支撐。鋼支撐由固定端、活動端和中間接頭組成，在基坑外空曠場地內(nèi)拼接，拼接時下墊鋼軌進(jìn)行抄平；拼接后，支撐要平順，焊接質(zhì)量要達(dá)到設(shè)計(jì)要求，法蘭拴接牢固。拼裝完成后用汽車吊吊放到基坑中間平臺，并配合龍門吊往坑內(nèi)托架上吊放。鋼支撐吊放就位后，將固定端焊接于鋼墊板上，活動端用千斤頂施加預(yù)加力，打入鋼楔塊填塞。至此，完成單根鋼支撐的安裝吊放。

（1）加強(qiáng)抽查和指導(dǎo)。支撐、鋼圍囹加工過程中必須派專業(yè)結(jié)構(gòu)工程師進(jìn)行不定期抽查和指導(dǎo)，確保支撐的加工質(zhì)量和焊縫要求，鋼支撐預(yù)加力后，在土方開挖和結(jié)構(gòu)施工過程中做好監(jiān)測工作，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)及時采取補(bǔ)救措施。

（2）做好架設(shè)支撐。開挖時必須及時架設(shè)支撐，在支撐位置挖出來之后，迅速支撐，并及時按設(shè)計(jì)值施加預(yù)應(yīng)力。

首先，支撐架設(shè)前，依據(jù)設(shè)計(jì)事先在墻面（鋼圍囹）上標(biāo)出支撐位置。鋼圍囹架設(shè)前，先在支撐端面中心線兩側(cè)鉆孔樁上鉆眼安裝牛腿支撐，為支撐的安全架設(shè)提供平臺。鋼圍囹架設(shè)后，對鋼圍囹與樁體之間的空隙采用細(xì)石砼回填，保證支護(hù)體系的整體受力。支撐架設(shè)前先以設(shè)計(jì)凈空為依據(jù)，對基坑的凈空分?jǐn)嗝孢M(jìn)行實(shí)測，滿足要求后，進(jìn)行現(xiàn)場接長試拼，接長后支撐的長度允許偏差為±50 mm。鋼支撐安裝允許誤差見表1。

表 1 鋼支撐安裝允許誤差

其次，安裝支撐時，端頭、千斤頂要在同一平面上，為確保平直，橫撐上法蘭螺栓應(yīng)采用對角和分等分順序的方法扳緊。兩端部與內(nèi)襯墻接觸處應(yīng)緊密結(jié)合。

第三，支撐預(yù)應(yīng)力之前，迅速設(shè)定支撐軸力監(jiān)測點(diǎn)，取得初始讀數(shù)后加力，加力后測試實(shí)際預(yù)加力，以此實(shí)現(xiàn)預(yù)加力的準(zhǔn)確施加。對鋼支撐加力時，加載速度由設(shè)計(jì)分級加載反應(yīng)和現(xiàn)場觀測墻體加載反應(yīng)決定。千斤頂和壓力表應(yīng)到有資質(zhì)的檢測單位同時標(biāo)定，施加應(yīng)力時2臺千斤頂應(yīng)同時加力。

在一次DMA讀操作完成,下一次DMA讀操作開始前,PCIE總線處于空閑狀態(tài),一方面需要等待中斷響應(yīng),另一方面數(shù)據(jù)拷貝到緩沖區(qū)也有很大的延時,這就極大地限制了圖像傳輸效率。

第四，鋼支撐預(yù)加力后，在土方開挖和結(jié)構(gòu)施工時，加強(qiáng)對鋼支撐軸力的監(jiān)測工作，發(fā)現(xiàn)異常及時采取補(bǔ)救措施。

（3）合理施加鋼支撐軸向力。

首先，在基坑開挖過程中隨挖隨撐，同時要對已架設(shè)后的鋼支撐及時施加軸向預(yù)應(yīng)力，以此減小由于支撐不及時而引起的圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形。

其次，在鋼支撐施工過程中，對所有鋼支撐按設(shè)計(jì)施加軸向預(yù)應(yīng)力，2個千斤頂加力要對稱同步，預(yù)應(yīng)力施加應(yīng)分兩級加載。

第三，在第一次加預(yù)應(yīng)力后，觀測預(yù)加軸力損失及墻體水平位移，并復(fù)加預(yù)加軸力至第一次施加值，當(dāng)軸力穩(wěn)定后第二次加力；如此重復(fù)，直至預(yù)加軸力達(dá)到設(shè)計(jì)值。

第四，當(dāng)晝夜溫差過大導(dǎo)致支撐預(yù)加軸力損失時，立即在當(dāng)天低溫時段復(fù)加預(yù)加軸力至設(shè)計(jì)值。

第五，當(dāng)樁體水平位移速率超過警戒值時，可適當(dāng)增加支撐軸力以控制變形，但復(fù)加后的支撐軸力和擋墻彎矩必須滿足安全度設(shè)計(jì)要求。

第六，在架設(shè)一、二道鋼圍囹時，鋼圍囹豎向必須垂直，縱向線型應(yīng)平順、焊接良好，以防止支撐受力后上翹或下曲；背部采用C25細(xì)石混凝土回填密實(shí)，嚴(yán)防支撐因圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形或施工撞擊而脫落。

（4）鋼支撐施工注意事項(xiàng)。

首先，支撐托座須與鋼圍囹焊接牢固，焊縫高度不小于10 mm，支撐架設(shè)時，確認(rèn)支撐端部與托座是否靠穩(wěn)，牛腿錨固深度是否滿足設(shè)計(jì)要求。

其次，支撐分節(jié)拼裝后，法蘭盤處螺栓安裝必須正反間隔連接，以防支撐局部變形，造成連接處掉落，同時必須將法蘭處螺栓上緊，支撐加力后，螺栓將可能出現(xiàn)松動現(xiàn)象，應(yīng)及時采取相關(guān)措施擰緊螺栓。

第三，支撐架設(shè)初期，必須盡快完成第一階段預(yù)加應(yīng)力，以防基坑變形和外圍土體失穩(wěn)。

第四，鋼支撐最終拼接長度比設(shè)計(jì)長度小5～10 cm，架設(shè)時該空隙可通過調(diào)節(jié)活絡(luò)頭彌補(bǔ)，活絡(luò)頭最大伸縮長度為30 cm。

第五，當(dāng)土方分層開挖至設(shè)計(jì)支撐中心線下100 cm時，立即測量支撐架設(shè)的準(zhǔn)確高度和位置，保證兩側(cè)支撐對稱連接。

第六，鋼圍囹及支撐就位時，須緩慢放置在牛腿或托座支架上，不得有碰撞和沖擊現(xiàn)象。

第七，架設(shè)支撐后迅速設(shè)定支撐軸力監(jiān)測點(diǎn)，取得初始讀數(shù)后，按設(shè)計(jì)分級和樁體反應(yīng)決定的加載速度加載。加載過程應(yīng)嚴(yán)格控制預(yù)加力。

第八，用吊車將2個100 t千斤頂?shù)醴诺交罱j(luò)頭加壓處定位加壓，并觀察壓力表，達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)加軸力值后，停止加壓，將鋼楔用大錘打入活絡(luò)頭預(yù)留楔槽內(nèi)，然后減壓卸掉千斤頂，若采用2個以上鋼楔時，上下應(yīng)交錯布置。

第九，斜撐的架設(shè)最為關(guān)鍵，斜撐端面的支座與拼裝的支撐必須配套施工。基坑開挖后采用大鋼尺現(xiàn)場實(shí)測基坑凈空，然后推算斜撐的實(shí)際架設(shè)長度，斜托支座必須與鋼圍囹焊接牢固。

五、鋼支撐的拆除

1.鋼支撐拆除方法。支撐的拆除必須根據(jù)結(jié)構(gòu)混凝土上升強(qiáng)度確定，底板混凝土澆筑后等強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的85%后，拆除第二道鋼支撐；中板混凝土澆筑后混凝土強(qiáng)度同樣達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的85%后，拆除第一道鋼支撐?；炷恋膹?qiáng)度判定以同條件下3 d、7 d混凝土試件抗壓強(qiáng)度為準(zhǔn)，拆除過程中必須有專人指揮，由安全員進(jìn)行巡查拆除。鋼支撐拆除應(yīng)進(jìn)行跳榀拆除，拆除過程如下：先用千斤頂施加壓力，用大錘穩(wěn)敲取出卡在活絡(luò)頭插銷部分的鋼楔；再卸載千斤頂，用龍門吊控制平穩(wěn)，吊運(yùn)至地面。若在加壓的情況下用大錘難以打出卡在活絡(luò)頭插銷頭部分的鋼楔時，可考慮用氧焊從活動端插銷頭部分進(jìn)行切割，從而平穩(wěn)地吊出支撐。

2.鋼支撐系統(tǒng)拆除技術(shù)要點(diǎn)。鋼支撐拆除時應(yīng)密切觀察圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形，必須作好鋼支撐拆除階段周圍施工監(jiān)測點(diǎn)的量測工作，并做好量測記錄，切不可草率施工，拆除時應(yīng)避免預(yù)應(yīng)力瞬間釋放過大而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)局部變形、開裂。

（1）為防止主體結(jié)構(gòu)開裂，在對應(yīng)板層結(jié)構(gòu)混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度85%后才能拆除鋼支撐。

（2）鋼支撐拆除時，用鏈條葫蘆將鋼支撐吊起，在活動端設(shè)100 t千斤頂，施加軸力至鋼楔塊松動，取出鋼楔塊，逐級卸載至取完鋼楔，再吊下鋼支撐。避免預(yù)加應(yīng)力瞬間釋放而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)局部變形、開裂。鋼支撐分節(jié)拆除后轉(zhuǎn)運(yùn)至指定場地堆放。

（3）在鋼支撐拆除過程中，需對圍護(hù)結(jié)構(gòu)加強(qiáng)監(jiān)控量測，出現(xiàn)異常情況，應(yīng)及時處理或上報監(jiān)理工程師商討決策，并采取相應(yīng)的處理措施進(jìn)行處理。

（4）鋼支撐拆除應(yīng)跳榀拆除，拆除過程中應(yīng)根據(jù)監(jiān)控量測數(shù)據(jù)進(jìn)行適時調(diào)整。

綜上，地鐵車站鋼支撐結(jié)構(gòu)中的支撐加工、拼接、安裝架設(shè)及預(yù)加軸力、各施工過程的施工質(zhì)量均關(guān)系到地鐵車站的施工安全，稍有不慎就有可能造成重特大安全事故。本文，筆者主要介紹了鄭州地鐵1號線火車站站的鋼支撐施工過程，分析了施工質(zhì)量控制過程中的重難點(diǎn)。在地鐵車站施工過程中，施工人員應(yīng)不斷完善施工過程，提高施工質(zhì)量，確保地鐵車站基坑的施工安全。此外，還要認(rèn)真貫徹國家的安全方針和有關(guān)安全施工的各項(xiàng)規(guī)定，加強(qiáng)安全施工的領(lǐng)導(dǎo)和管理，切實(shí)做好安全施工管理工作。