地鐵車站端頭井換撐工藝案例研究

曹 暘，顧龍強（上海市機械施工集團有限公司， 上海 2000722）

1 研究案例

隨著現(xiàn)代化城市交通工程的快速發(fā)展，對于地鐵項目的總體建設(shè)工期的要求也越來越高。如何有序、高效地組織地鐵工程施工，合理組織安排工期，減少不必要的工序搭接時間，就顯得非常重要。

1.1 案例背景

按照江蘇省無錫市地鐵1號線原施工組織設(shè)計方案要求，長廣溪站作為始發(fā)站。長廣溪站為既有運營車站，周邊建筑物、人流量較大，始發(fā)風(fēng)險高，對周邊建筑物、交通導(dǎo)行的影響波及面廣。根據(jù)實際情況，考慮盾構(gòu)機始發(fā)的安全性和施工效率，采取在還未建成的車站雪浪坪站進行盾構(gòu)機的始發(fā)作業(yè)。這對項目部管理的總體部署提出了很大的考驗，首先要滿足工期節(jié)點，剛開始建造的雪浪坪站北端頭井主體結(jié)構(gòu)必須在2個月內(nèi)完工，才能滿足盾構(gòu)機始發(fā)條件，保證整體的工期按照原有工期節(jié)點正常施工。

1.2 應(yīng)對措施

北端頭井結(jié)構(gòu)段為異型結(jié)構(gòu)，施工構(gòu)造最為復(fù)雜，相應(yīng)的施工建造技術(shù)也是需要攻關(guān)解決的。首先面臨的是模板支架系統(tǒng)的選型，其次是支護結(jié)構(gòu)的拆除與主體結(jié)構(gòu)的施工工序的銜接，這些都對結(jié)構(gòu)施工工效提出了很大的考驗。項目部提出3項應(yīng)對措施：①將北端頭井的換撐形式進行優(yōu)化設(shè)計；②鋼模板施工方案改為木模對撐方案；③提高底板、中板混凝土強度等級。

2 設(shè)計方案及調(diào)整方案

2.1 原設(shè)計工況

按設(shè)計方案，底板澆筑完成，達到設(shè)計強度的 70%后，進行第4 道鋼支撐的拆除，養(yǎng)護時間考慮為7 d，拆除第4 道鋼支撐的時間為2 d。下階段進行 B2 層側(cè)墻的鋼筋模板施工，模板采用鋼模板加三腳架的單側(cè)鋼模施工，側(cè)墻施工需要7 d時間，待側(cè)墻養(yǎng)護達到設(shè)計強度的70% 進行拆模，養(yǎng)護時間10 d，拆模時間1 d，開始施工換撐，換撐共8根斜撐，配合鋼圍檁施工，共需2 d時間安裝完成。待換撐完成后，再拆除第3 道鋼支撐，完成換撐工序施工。

表1 換撐施工工期情況表（設(shè)計工況）d

在不考慮不利因素的影響下，端頭井段在底板施工完成到第3 道鋼支撐拆除，完成換撐工作的整個工序需要 31 d時間。這對于工程施工特別是區(qū)間施工而言是很長的周期，因此盡可能縮短工期，對于工程施工是較為有利的。

2.2 調(diào)整后工況

施工方考慮對原設(shè)計工況進行調(diào)整，首先是提高底板混凝土強度等級，改為提高一級，以求底板早期強度提升的速度，也盡可能地減少底板強度過快增長帶來的收縮開裂等不良影響。其次是采用先換撐在施工 B2 層側(cè)墻的施工工藝，將換撐形式進行了調(diào)整，將 8 根斜撐變?yōu)?4 根直撐+6 根端墻的斜拋撐。從受力角度考慮，直撐施加的軸力更大，對于基坑安全更為保險，而斜拋撐能夠解決端頭受力變形帶來的不利影響，既實現(xiàn)了換撐，又贏得了寶貴的時間。換撐施工工期情況表（調(diào)整工況）見表2。

表2 換撐施工工期情況表（調(diào)整工況）d

通過采用提前換撐方法實現(xiàn)了工期轉(zhuǎn)化，側(cè)墻模板也從單側(cè)鋼模板調(diào)整為木模板帶模養(yǎng)護施工，共節(jié)約工期 12 d。

2.3 工期對比分析

（1）按照原設(shè)計工況施工。底板養(yǎng)護 7 d，B2 層側(cè)墻養(yǎng)護 10 d，中板養(yǎng)護 5 d，B1 層側(cè)墻養(yǎng)護 10 d，共計 30 d養(yǎng)護時間。

（2）按照支撐調(diào)整工況施工。底板養(yǎng)護 5 d，B2 層側(cè)墻養(yǎng)護時間可以節(jié)省，中板養(yǎng)護 5 d，共計 10 d 養(yǎng)護時間。同樣的支撐體系使用在中板上方，提前換撐，B1 層側(cè)墻養(yǎng)護時間可以節(jié)省，共計可以節(jié)省養(yǎng)護時間超過 20 d。

3 設(shè)計受力驗算

3.1 現(xiàn)場場布情況下變形計算

依據(jù)現(xiàn)場重型車輛出土與行走路線，預(yù)估單邊超載已增大至 35 kPa 左右（動力系數(shù)按 1.3 計）。根據(jù)最終內(nèi)力包絡(luò)圖的計算可知，北端頭井開挖最終位移約 21.32 mm。

3.2 土層分層分塊開挖

出土方式在計算中難以確定，計算中一般假定一次性開挖，圖紙中要求分層分段開挖只是利用時空效應(yīng)，控制變位的安全儲備。

3.3 鋼圍檁對計算結(jié)果影響

（1）有鋼圍檁時，單根支撐鋼筋等效剛度，支撐中點處為 251.4 MN/m，支撐點處為 294.7 MN/m。采用支撐中點處等效剛度計算包絡(luò)圖。

（2）現(xiàn)場調(diào)整方案采用接頭箱方案，進行直撐斷面計算。根據(jù)包絡(luò)圖計算可知，位移增大至 20.71 mm，4根φ609 mm鋼管最大受力，滿足要求。在墻截面配筋計算中，圍護結(jié)構(gòu)地下連續(xù)墻的配筋也滿足要求。

4 調(diào)整后工況分析

4.1 總體方案

為確保北端頭井主體結(jié)構(gòu)施工進度，盡量減少混凝土養(yǎng)護、支撐拆除的時間，方案調(diào)整為使用2道φ800 mm 的鋼支撐替換原 3 道φ609 mm 的鋼斜撐。

4.2 施工步驟

底板混凝土澆筑完成→養(yǎng)護 3～5 d→拆除第4 道鋼支撐→底板上3 m 高位置，鑿除地墻主筋，焊接雙拼工字鋼接頭箱，加設(shè) 4 根φ609 mm 的東西向的鋼支撐，南北方向在底板上3 m高的地墻上鑿除主筋焊接鋼板，兩端用鋼墊箱做反力架，中間φ609 mm 鋼支撐與底板預(yù)埋件進行焊接，北側(cè)每幅墻上布置1根斜拋撐→拆除第3道鋼支撐→B2側(cè)墻澆筑→中板澆筑。

（1）工況一。底板使用C40混凝土澆筑后，養(yǎng)護5 d，拆除第4 道鋼支撐，在東西方向上替換4根φ609 mm的鋼支撐，此道鋼支撐位于底板上部 3 m，施加預(yù)加軸力到20 MPa后；南北方向上用φ609 mm鋼支撐與底板預(yù)埋件進行焊接，北側(cè)每幅墻上布置1根斜拋撐，共6道。根據(jù)第一段換撐體系加上后的情況，觀測監(jiān)測數(shù)據(jù)，基坑變形速率可控制在 2～4 mm 內(nèi)，未達到預(yù)警值，基坑整體穩(wěn)定。此處換撐，底板混凝土養(yǎng)護，考慮5 d養(yǎng)護時間。

（2）工況二。B2層側(cè)墻澆筑完成后，拆除第3道鋼支撐。此處拆撐，B2層側(cè)墻混凝土帶模養(yǎng)護，可減少10 d養(yǎng)護時間。支撐方面較原設(shè)計水平支撐道數(shù)一樣，基坑整體處于穩(wěn)定狀態(tài)。

（3）工況三。中板混凝土強度等級提高到C40，混凝土澆筑完成后，拆除第2 道鋼支撐，在東西方向上替換4根φ609 mm的鋼支撐。此道鋼支撐位于中板上部1 m，施加預(yù)加軸力到24 MPa后，此時端頭井段由底板、1道水平支撐×4、6道斜拋撐、中板、1道水平支撐×4、邊桁架體系、第1道混凝土支撐組成整體框架傳力體系。

由于將中板上部支撐增加一道水平支撐，中板及下部側(cè)墻混凝土帶模、不拆除支架進行養(yǎng)護，所以可減少 7 d 養(yǎng)護時間。支撐方面與原設(shè)計相比，原設(shè)計為中板上下各存在一道支撐，現(xiàn)支撐方案與原設(shè)計相近，基坑整體處于穩(wěn)定。

（4）工況四。B1層側(cè)墻、頂板混凝土澆筑完成后，待5 d混凝土養(yǎng)護時間后，拆除排架，此時端頭井段由底板、1道水平支撐×4、6道斜拋撐、中板、1道水平支撐×4、邊桁架體系、頂板、第1道混凝土支撐等組成整體框架傳力體系。

頂板及B1層側(cè)墻混凝土帶模、不拆除支架進行養(yǎng)護，可減少7 d養(yǎng)護時間。支撐方面與原設(shè)計相比，原設(shè)計為中板下一道支撐，現(xiàn)支撐方案為中板上下各設(shè)置1道支撐，間隔布置，基坑整體處于穩(wěn)定。

5 接頭箱施工

施工單位考慮在直撐部位采用圓形接頭箱形式施工，斜拋撐部位采用工字鋼板型接頭箱形式施工。支撐加設(shè)前預(yù)鋪好防水卷材，固定在地墻面層上，在接頭箱中間位置再設(shè)置1 道鍍鋅鋼板止水帶，2 道防水工藝，增大滲流路徑，從而減少發(fā)生滲漏的可能性。先換撐工藝現(xiàn)場施工圖見圖1。

圖1 先換撐工藝現(xiàn)場施工圖

地鐵工程圍護實行先換撐的施工工藝流程如下：底板混凝土澆筑完成→養(yǎng)護 5 d→拆除第4 道鋼支撐→底板上 3 m 標(biāo)高位置→鑿除地墻主筋，焊接接頭箱→加設(shè)4根φ609 mm 的東西向鋼支撐→北端墻方向在底板上3 m高的地墻上鑿除主筋焊接鋼板→兩端用工字鋼做反力架→中間φ609 mm 鋼支撐與底板預(yù)埋件進行焊接→北側(cè)每幅墻上布置 1 根斜拋撐→拆除第3道鋼支撐→ B2層側(cè)墻澆筑→中板澆筑→中板養(yǎng)護至 70% 強度→拆除第2 道鋼支撐→ B1 層側(cè)墻及頂板施工。

6 結(jié) 語

本文是基于地鐵圍護結(jié)構(gòu)倒換撐施工工藝進行的可行性研究。在現(xiàn)有地鐵車站施工技術(shù)條件下，地鐵車站圍護結(jié)構(gòu)臨時鋼支撐提前換撐工藝，配合施工監(jiān)測的有利監(jiān)控，完全可以進行優(yōu)化調(diào)整，從而加快地鐵車站的施工進度，避免出現(xiàn)大量勞動力的窩工、設(shè)備材料閑置現(xiàn)象。特別是在施工端頭井段存在 1 道換撐時，可以提高地鐵土建工程的施工功效，也能避免主體結(jié)構(gòu)后期發(fā)生滲漏水。本項目提供了成功實例，本文的研究可以為類似項目提供借鑒和參考。