地鐵車站環繞型附屬基坑單側圍護樁支護體系優化研究*

鄧稀肥，鄔家林，賀恩懷，陳 濤，梁克鵬

(1.中鐵四局集團有限公司，安徽 合肥 230023；2.杭州市地鐵集團有限責任公司，杭州 浙江 310012；3.中鐵二院工程集團有限責任公司，四川 成都 610031)

0 引言

為滿足城市交通的需求，結合現代商貿綜合體建設的總體思路[1-2]，更多的地鐵車站附屬工程追求大空間，結構形式更趨多樣化。王林等[3]對長沙地鐵2號線望城坡站附屬2號風道與Ⅲ號出入口結構進行改造，通過ANSYS軟件進行分析對比，確定采取樁頂連梁將圍護樁、出入口結構和風道連成一個整體的優化方案。齊少軒等[4]應用有限元法對拱蓋法暗挖車站主體與附屬接口處進行優化，并結合監控量測驗證了方案的可行性。李智[5]以佛山萬科廣佛線季華園站出入口及風亭改造設計項目為依托，對車站附屬改造設計過程相關問題提出可供參考的優化方案。

隨著地鐵車站附屬結構的復雜化，附屬施工過程中的支護受力體系轉換也更復雜，而地鐵車站附屬施工往往面臨工期緊、施工場地有限等問題，如何結合現場施工條件通過優化附屬支護體系設計、縮短工期、節約資源投入是附屬施工需重點研究的問題。本文重點針對杭州地鐵6號線火車東站項目附屬結構施工特點，對附屬基坑支護體系進行了優化研究。

1 工程概況

杭州地鐵火車東站為地鐵1號線、4號線、6號線和機場快線的換乘節點。如圖1所示，新建杭州地鐵6號線2期火車東站項目含6號線及機場快線2座車站。6號線車站為地下4層站，機場快線車站為地下5層站。該項目周邊環境復雜，西側為高鐵站，東側為華潤商業體，南側為地鐵1，4號線區間隧道。為滿足火車東站巨大客流量在4條地鐵線間便捷換乘及向高鐵站通行需求，附屬結構呈環繞型布置(見圖1所示陰影部分)，設6號線車站與機場快線車站連通區、地鐵站與高鐵站連通區。圖1所示地下1層范圍灰色地下連續墻及跨街通道圍護樁與側墻需破除，破除工程量大。

圖1 杭州地鐵6號線火車東站附屬平面

B出入口及1號風亭圍護結構為新建TRD工法墻+內支撐。A出入口、2號風亭和3號風亭圍護結構為新建鉆孔樁+止水帷幕+內支撐。E出入口、D出入口和4號風亭圍護結構采用原高鐵站地下室圍護樁+防水處理+內支撐。B出入口圍護結構采用華潤70地塊地下連續墻+內支撐。

地層分布如圖2所示，自上而下分別為：①2素填土、③1砂質粉土、③2砂質粉土、③3粉砂夾粉土、⑥1淤泥質粉質黏土、⑧1黏土層。6號線和機場快線車站底位于⑧1黏土層，附屬基坑底部位于粉砂夾粉土層。附屬基坑開挖深度9.2m。

圖2 地層分布示意

2 原附屬支護體系設計及分析

原附屬支護體系設計為3道內支撐(1道混凝土支撐+2道鋼支撐)，利用主體車站地下連續墻(厚1.5m)作為一側圍護結構。施工工序如圖3所示。

圖3 原支護設計施工工序

1)主體結構封頂，施工防水后，回填至地面標高，為保證基坑開挖過程中圍護結構的受力，回填必須密實。施工冠梁及首道混凝土支撐。

2)基坑開挖，架設2道鋼支撐，在鉆孔樁一側設鋼腰梁。基坑開挖見底后，封閉底板。為保證后期鋼支撐拆除后的基坑穩定性，底板澆筑必須與主體車站地下連續墻密貼。

3)拆除第3道鋼支撐，主體車站結構與地下連續墻為疊合墻結構，為避免地下連續墻在機械破除過程中振動引起車站結構損傷，先在底板表面高度用繩鋸水平切割地下連續墻，再采用鎬頭機破除地下連續墻。

4)人工鑿除后澆帶混凝土，后澆帶施工。

5)施工側墻及頂板。

6)拆除第2道鋼支撐，破除剩余地下連續墻，切除首道混凝土支撐，回填。

上述附屬支護體系設計對工程施工的不利條件分析如下。

1)如圖3c所示，地下連續墻破除后，剩余地下連續墻豎向懸空，質量大(1.5m厚、3m高)，僅靠2道水平支撐，穩定性難以保證，且第2道鋼支撐在地下連續墻破除過程中軸力損失大[6]，風險極高。

2)因主體車站側墻與地下連續墻為疊合墻結構，地下連續墻采取機械破除前，必須采取繩鋸將破除部分切割脫離。后澆帶破除因不具備切割條件，需人工破除，不僅破除量大，而且臨空面少，破除難度大。

3)施工過程中工序轉換多，對施工進度影響大，特別在附屬施工工期緊的條件下更突顯。

3 優化附屬支護體系及分析

針對原支護體系設計的不利條件，經過研究論證，提出在主體車站頂板上設置牛腿，僅設1道混凝土支撐支護的優化思路，將主體車站地下連續墻在圍護結構受力體系中解放出來，最大可能降低工序轉換及避免風險。

如圖4所示，優化支護體系，在車站結構頂板上設置牛腿，作為支撐受力端，設置1道800mm×800mm混凝土支撐，冠梁上部設置0.4m厚、2.25m高擋土墻。為便于頂板施工，混凝土支撐地面高出結構頂板40cm。施工工序如圖4所示。

圖4 優化支護設計施工工序

1)土方開挖至支撐底標高，在支撐底標高采用繩鋸水平切割地下連續墻使其脫離，鎬頭機破除，破除后施工冠梁和支撐。

2)土方開挖見底，在基底標高用繩鋸水平切割地下連續墻，使其脫離，鎬頭機破除到底。

3)相繼施工地板、側墻和頂板。

4)頂板強度滿足要求后，繩鋸切除頂板上牛腿和支撐，回填。

上述優化支護體系對工程施工的有利條件分析如下。

1)地下連續墻不作為開挖過程中支護體系的一部分，開挖過程中，自上而下進行破除，不存在地下連續墻豎向懸空風險。

2)無鋼支撐架設、拆除及后澆帶處理施工內容，極大地簡化了施工工序；在附屬大面積施工場地狹小的條件下(見圖1)，減少了鋼支撐堆放、拼裝及吊裝施工區域，可極大優化場地布置、提高施工效率；且底板一次澆筑完成，確保了底板施工質量。

3)地下連續墻不作為開挖過程中支護體系的一部分，主體車站結構頂板無須回填至地面后進行附屬施工，可在主體車站結構頂板防水做好后，填土形成施工便道，即可進行附屬施工。在工期緊的情況下，可提前進行附屬結構施工。另外，相較于填土至地面，降低了基坑開挖深度，可簡化開挖機械配置，無須配置長臂挖掘機。

4)較顯著地縮短了工期及資源投入。

5)該優化支護體系因取消了2道鋼支撐，縮短了圍護樁樁長，縮短部分調整為擋墻，整體降低了成本。

4 兩種支護體系資源投入及工期對比分析

該分析主要是針對圖3和圖4所示施工工序，僅考慮1個施工段(20m)，基坑寬度取6.5m，細化施工內容，重點對比分析資源配置及工期。兩種方案中一致的部分施工內容，如冠梁支撐施工的樁頭破除、場地平整及墊層，土方開挖前首道混凝土撐等強，土方裝運，地下連續墻破除碎渣挖運，基底墊層及防水施工，頂板等強，支架拆除及頂板土方回填等不進行具體對比分析。

4.1 原方案施工投入資源及工期分析

依據圖3所示原支護體系施工策劃，資源配置及施工經驗工效如表1所示，關鍵工序所需工期分析如下。

表1 原支護體系資源投入及工期匯總

1)該工序中，冠梁支撐鋼筋綁扎需1個班，模板安裝1個班，混凝土澆筑0.5個班，考慮各施工內容連續作業，該工序共計需2.5班。

2)該工序的施工內容無法交叉作業，土方開挖分3次間隔作業，需2個班；鋼支撐架設分2次間隔作業，需2.5班；鋼筋綁扎需2.5個班，混凝土澆筑需0.5個班。考慮各施工內容連續作業，該工序共計需7.5班。

3)該工序拆撐前考慮底板等強3d(6個班)；拆撐需1個班；繩鋸切割需1.5個班，可在底板等強期間施工，地下連續墻破除(含清渣)需6個班。該工序共計需13班。

4)后澆帶采取人工破除，考慮清渣和鋼筋割除的相對滯后性，需3個班；底板鋼筋綁扎需對接接駁器、焊接等作業，且空間狹小，工效較低，需2個班；混凝土澆筑需0.5個班。該工序共計需5.5個班。

5)支架搭設需1個班，模板安裝3個班，考慮側墻鋼筋綁扎可與支架搭設交叉作業，需5個班，混凝土澆筑1個班。該工序共計需9個班。

6)拆除第2道鋼支撐需1個班，破除需4個班，該工序共計需5個班。

4.2 優化方案施工投入資源及工期分析

依據圖4所示原支護體系施工策劃，資源配置及施工經驗工效如表2所示，關鍵工序所需工期分析如下。

表2 優化支護體系資源投入及工期匯總

1)該工序中，土方開挖需0.5個班，開挖完成后進行地下連續墻一次繩鋸切割需1.5個班，地下連續墻破碎需2.5個班，鋼筋綁扎1.5個班，模板安裝2.5個班，混凝土澆筑0.5個班。該工序共計需9個班。

2)土方開挖見底，考慮基坑收平，需1.5班；開挖見底后進行地下連續墻二次繩鋸切割需1.5個班，地下連續墻二次破除7個班，地板鋼筋綁扎需2個班，混凝土澆筑需0.5個班。該工序共計需12.5個班。

3)支架搭設需1個班，模板安裝3個班，考慮側墻鋼筋綁扎可與支架搭設交叉作業，需5個班，混凝土澆筑1個班。該工序共計需9個班。

4)切除頂板牛腿和首道混凝土撐需1個班。

由表1，2和圖5所示，原支護體系單段(20m)施工關鍵工序共需42.5個班，而優化支護體系單段(20m)施工關鍵工序共需31.5個班。附屬結構頂板封閉時間優化支護體系提前7個班。

圖5 兩種不同支護體系所需工期對比

兩種支護體系單段施工(20m)資源投入對比如表3所示，結果顯示優化支護體系所需人工總工班僅為原支護體系的74%，減少了鋼支撐架設和拆除的5.5個汽車式起重機臺班，增加了8個繩鋸切割臺班，降低了大量施工成本。

表3 兩種支護體系資源投入對比

5 結語

1)針對地鐵車站具有大面積連通區、環繞型設置的附屬結構，將破除地下連續墻作為支護體系一部分，施工工序轉換多，安全風險較高。

2)優化的支護體系，借助主體結構頂板設置鋼筋混凝土牛腿進行支護，顯著縮短了工期，降低了施工成本。