地铁一号线新街口车站盖挖逆作法关键技术研讨与实践

 

 在 目前 通用的地铁车站工法中，盖挖逆作法对工程赋存环境具有相对较小的不利 影响 ，其综合技术 经济 指标较为理想。其路面敞口作业时间较短，对工程周边的商业及 交通 环境影响较小；其结构体本身作为围护结构的支撑体系，刚度较高，可显著减小围护结构及周边环境的变形；其造价介于明挖与暗挖之间，较为低廉。故此盖挖逆作法在商业繁荣、建筑密集、交通繁忙的城市中心区域或交通枢纽具有极大 应用 价值。在我国北京、上海、广州、南京的大型地铁车站工程中均有所应用。

 

 因工艺原因，盖挖逆作法亦具有局限性，主要表现在以下几个方面：施工过程中产生的不均匀沉降对结构体系的不利影响比顺作法严重；结构体由上向下施作，施工缝多。由于混凝土结构硬化过程中的收缩与下沉的影响，不可避免的出现裂缝，对结构的刚度、耐久性、防水性均产生不利影响；多数交汇于同一节点的工程构件非同步施工，其连接精度控制难度较大；层板一般采用土模施工，混凝土的表观质量控制难度较大。

 

 新街口站采用盖挖逆作法施工。针对上述 问题 ，采取了相应技术措施，取得了较好的效果，现将有关情况介绍如下：

 

2工程概况

 

 新街口站是一号线和二号线之间的换乘站。南北向一号线新街口站位于新街口圆形广场以南，淮海路、石鼓路以北中山南路下方；东西向二号线新街口站位于汉中路和中山东路地下。一号线新街口车站北端为一内径50m的大圆盘结构，为近、远期车站的交汇点。

 

 新街口站的总建筑面积为35 579．73平方米。车站长362．703m，宽24．2m(局部宽3655m)，总高17．24m(局部19．03m)；设置2‰坡，南高北低。

 

 该站为地下三层岛式车站，站台宽14m，地下一层至三层分别为商业层、站厅层、站台层。该站主体围护结构为o．8m厚地下连续墙，南延段部分围护结构为SMW桩。中间立柱为φ600(少量φ700、φ800)钢管柱，其基础为φ1 500的钻孔灌注桩。车站共设16个出人口及3个风道。

 

 根据工程地质勘察报告，该站地质情况复杂。依据岩土体的 时代 、成因类型和物理力学性质，场地工程地质从上而下分为四个大层：①层人工填土、②层中、晚全新世冲淤积成因土层、③层更晚新世—早全新世冲积成因土层、④层下白垩葛村组沉积岩。

 

 施工区域地下水分为三层：浅层孔隙潜水层、中部弱承压含水层及深层孔隙承压含水层。地下水位在0．8-1．8m之间车站结构均置于淤泥质粘土层中，其土质具有高压缩性、高灵敏度、低渗透性、饱和、软流塑的特征。 

 

 该站施工区域地面环境十分复杂，车站周边建筑物包括分布于中心广场周边的金陵饭店、 中国 银行及分布于中山南路两侧的新百大楼、中央商场、商贸大楼、东方商场及天安大厦等。周边管网密布，包括上水、下水、电力、电信等在内的各种管线累计150余条。

 

3 新街口站总体施工方案

 

 新街口站盖挖逆作法施工方案是根据该站的地质条件、地面交通、施工场地条件及工期要求，通过多次方案优化选择论证确定的。该方案概括为一明三暗全盖挖逆作法。一明是指主体结构顶板以上4．5m的土方明挖，三暗是指商业层、站厅层、站台层的土方均采用暗挖，并依次由上而下施作层板及边墙结构。

 

 新街口站盖挖逆作法的总体程序是：施作车站围护结构地下连续墙及中间钢管混凝土柱—顶板以上土方开挖、顶板地模施作、顶板结构及顶板防水层及保护层施作—回填顶板以上土方—商业层土方开挖、地模施作、层板及边墙结构施作—站厅层土方开挖及结构施作—站台层土方开挖及结构施作—站台层层板及楼梯等零星工程。其标准断面的施工程序如图1。

 

4 新街口站主要关键技术的 研究 和实践

 

4.1围护结构地下连续墙防止不均匀沉降主要技术措施

 

 新街口站主体结构基坑均采用C30S8防水混凝土地下连续墙作为围护结构，它即作为施工期间的基坑挡土止水围护结构，又与内衬墙结合而成复合墙作为永久结构的侧墙使用。连续墙幅宽0．8m，幅长6m左右，深度35~39m。

 

 为克服连续墙墙体不均匀沉降对主体结构的整体质量产生不良影响，采取了下列措施：首先，在设计阶段调整连续墙墙深，使其墙趾穿越深层孔隙承压含水层(③一3d2粉细砂层及③--4e粗砂混卵砾石层)而进入⑤一1强风化泥质粉砂岩—泥岩层利、于0．5m，从而使墙趾坐落于稳定可靠的基岩持力层上。第二，为提高墙底地基承载力，减小墙体的不均匀沉降，在连续墙的钢筋笼内预留两根φ30压浆管，待墙体混凝土灌筑完毕且达到设计强度30％左右后，即向墙趾压注1：2水泥砂浆。实践证明这种技术措施是行之有效的。压注的水泥砂浆填充了墙趾的空隙并对墙趾沉积层进行有效的加固补强，从而减少了不均匀沉降发生的可能性。第三，为提高连续墙整体刚度，在连续墙墙顶设置了一道0．8mx1．0m的现浇钢筋混凝土圈梁，将连续墙连接为统—整体。第四，在连续墙施工阶段各工序严格按照设计及操作规程进行，并特别强调在清槽阶段的施工质量，确保泥浆比重及沉渣厚度符合标准后方可转入下道工序施工。首先采用撩抓法清底，而后采用导管吸泥浆法循环清底。清底后槽底泥浆比重小于1．25，沉渣厚度不大于100mm。清槽结束后，用侧锤测量成槽深度，而后再次用平测锤测量成槽深度，两次的差值即为沉渣厚度。再由监理检验槽深和泥浆比重，具备相应资质的单位采用超声波探测仪检测槽壁垂直度，各项指标均满足规范要求后进人下道工序施工。

 

 通过上述各项技术措施，确保了地下墙整体施工质量，有效控制了墙体的不均匀沉降，经实测墙体的不均匀沉降值最大4mm左右。

 

4．2 车站中间桩柱主要施工工艺

 

 钢管柱是盖挖逆作法施工的地下车站之重要的工程构件。施工阶段其为临时支柱，使用阶段则为车站永久性的主要竖向承载与传力结构。中间桩柱由中柱及基础中桩两部分组成。本站钢管柱的外径为600mm(部分700mm、800mm)，钢管壁厚t为16mm，材料为16Mn。核心混凝土为C50微膨胀混凝土，柱群在平面上呈网格状布置，中桩为C30钢筋混凝土钻孔灌注桩，直径1．5m，钢管柱下端锚人柱基2m左右。在钢管柱锚固段上设抗剪栓钉，其构造如图2钢管柱与钢套管位置关系图。

 

 本工程施工区域主要为淤泥质粘土，故钢管柱的安装采用湿作业先插法。其主要施52212艺流程为：钻孔灌注桩钻进成孔--整体吊放钻孔灌注桩钢筋笼及钢套管—首次灌注桩基混凝土至预定位置—桩基表层混凝土钻除—抽排钢套管内泥浆—桩底压注水泥浆一在钢套管内安装自动定位器—吊放安装钢管柱，并完成其上下端定位—灌注桩基杯口混凝土至设计位置—灌注钢管柱内混凝土至设计位置—上节钢套管回收同时钢管柱周围环形回填干砂。见图3中间桩柱施工流程图。

 

 钢管柱综合质量的 影响 因素主要包括桩基施工质量、钢管柱加工质量、钢管柱安装定位质量及柱内混凝土施工质量等。本文重点讨论后二点。

 

 钢管柱质量控制的关键 问题 之一是确保柱体的安装精度，规范规定立柱中心线和基础中心线的允许偏差正负5mm，立柱的不垂直度误差不得大于柱长的1‰.

 

 钢管柱的安装定位主要采取上下两点定位法。其下端的定位依靠自动定位器完成，上端的定位采用四根置于钢套管和钢管柱之间的位于同一平面上的四根可调丝杆定位。自动定位器是预先加工的锥形装置，精确校正其平面位置、高程和垂直度后，用4只螺栓与预焊于钢套管管壁上的安装支脚连接，浇筑桩基混凝土后，定位器牢固锚固于混凝土中。其构造特点决定了其可实现对钢筋柱的引渡、限定、精确定位的功能。

 

 采用全站仪测设中间桩柱设计平面位置，并在护筒施工区域外十字轴线方向上做护桩，以确保桩心位置。采用水准仪及30m钢尺相结合，测设钢管柱底标高，并在钢套管管壁十字轴线方向对应做4点以控制定位器安装标高。柱心的测设方式为：先从地面用垂球将桩心引测至钢套管内桩基表面，较为精确地标定初安装位置，其后将1／20万的投点仪由全站仪直接置于地面桩心位置，将桩心直接投测于定位器中心，指挥定位器精确安装后浇筑混凝土。

 

 中间柱施工中另一个关键问题是如何确保中间桩柱的混凝土灌筑质量。中间柱基础钻孔灌注桩C30普通水下混凝土采用导管法灌筑。钢管柱核心混凝土采用C50御澎胀混凝土。比较规范规定的泵送顶升浇灌法、立式手工浇捣法及高位抛落无振捣法等三种灌注 方法 ，结合本工程钢管柱的结构特点选择高位抛落无振捣法灌注柱内混凝土。为克服该法实施过程中的混凝土压覆气泡而形成核心混凝土不密实的缺点，采用高能振捣棒插入柱内混凝土全程振捣。这种高位抛落结合振捣施工工艺有效确保了柱内混凝土的密实度。C50微膨胀混凝土的配合比见表1。

 

 表1 C50微膨胀混凝土的配合比4．3 土模施工技术

 

 新街口站顶板厚度0．8m，层板厚度0．4m，混凝土强度等级为C30，车站结构划分为16个施工段

 

平均段K22m左右。

 

 本站顶板及层板均处于淤泥质粘土层中，这种地层的典型特征是：高灵敏度、高压缩性、低强度、饱和、可塑或软塑状态，不适宜作为天然地基。在此种地层上大面积施作地模及结构混凝土易于引起不均匀沉降。经 研究 试验决定采用复合结构地模，即10cm厚碎石层+8cm厚C20素混凝土层。根据具体的地质条件，对局部进行换填处理，以保证地模的强度、刚度及施工精度，最大限度地减小层板结构在施工过程中的不均匀沉降。

 

 土模基土层的施工要点为：按结构几何形状，设计标高及纵向2‰的设计坡度整平基土平面；土方开挖前对基坑内地下水提前20天进行大口径深井降水处理，洞中盖挖部分土方结合轻型井点降水及明排水处理，确保基土面基本干燥；在土方开挖过程中严禁超挖，并预留20cm左右人工检底；加强对局部软弱地段的水泥石灰土换填处理。

 

 各层板梁结构土模结构施工要点：板结构土模顶面标高提高2cm作为预留沉降量；基土夯实整平经检验合格后，铺设10cm碎石层及8cm厚C20素混凝土，精确控制其标高后进行赶光压浆处理；中梁及车站顶板纵向边缘的侧模结构采用12cm厚砖胎模，其表面抹5cm厚砂浆找平层，土模施作完毕后涂刷长效脱模剂以保证脱模效果。

 

 实测数据反映，顶板地模最大累计沉降6mm，中板则基本无沉降，除顶板局部由于雨水冲淋而造成脱模效果不佳外，其余部分均线条平顺，混凝土表观质量良好。

 

4．4 综合防水施工技术

 

 与明挖顺作法比较，盖挖逆作法施工的地铁车站，其水平施工缝的数量较多。故防水质量的保证显得极为重要。新街口站防水工程采取综合治理的技术措施，取得了较好的防水效果。

 

 本站的主体结构及人行通道均按防水等级—级的标准进行设计，风道及风井结构的防水等级为二级。结构防水施工要点包括：对于围护结构地下连续墙的渗漏水首先采取有效措施予以封堵；车站的混凝土结构则采用C30高性能补偿收缩防水混凝土，其抗渗等级不低于S1O。在各工序施工过程中，严格遵守操作规程，确保混凝土的密实度。特别对于瞄吓的水平施工缝采取了特殊的技术处理措施。根据盖挖逆作法的工艺特点，板梁结构为先浇混凝土，其下的内衬墙结构为后浇混凝土。由于混凝土收缩、下沉等原因，两者之间的水平施工缝易于产生微裂缝而难以密实，此处采用浇注假牛腿及二次振捣工艺。设置特制的斜向模板，以保证假牛腿顶面高出施工缝20cm；车站顶板上采用可以与结构密实粘贴的聚氨酯涂料，防水层向上连续铺设至地下连续墙上30cm的宽度，并且在拐角增设一层同材质的防水层；在地下连续墙与各层板结构交接部位进行凿毛处理并涂刷一道水泥基渗透结晶型刚性防水层，利用其遇水逆向渗透作用提高混凝土的抗渗陛能。

 

 特殊部位的防水技术要点是：施工缝部位，在条件允许的情况下采用250mm钢板腻子止水带进行防水密封处理，在不能采用钢板腻子止水带部位，采用30mmx20mm遇水膨胀橡胶条进行防水密封处理。在层板与边墙间的水平施工缝部位，采用预埋φ30管注浆的方式进行强防水处理。在变形缝部位，结构内部采用300mm宽的中埋式PVC止水带进行防水处理，外侧采用外贴式PVC止水带进行处理(顶板无)。通过以上综合性的防水技术措施，新街口站总体防水质量满足设计要求。

 

5 结束语

 

 新街口站盖挖逆作法施工中，地下墙及中间桩柱采取了切实可靠的防止不均匀沉降的技术措施，有效地确保了结构体的安全与质量；中间钢管混凝土柱的全套施工技术安全稳妥，安装精度很高，有效确保了钢管柱的施工质量；在软弱地质条件下的地模及结构施工技术，有效地确保了结构的内在质量及表观质量；综合防水技术则确保了车站的整体防水质量满足设计及规范的要求。新街口站的盖挖逆作法施工经验，为国内同类工程提供了可资借鉴的经验。