钢支撑置换技术在地铁车站深基坑施工中的应用

 

 

 

1工程概况

 

南京玄武门地铁车站为地下两层双排柱列式结构,全长192.9m,标准段净空19.6m,平均开挖深度14.8m,采用明挖顺做法施工。基坑开挖设计标准段为四道Ф609mm(壁厚16mm)的钢管支撑,第一至第四道支撑计算轴力(直向)分别为800kN、1960kN、2240kN、1775kN,其中中板以下两道,设计要求第三道支撑在中板、顶板砼浇注并达到设计强度后拆除。由此带来的不利因素是:拆除第三道钢支撑只能从中板、顶板预留孔吊出,需投入大量的人力、物力;由于钢支撑端头部分埋入内衬墙中,无疑多增加了一道可能的渗漏水通道(图1右照片),给防水处理带来很大的难度;同时-2层侧墙施工中钢筋绑扎和模筑体系都需特殊处理。有鉴于此,结合站址开挖范围内各层土质情况,在施工过程中考虑到第三道支撑离中板较近,为了避免上述情况发生,加快施工进度,施工过程中在底板砼达到设计强度后,采用置换技术将第三道钢支撑上移至中板以上(图1)。从第六、七、八段按此方法实际施工、监测情况来看,连续墙变形很小,钢支撑轴力变化亦在正常范围以内,实践证明支撑置换技术是可行的。2地质情况

 

玄武门站址位于古河道漫滩上,从上到下依次主要分布的地层为①1杂填土、①2素填土、②1粉土、②2淤泥质粉质粘土-粉质粘土、及③1粉质粘土,车站北侧③2粉细砂层以下为③4粉质粘土层。①杂填土至②各土层富含地下水,渗透系数较高,其压缩性大,强度低。受钢支撑置换影响的-2层(站台层)地下连续墙围护结构插入到相对稳定、含水量小、不易变形的②2淤泥质粉粘土至③1粉质粘土层中,给支撑置换提供了较理想的前提条件。

 

3钢支撑置换

 

第三道支撑上移中板以上的具体作法是:在底板砼达到设计强度后,拆除已施工底板范围以上的第四道钢支撑并上移至中板顶面以上300mm处,预加轴力后再拆除原有的第三道支撑即完成置换工作。同时采用相同断面、多种监测项目相结合的监测方法进行跟踪监测。

 

4支撑稳定措施

 

钢支撑上移至中板以上架设在原有地下连续墙面上,为保证钢支撑的稳定,事先在连续墙体上插打锚杆(每边各4根)并在锚杆上焊接600mm×100mm×10mm的钢板作为支撑托架,并保证支撑上移加力后由于连续墙面不平整造成的支撑端板与墙体局部缝隙用细石混凝土塞实。

 

5预加轴力

 

由于施工过程中没有经验数值比较,我们根据设计支撑轴力值和设计支撑位置按照相似三角形法则推算确定预加轴力值为1232kN。

 

由于支撑置换预加轴力后,较之原设计思路工况发生了较大的变化,所以在施工中随时观察和监测第二道钢支撑轴力及支撑稳定情况,发现异常立刻停止加力。

 

6施工监测

 

施工过程中加强监测对指导施工起着举足轻重的作用,我们主要加强对钢支撑轴力、连续墙墙体挠曲、连续墙水平收敛量测以及连续墙施工缝处的观测工作,在施工期间加大观测频率。在基坑荷载、温度等综合因素影响下,钢支撑轴力在支撑置换前后增加了296kN(第三道支撑最大变化值),所有置换完成后轴力恢复到置换前的测值;连续墙墙体挠曲变化增加0.80mm;连续墙水平收敛变化最大收敛3.40mm;连续墙施工缝处无开裂渗水现象,监测结果表明置换后的基坑支撑体系是稳定安全的。6.1钢支撑轴力监测

 

钢支撑轴力监测采用SS-2频率接收仪测量预先焊接在第一至第三道钢支撑上的钢弦式表面应变传感器的自振频率,然后再计算出钢支撑的应变量,利用虎克定律得到支撑轴力,传感器焊接在与预埋在连续墙内的测斜管相同断面的钢支撑上。第八段各道钢支撑轴力变化曲线如图2所示。从图2总体来看,第一道钢支撑(Z16)轴力变化曲线曲率变化不大,说明第八段底板砼浇注及第三道钢支撑置换对第一道支撑轴力影响较小;从5月24日拆除第四道支撑后轴力上升较大,26日置换完毕后轴力又恢复正常。6.2基坑水平收敛监测

 

基坑水平收敛采用坑道收敛计进行量测。量测桩于5月23日埋设,5月25日在没有替换第三道钢支撑前测得初始值,随后随置换支撑作跟踪监测。结果表明,基坑水平收敛最大值为3.40mm,最大相对收敛量为0.017%,小于容许相对收敛量0.15%。6.3连续墙墙体水平挠曲监测

 

墙体水平挠曲监测采用测斜管导入测斜仪测量墙体的挠曲量。从图3可以看出:替换钢支撑后,墙体挠曲与替换前比较,最大值为12.5m处+0.8mm,总体变化不大。

 

7施工体会

 

置换必须按照时空效应原则,每一施工段拆除上移第四道支撑并预加轴力后方可进行第三道支撑的拆除工作。加强监测,一定要做到信息化施工,发现问题及时采取措施。从置换到预加轴力,从托架的设置到支撑的固定等各个环节都要认真操作,设专人(工程技术员)负责。通过采用钢支撑置换技术,对降低站台层施工难度、缩短支撑循环利用周期、确保支撑空洞处理质量起到了积极有利的作用,从而加快了施工进度、减少了成本投入,带来了较好的经济效益。

 

 

 

参考文献

 

[1]刘建航,侯学渊.基坑工程手册.北京:中国建筑工业出版社,1997.

 

[2]夏才初,李永盛.地下工程测试理论与监测技术.上海:同济大学出版社,1999.