摘要：隨著城市軌道交通的發(fā)展，建造地鐵車站的周邊環(huán)境越來越復(fù)雜。蓋挖法有別于傳統(tǒng)的明挖順作法施工，有著自身的優(yōu)勢和特點。早已廣泛應(yīng)用于工民建施工的蓋挖法，目前也越來越多的應(yīng)用到了地鐵車站的設(shè)計和施工中。針對某車站位于城市中心區(qū)的周邊建筑環(huán)境和特點，研究與蓋挖法相關(guān)的關(guān)鍵問題。工程實施過程中，采用現(xiàn)場測試和試驗的方法，對關(guān)鍵問題進行驗證，得出相對更適合于蓋挖法地鐵車站實施的結(jié)論。對今后采用類似的工法設(shè)計和施工具有借鑒意義。
關(guān)鍵詞：蓋挖法；地鐵車站；鋼管混凝土柱；節(jié)點設(shè)計；變形
中圖分類號：TU74 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2015）15-0118-04
0 引言
地鐵地下工程施工的特點是隱蔽性大、作業(yè)循環(huán)性強、作業(yè)空間有限、作業(yè)的綜合性強、施工具有動態(tài)性、作業(yè)環(huán)境惡劣、作業(yè)風(fēng)險性大。選擇地鐵施工的工法必須充分考慮這些特性。在城市中心施工的地鐵車站為了盡量維持地面交通，減少地下管線遷改和占地對周邊的影響，越來越多的考慮采用蓋挖法施工。如何結(jié)合具體環(huán)境合理設(shè)計蓋挖法車站，做到既安全可靠又經(jīng)濟合理，已成為目前需要重要研究的課題之一。
1 工程概況
成都市市二醫(yī)院站是成都地鐵4號線與3號線的換乘站。4號線車站沿武成大街東西向布置，為地下2層車站，3號線車站沿紅星路南北向布置，為地下3層車站。兩站在交叉路口處換乘。該區(qū)域為成都CBD中心區(qū)域，交通壓力巨大。紅星路和武成大街分別是成都南北向和東西向的主干道，交通十分繁忙。
紅星路寬約35m，武成大街寬約25m，兩條路下方都有大直徑污水管、雨水箱涵、高壓電纜等各類管線交織。且部分管線埋深與車站頂板沖突，結(jié)構(gòu)方案必須與管線遷改方案相配套。
車站標(biāo)準(zhǔn)段寬度約21m，頂板埋深3m，4號線基坑深度約為18m，3號線基坑深約為27m，周邊建筑物密集，大部分建筑物都緊貼車站圍護結(jié)構(gòu)邊。建筑物大多為4～11層磚砼結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)大多為淺基礎(chǔ)，埋深在3～4m，房屋對變形極為敏感?；影踩燃墝儆谝患墸幼冃慰刂票Ｗo等級為一-A級。
2 方案研究
車站地處川西平原岷江水系Ⅰ級階地，為沖洪積地貌，地形平坦。設(shè)計抗浮水位為地下2.5m。
站區(qū)范圍內(nèi)土層自上而下依次為：人工填筑土，層厚1.20～3.80m；粉質(zhì)粘土，層厚0.50m～2.70m；粉土，層厚1.80m～2.60m；細砂土，層厚0.50m～1.60m；卵石土，層厚21.40m～24.50m；強風(fēng)化泥巖，層厚0.90m～5.10m；中等風(fēng)化泥巖，頂面埋深29.50m～39.90m。
車站周圍建筑物較多，管線密集。車站施工期間特別需要保護的建構(gòu)筑物和管線清理如表1、2所示。
根據(jù)車站地段的工程地質(zhì)，水文地質(zhì)結(jié)合周邊環(huán)境并考慮工期等因素，選擇合理的圍護形式，水平及豎向支撐體系。為滿足這兩條交通干道上的交通疏解要求，減少地下管線遷改和占地對周邊的影響，同時盡量好地控制車站基坑開挖對周邊建筑的影響，本站3、4號線主體結(jié)構(gòu)均采用蓋挖法施工。
蓋挖法是由地面向下開挖至一定深度后，將頂部封閉，其余的下部工程在封閉的頂蓋下進行施工的方法。相對于傳統(tǒng)的明挖法施工，蓋挖法有著基坑暴露時間短，圍護結(jié)構(gòu)變形小的優(yōu)點。
蓋挖法施工包括三種形式：①架設(shè)臨時鋪蓋系統(tǒng)后順作結(jié)構(gòu)；②自上而下施工各層結(jié)構(gòu)板和側(cè)墻的蓋挖逆作法；③先將結(jié)構(gòu)頂板施工完成并置于周邊圍護樁和結(jié)構(gòu)主體樁柱上，回填覆土后逐層開挖架設(shè)臨時支撐，并自下而上回筑結(jié)構(gòu)的蓋挖順作法。
針對成都市二醫(yī)院站的具體情況，采用第三種作法相比之下對工期影響不大，也能避免二次破路對周邊環(huán)境的影響。
3 蓋挖法設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)
地鐵車站蓋挖體系的結(jié)構(gòu)設(shè)計包括：①圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計；②豎向受力構(gòu)件設(shè)計；③水平受力構(gòu)件設(shè)計；④節(jié)點設(shè)計及構(gòu)造。
3.1 圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計
考慮到車站距離周邊建構(gòu)筑物較近，車站圍護樁采用密排形式（Φ1200@1500mm）。施工階段排樁作為圍護結(jié)構(gòu)進行計算，使用階段排樁與側(cè)墻共同受力，樁墻按各自剛度分配各自所承受的側(cè)向水土壓力。蓋挖法圍護樁設(shè)計與普通明挖法圍護樁設(shè)計區(qū)別并不大，但需要注意的是圍護樁除了承受側(cè)土壓力外，還要作為蓋挖順筑法頂板的豎向支撐。需要驗算圍護樁的樁側(cè)摩阻力和端部承載力之和是否滿足開挖階段豎向受力要求。
3.2 豎向受力構(gòu)件設(shè)計
蓋挖法豎向受力構(gòu)件可選用鋼管混凝土柱、型鋼混凝土柱、鋼筋混凝土柱。三種立柱工藝的優(yōu)缺點對比如表3。
本站考慮節(jié)省工期和工程造價，選用的是鋼管混凝土柱。施工階段，頂板覆土后，基坑開挖到基坑底部，結(jié)構(gòu)回筑完成前，此時需要計算鋼管混凝土柱的承載力和柱子的穩(wěn)定。柱子承受豎向軸力和偏載引起的彎矩。鋼管柱應(yīng)按偏壓構(gòu)件計算，分別考慮施工階段和使用階段柱子的軸力和彎矩，柱的長細比不應(yīng)大于1/25，柱頂端承受水平力應(yīng)按水平支撐軸向力的2%計算，并根據(jù)垂直度允許偏差考慮豎向荷載偏心影響。
除了鋼管混凝土柱受力計算外，還應(yīng)分析鋼管混凝土柱的沉降對頂板受力的影響，從而確定鋼管混凝土柱沉降的最大值。對立柱的升沉也要提出要求，減小對頂梁、頂板的影響。
鋼管混凝土柱是蓋挖法地鐵車站最重要的構(gòu)件之一，其綜合質(zhì)量的影響因素包括樁基施工質(zhì)量、鋼管柱安裝和定位質(zhì)量、柱內(nèi)混凝土施工質(zhì)量等。鋼管柱所有焊接要全部經(jīng)過超聲波檢查，必須達到一級焊縫要求。鋼管柱的安裝定位采取上下兩點定位法。定位器必須預(yù)先加工錨固于混凝土基礎(chǔ)中，其構(gòu)造決定了鋼管混凝土柱定位的精確性。
經(jīng)計算確定鋼管柱允許定位偏差不得大于20mm，同時其垂直度偏差不得大于1/500。施工期間累計升沉值不得大于0.003L（L為邊墻和立柱軸線間的距離），同時也不得大于20mm。鋼管立柱中心線與基礎(chǔ)中心線定位偏差不得大于5mm，相鄰鋼管立柱不垂直度不應(yīng)大于長度的1/1000，同時也不得大于15mm。
3.3 水平受力構(gòu)件設(shè)計
蓋挖法順筑法車站水平受力構(gòu)件包括車站頂板結(jié)構(gòu)和臨時鋼支撐兩部分。
其中臨時鋼支撐驗算與普通明挖法支撐體系設(shè)計區(qū)別不大。鋼支撐安裝簡單，施工速度快，能夠根據(jù)設(shè)計的要求施加所需的預(yù)加力，對圍護樁迅速地起到支撐作用。這也是蓋挖順筑與蓋挖逆筑法相比最大的優(yōu)點。設(shè)計采用的Φ609mm，壁厚14mm的鋼支撐，最大設(shè)計軸力約1800kN。為保證支撐的穩(wěn)定性，利用鋼管柱之間的水平約束型鋼梁兼作水平支撐的中間支點。
車站頂板設(shè)計應(yīng)考慮與施工和使用狀態(tài)相符的計算模型進行內(nèi)力分析和截面驗算。在設(shè)計時應(yīng)分兩個階段進行分析：①承載能力極限狀態(tài)：即施工過程階段結(jié)構(gòu)構(gòu)件達到最大承載能力時；②正常使用極限狀態(tài)：即使用階段，結(jié)構(gòu)形成完整框架結(jié)構(gòu)以后。經(jīng)過對兩個階段變形和受力的包絡(luò)，得出構(gòu)件的控制性標(biāo)準(zhǔn)。為滿足管線遷改和交通疏解要求，本站頂板還需要進行分期倒邊施工。即先完成2/3跨頂板施工，覆土后，再完成后續(xù)1/3跨頂板施工，最后完成基坑開挖回筑結(jié)構(gòu)。
3.4 節(jié)點的設(shè)計及其構(gòu)造
蓋挖節(jié)點的設(shè)計需要每個工況功能要求，而每個階段頂板與支座的連接形式對計算結(jié)果都影響很大。圍護樁與頂板可采用鉸接接頭、剛性接頭和不完全剛性接頭三種形式?？紤]到讓圍護樁參與抗浮并利用圍護樁幫助頂板受力，本站設(shè)計將圍護樁鋼筋伸入頂板，樁頂設(shè)圈梁如圖1所示。計算按不完全剛性接頭考慮。
鋼管混凝土柱與頂板按鉸接接頭考慮，為滿足抗震要求在鋼管柱與頂板之間設(shè)置插筋連結(jié)如圖2所示。
同時鋼管混凝土柱兼作永久立柱，鋼管柱本身與永久結(jié)構(gòu)的中板、底板的節(jié)點連接也是蓋挖法車站的關(guān)鍵問題。設(shè)計按照環(huán)板法連結(jié)鋼管混凝土柱與現(xiàn)澆混凝土梁板，充分考慮受力和抗震要求，根據(jù)不同情況繪制了連結(jié)大樣。
4 蓋挖法工程實踐的結(jié)果分析
成都市二醫(yī)院站施工過程中根據(jù)設(shè)計要求，對圍護結(jié)構(gòu)、中間豎向及水平支護體系、周邊建構(gòu)筑物管線均進行了監(jiān)測。利用監(jiān)測值我們可以判斷支護結(jié)構(gòu)以及周圍建筑物的安全性。
4.1 圍護結(jié)構(gòu)及中間支撐體系變形結(jié)果分析
蓋挖法施工除了常規(guī)的基坑開挖需要監(jiān)測的地下水位、支撐軸力、圍護樁頂變形，圍護樁體變形外，還應(yīng)加入中間立柱監(jiān)測、頂板繞度控制。
為了正確利用監(jiān)測數(shù)據(jù)及時調(diào)控施工對策，確保車站基坑開挖及周邊環(huán)境的安全，應(yīng)對必測項目制定施工監(jiān)控量測的管理基準(zhǔn)值、施工管理等級及對策。基準(zhǔn)值根據(jù)設(shè)計計算確定，報警值約為基準(zhǔn)值的70%。車站監(jiān)測中同時采用時態(tài)曲線中的變化速率作為基準(zhǔn)值的輔助。具體如表4所示。
監(jiān)測數(shù)據(jù)反映整個基坑開挖和回筑階段的支撐軸力、圍護樁頂變形、圍護樁體變形、中間立柱樁變形均控制在報警值以內(nèi)。監(jiān)測結(jié)果如表5所示。
4.2 周邊建構(gòu)筑物變形結(jié)構(gòu)分析
車站主體結(jié)構(gòu)基坑周邊房屋多為淺基礎(chǔ)磚混結(jié)構(gòu)，房屋基礎(chǔ)持力層為稍密卵石層。為保證房屋安全，基坑開挖回筑過程中均對周邊房屋進行了嚴(yán)密監(jiān)測。具體布置如圖3所示。
根據(jù)監(jiān)測結(jié)果顯示建筑物大部分沉降均在基坑開挖前，降水完成后就已經(jīng)發(fā)生。頂板完成形成第一道橫向支撐后，基坑開挖的3個月內(nèi)建筑物沉降不明顯，最大的累計變形不超過12mm，未達到報警值。
值得注意的是，與本站相鄰的停車線基坑采用明挖順筑的施工方式，基坑開挖期間周邊建筑物沉降值達到20mm以上，部分建筑圍墻有開裂現(xiàn)象。由此可見采用頂板為第一道橫向約束的蓋挖法施工，比明挖法更容易控制基坑和周邊建構(gòu)筑物的變形。
5 結(jié)語
市二醫(yī)院站目前已經(jīng)順利完工，從2012年3月開挖，到2013年8月主體結(jié)構(gòu)封頂歷時18個月。成都地鐵后續(xù)3、7號線多個站點也遇到類似工程環(huán)境，都參照借鑒了市二醫(yī)院站的蓋挖設(shè)計施工經(jīng)驗。從市二醫(yī)院車站的順利實施，可以看到在城市中心區(qū)的地鐵車站采用蓋挖順筑法施工是合理可行的。對于在這樣環(huán)境下的蓋挖法工藝可以得出以下結(jié)論：①利用頂板和鋼管混凝土柱兼作施工階段支撐體系結(jié)構(gòu)安全可靠、經(jīng)濟合理；②設(shè)計和施工過程中應(yīng)尤其重視各構(gòu)件連接的節(jié)點構(gòu)造；③蓋挖順筑法比明挖法更容易控制基坑和周邊建構(gòu)筑物變形?？偟恼f來，蓋挖法能提高工程安全性，減少資源浪費，縮短施工總工期，對周邊環(huán)境影響小，是一種值得推廣的支護技術(shù)。本工程采用蓋挖順筑法工藝的成功實施，為今后適合采用類侍工法的地鐵車站積累了寶貴經(jīng)驗。
參考文獻：
[1]姜晨光.地鐵工程建造技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010.
[2]陳祖煜.深基坑支護技術(shù)指南[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012.
[3]黃勝平，韓明華.地鐵換乘車站深基坑支護體系測試研究[J].鐵道工程學(xué)報，2012（5）：58-62.
[4]程寶平.深圳賽格廣場鋼管混凝土柱—鋼結(jié)構(gòu)施工特點[J].施工技術(shù)，2000，29（6）.
[5]JGJ165-2010，地下建筑工程逆作法技術(shù)規(guī)程[S].中國建筑工業(yè)出版社.
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