盖—暗挖法相结合施工方案在地铁工程中应用

杜 磊

1 概述

自1863年世界上第一条地下铁道在英国伦敦开通以来,地铁作为一种强有力的公共交通工具,已成为大城市交通发展客观规律的必然产物。世界各大城市为了解决城市交通问题都对地下铁道寄予厚望。地铁建设的发展过程也已向人们证明:施工方案对结构形式的确定和地铁土建工程造价有着决定性的影响,这就要求确定出最合理的施工方案。

地铁施工方案的确定,主要受站址工程地质和水文地质条件、周围环境条件、地铁的功能要求、隧道埋置深度和开挖宽度及工程造价等多种因素制约,同时也会对施工期间的地面交通和对城市的正常生活、工期、工程的难易程度等发生直接影响。

我国地铁的施工方案从无到有,结合中国国情,先后采用了明挖法、暗挖法、盖挖法、盾构法、沉管法等施工技术。

2 某地铁工程施工方案比选

2.1 工程概况

某地铁车站为地下三层两跨(局部三跨)岛式站台,共设四个出入口,两个风道。其北风道与车站北端头井地下一层相接,盾构法施工的区间隧道与北端头井地下三层相接,处于某写字楼和广告牌之间,位于区间隧道正上方。由于场地狭窄,写字楼和风道施工时在场地占用上相互影响。结合现状条件,为减少干扰,确保施工过程中广告牌稳定和作业安全,同时尽可能地给双方施工提供必要的作业条件,应用一种切实可行的施工方法迫在眉睫。

2.2 施工方案比选

1)明挖法。明挖法施工投资较少,但因场地狭窄,东西两侧和结构上方都不具备机械作业条件,风道北端也无法提供场地,仅从风道南端施工相当困难。且敞口施工时与达义主体施工和装修同时进行,在场地占用上无法满足,基坑上方和基坑内交叉施工安全隐患较大。

2)暗挖法。暗挖法投资较大,开挖支护引起的沉降变形不利达义广告牌安全。

3)盖挖法。盖挖法能解决占地冲突,节省工程投资,缩短施工工期,但有一定的施工风险。

4)盖—暗挖法相结合的施工方法。盖—暗挖法相结合的施工方法能解决占地冲突,能充分利用车站端头井作为北风道施工竖井,综合投资相对较低,基坑、广告牌安全也易于保证,而且在很大程度上能避免交叉施工带来的安全隐患。

经综合分析论证,该地铁车站北风道结构施工方案选择为在区间完成后采用盖—暗挖法相结合的施工方案。结合降水措施,风道基坑围护结构采用钻孔灌注桩,基坑内设置横向钢格栅。风道主体为现浇钢筋混凝土箱形框架结构,结构外设置外包防水层。

3 盖—暗挖法相结合的施工方法的结构技术特点

1)永久结构是位于地下的矩形钢筋混凝土框架结构。就结构类型而言,盖—暗挖法相结合施工的地铁结构同采用明挖法施工的地铁结构一样,其永久结构仍然是位于地下的矩形钢筋混凝土箱形框架结构。就分部而言,其结构顶板主要采用就地模筑简支梁结构形式,在施工阶段顶板兼作地上道路的基础,顶板暂时支承在基坑两侧的围护结构上。2)基坑的围护结构不仅起着临时护壁的作用,而且起着支承顶板(承受竖向荷载)和作为侧墙的一部分(承受水平荷载)的作用。3)盖—暗挖法相结合的施工方法比传统的盖挖法降低了施工风险,比传统的暗挖法不但缩短了施工工期,而且节约了大量工程投资。

4 盖—暗挖法相结合的施工方法在双井站北风道的应用

4.1 围护结构设计

盖—暗挖法相结合施作的基坑围护结构不仅起着临时护壁的作用,而且起着支承结构顶板(承受竖向荷载)和作为侧墙的一部分(承受水平荷载)的作用。围护桩的设计除按一般深基坑计算软件计算外,还需考虑桩底地基承载力的验算,此处不再赘述。

4.2 主体结构设计

本工程在设计过程中分两个不同的施工阶段,用有限元分析法采用两种荷载—结构模型对结构进行分析计算。

1)顶板施工阶段计算模型简图(见图1)。a.此阶段顶板两端简支在围护结构冠梁上。b.沿风道纵向取1 m作为一个计算单元。

2)使用阶段计算模型简图(见图2)。a.本模型用于使用阶段,沿风道纵向取1 m作为一个计算单元。b.弹性地基对底板的反力用只受压弹簧模拟。c.围护结构与侧墙间用只受压杆件模拟。d.底板以下围护结构与地基的作用用弹簧模拟。

4.3 防水设计

盖—暗挖法相结合施作的基坑防水做法除顶板与侧墙转角处外(见图3),其余各处均同明挖法施工的地铁基坑。

5 结语

1)在一些大中型城市中,地铁站址周边环境日趋复杂,合理的选择和创造性的使用一些新的地铁施工方法将显得越发重要。2)多种施工方法的合理组合,能够最大限度的为业主缩短工程施工时间,节约投资,降低工程施工风险。3)经实践表明,本工程中所采用的盖—暗挖法相结合的施工方案设计和施工是成功的,其安全性是可靠的、技术是可行的、经济是合理的,为以后的地铁施工方案选择提供了借鉴与新的思路。

[1]陆传波,张明聚,曹水群,等.北京地铁4号线西单站施工方案比选[J].北京工业大学学报,2007(2):35-37.

[2]GB 50157-2003,地铁设计规范[S].

[3]胡达远.隧道工程浅埋暗挖法的施工技术[J].山西建筑,2008,34(18):331-332.