某地鐵車站基坑信息化換撐技術(shù)的實(shí)踐與分析

1、2013年第6期6月混凝土與水泥制品CHINACONCRETEANDCEMENTPRODUCTS2013No.6June某地鐵車站基坑信息化換撐技術(shù)的實(shí)踐與分析李雄威，代國忠（常州工學(xué)院常州市建設(shè)工程結(jié)構(gòu)與材料性能研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，213002）摘要：以常州市第一個(gè)地鐵車站基坑換撐的監(jiān)測(cè)、施工過程為背景，對(duì)地鐵車站信息化施工過程進(jìn)行了分析。實(shí)踐表明，監(jiān)測(cè)信息可以有效指導(dǎo)換撐過程的實(shí)施，依據(jù)監(jiān)測(cè)信息制定拆撐方案，可簡(jiǎn)化施工過程，減少工作量，對(duì)工程項(xiàng)目而言既可降低建設(shè)成本又可縮短建設(shè)工期。關(guān)鍵詞：地鐵車站；基坑監(jiān)測(cè)；信息化施工Abstract:Theinformation-basedconstruc

2、tionisanalyzedaboutthechanging-supportworkofthefirstsubwaysta-tionpitinChangzhou.?Itisshownthatmonitoringinformationmayobserveanddirectthesupportchangeworkeffective-ly.Thenewplanaccordingtothemonitoringinformationcansimplifytheconstructionprocessanddecreasetheworkca-pacity.Therefore,inthisproject,th

3、ecostisreduced,andtheconstructionperiodisshortened.Keywords:Subwaystation;Pitmonitoring;Information-basedconstruction中圖分類號(hào)：TU74文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1000-4637（2013）06-74-040前言隨著城市發(fā)展進(jìn)程的加快，各地地鐵項(xiàng)目方興1m，內(nèi)襯墻厚度0.81m，強(qiáng)度等級(jí)為C35，抗?jié)B等級(jí)P10。本文主要對(duì)地鐵車站南側(cè)端頭井換撐的監(jiān)測(cè)、施工過程進(jìn)行分析，南側(cè)端頭井的支護(hù)設(shè)計(jì)見圖1?；訃o(hù)墻采用鉆孔灌注樁，樁徑為覫800，基坑圍護(hù)外側(cè)采用覫850三軸水泥土攪拌樁

4、止水帷幕，隔一套一施作，局部采用旋噴樁止水帷幕，鋼管支撐的豎向間距和平面布置見圖1。為控制墻體水平，鋼支撐設(shè)有附加預(yù)應(yīng)力的裝置。地鐵車站屬于坑中坑的形式，迫于工期限制，本工程采取了“先淺后深”的施工順序。大基坑的土方開挖和周邊建筑物主體結(jié)構(gòu)的建設(shè)在地鐵車站土方開挖前已經(jīng)接近完成。地鐵南側(cè)端頭井周邊建筑物超載約為100kPa，地鐵基坑地質(zhì)條件見圖2。未艾。地鐵車站往往位于城市繁華路段，車站周圍建筑密集，這使得基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定與否、周圍建筑沉降和地下管線位移的大小成為建設(shè)單位、設(shè)計(jì)單位和施工單位最為關(guān)心的問題1-4。要做到對(duì)危險(xiǎn)源進(jìn)行預(yù)測(cè)，為施工過程保駕護(hù)航，工程監(jiān)測(cè)是必不可少的手段5-8。本文

5、以常州市第一個(gè)地鐵車站換撐的監(jiān)測(cè)、施工過程為例，對(duì)地鐵車站信息化施工過程進(jìn)行了分析，以期對(duì)今后地鐵及類似工程設(shè)計(jì)和施工的優(yōu)化提供借鑒。1工程概況常州市客運(yùn)中心及綜合配套系統(tǒng)工程是集既有火車站、城鐵常州站、長(zhǎng)途客運(yùn)站（旅游巴士樞紐）、軌道交通1號(hào)線車站、公交樞紐站（含BRT支線）、社會(huì)停車場(chǎng)、出租車?？空镜榷喾N交通功能以及商業(yè)、商務(wù)辦公于一體的現(xiàn)代化大型綜合交通樞紐。地面總建筑面積106450m2，地下總建筑面積2支撐及換撐施工預(yù)案在端頭井挖土前，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行混凝土圍檁施工。待圈梁混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，進(jìn)行第一道挖土支撐施工，角點(diǎn)內(nèi)側(cè)按設(shè)計(jì)要求，挖出第一道內(nèi)角撐位置，施工角撐。第一道鋼支

6、撐加設(shè)完畢后，用1m3挖機(jī)下坑，開挖至第二道支撐底。端頭井開挖采用二級(jí)接力開挖，挖土順序?yàn)橄榷祟^井南側(cè)后北側(cè)。南側(cè)大挖機(jī)直接停在已經(jīng)澆筑好的底板上，大挖機(jī)挖不到的“死角”用一臺(tái)小挖機(jī)停在第一道支撐下進(jìn)行翻駁，喂給大挖機(jī)裝車外運(yùn)，并配合鋼支撐部位修整平面，鋼支撐跟蹤施工（包括施加預(yù)應(yīng)力）。鋼支撐托架部位挖土按1:1放坡，以利83670m2，工程項(xiàng)目2009年3月開工，2010年4月竣工。地下室包含預(yù)留地鐵車站，車站長(zhǎng)181.6m，標(biāo)準(zhǔn)段寬22.9m，埋深19.77m，南北端頭井寬27.2m，埋深分別為21.5m和21.15m。鋼筋混凝土底板厚度基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（41102229

7、），青藍(lán)工程資助項(xiàng)目，江蘇省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（BK2012592）。-74-李雄威，代國忠某地鐵車站基坑信息化換撐技術(shù)的實(shí)踐與分析+4.900（設(shè)計(jì)地面標(biāo)高）頂板素土回填地下室底板-4.400頂圈梁中板素土回填-3.500-4.400地下室底板頂圈梁第一道鋼支撐覫609×16鋼板撐夾層板鋼板撐第二道鋼支撐覫609×16鋼板撐第三道鋼支撐覫609×16底板鋼板撐覫800抗拔樁長(zhǎng)30m覫800抗拔樁長(zhǎng)30m覫850SMW止水圍幕長(zhǎng)24.5mm覫8001000鉆孔灌注樁圍護(hù)長(zhǎng)24.5mm-28.950覫8001000鉆孔灌注樁圍護(hù)長(zhǎng)24.5mm圖1南側(cè)端頭井圍護(hù)剖面重力

8、密度塑性指數(shù)液性指數(shù)地基承載力時(shí)翻駁土方至空擋處，供加長(zhǎng)臂施工。待支撐全部-4.400-6.4306粉土夾粉砂18.97.31.23200完成后，將中心島位置余土清除。端頭井第三層土方挖土完畢后立即澆搗7粉砂9粘土10粉質(zhì)粘土11粉質(zhì)粘土13粉質(zhì)粘土14粉質(zhì)粘土15粉質(zhì)粘土19.020.120.119.019.819.2-18.215.48.814.27.1-0.110.301.060.411.0350380230250270340-11.330-14.330-17.730-22.030-24.630200mm厚混凝土墊層，使其形成一道混凝土支撐，接著進(jìn)行底板的澆筑。由于第三層土位于第層土內(nèi)，

9、非常堅(jiān)硬，可能需要小型鎬頭機(jī)配合挖機(jī)進(jìn)行挖土，因此，需另外配備小鎬頭機(jī)進(jìn)行開鑿，同時(shí)配備一定數(shù)量的獨(dú)輪車進(jìn)行運(yùn)土。由于車站底板有一定的坡度，因此，開挖至墊層面上200mm時(shí)，要用人工扦土，并嚴(yán)禁超挖?？紤]到“時(shí)空效應(yīng)”的原理，在開挖過程中墊層同樣分段快速澆筑，以確保基坑的31.03019.815.70.32300安全。南側(cè)端頭井土方開挖及支撐施工流程為：開挖圈梁槽澆搗圈梁土方開挖至第一道鋼支撐底標(biāo)高設(shè)置第一道鋼支撐并施加預(yù)應(yīng)力土方開挖至第二道鋼支撐底標(biāo)高設(shè)置第二道鋼支撐并施加預(yù)應(yīng)力土方開挖至第三道鋼支撐底標(biāo)高設(shè)置第三道鋼支撐并施加預(yù)應(yīng)力土方開挖至坑底澆筑墊層、底板。支撐拆除機(jī)械采用50t履帶吊

10、及2臺(tái)叉車，先用2臺(tái)叉車托住鋼支撐并固定好，之后支撐割除連接，慢慢放下，然后在底板上分解支撐螺絲，將小段支撐水平運(yùn)至端頭井洞孔吊點(diǎn)處，用50t履帶吊從孔洞吊出鋼支撐。拆除時(shí)先拆連桿，再拆支撐，最后圖2土層分布鋼管安裝施工。第二道支撐全部施工完畢后，將中心島位置余土清除。第二層土開挖前先施工端頭井第三道內(nèi)角撐施工。此層土的開挖主要采用套臂與小機(jī)配合施工。套臂挖機(jī)停在基坑側(cè)邊，抓土后裝車外運(yùn)，土方車停在基坑邊道路上行走。小機(jī)從第二層土放坡下至第三層土，在基坑二邊內(nèi)側(cè)翻駁土方，喂給抓斗裝車。此層土施工時(shí)應(yīng)防止與基坑邊的大機(jī)施工發(fā)生沖突，應(yīng)施工至足夠大的空間，才能讓小機(jī)至此土層，鋼支撐部位的整平、開槽

11、也由小機(jī)配合施工。端頭井角撐位置，用二臺(tái)小挖機(jī)同-75-2013年第6期混凝土與水泥制品總第206期拆圍檁。南側(cè)端頭井第一道鋼支撐拆除時(shí)，由于距離底板高度較高，而此時(shí)中板結(jié)構(gòu)已施工完成，因此，南側(cè)端頭井第一道鋼支撐拆除采用在中板上留洞，留洞大小為250mm×250mm，位置在鋼支撐的兩端，拆除支撐時(shí)手動(dòng)葫蘆鏈條穿過留洞口，吊住鋼支撐，再割除支撐連接，最后采用葫蘆將拆下的支撐鋼管慢慢放至底板，運(yùn)至端頭井洞孔吊點(diǎn)處，用根據(jù)本工程特點(diǎn)及設(shè)計(jì)要求，在端頭井處確定如下監(jiān)測(cè)項(xiàng)目：圍護(hù)墻（樁）水平、垂直位移以及側(cè)向變形；鋼管支撐軸力。具體監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)見圖3。（1）圍護(hù)墻（樁）側(cè)向變形在端頭井三面圍護(hù)樁

12、樁體內(nèi)設(shè)置3個(gè)測(cè)斜孔，監(jiān)測(cè)基坑施工期間圍護(hù)墻（樁）側(cè)向變形。測(cè)斜管預(yù)埋在鉆孔灌注樁中，孔深為鉆孔灌注樁樁長(zhǎng)。（2）鋼管支撐軸力觀測(cè)在第一、第二和第三道鋼管支撐上設(shè)6個(gè)監(jiān)測(cè)剖面，每個(gè)剖面1個(gè)軸力計(jì)，共6個(gè)軸力計(jì)。50t履帶吊從孔洞吊出鋼支撐。支撐拆除與結(jié)構(gòu)施工配合進(jìn)行，南側(cè)端頭井支撐拆除流程為：底板鋼筋混凝土施工底板混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后拆除第三道鋼支撐結(jié)構(gòu)柱、墻施工至第二道支撐下墻上設(shè)置預(yù)埋件設(shè)置臨時(shí)鋼支撐混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后拆除第二道鋼支撐結(jié)構(gòu)施工至中板（穿越第一道支撐，鋼支撐短頭部分澆筑于內(nèi)襯墻混凝土內(nèi)）混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后拆除第一道鋼撐和臨時(shí)鋼支撐。南側(cè)端頭井第二道支撐拆除后，底板與第二道

13、支撐間無撐高度達(dá)9m。因此，在施工底板至第二道支撐底的內(nèi)襯墻時(shí)，要在內(nèi)襯墻內(nèi)預(yù)埋埋件，中心標(biāo)高位于該段內(nèi)襯墻頂以下500mm，埋件尺寸同首道鋼支撐。在土方開挖過程中仔細(xì)觀測(cè)第二道支撐軸力，若第二道撐軸力較大，則在第二道支撐拆除后需利用內(nèi)襯墻中的埋件安裝鋼支撐進(jìn)行換撐后再進(jìn)行上部的結(jié)構(gòu)施工；若第二道支撐軸力較小，則在第二道支撐拆除后，對(duì)于第一道鋼支撐軸力監(jiān)測(cè)頻率加密為一天三次，若軸力持續(xù)增大，則利用預(yù)埋件安裝鋼管支撐，作為換撐；若軸力變化不明顯，則可不做換撐。3.2監(jiān)測(cè)頻度監(jiān)測(cè)頻率采用動(dòng)態(tài)控制，各項(xiàng)目監(jiān)測(cè)頻率:圍護(hù)墻（樁）側(cè)向變形（測(cè)斜），開挖過程中2次/天；主體施工時(shí)2次/周；鋼管支撐軸力，開

14、挖過程中1次/天；受力穩(wěn)定后1次/周。3.3監(jiān)測(cè)報(bào)警值在工程監(jiān)測(cè)中，每一測(cè)試項(xiàng)目的數(shù)值變化都有其允許的范圍，并以此來判斷施工過程是否安全可靠，是否需要調(diào)整施工工序或優(yōu)化原設(shè)計(jì)方案。本圍護(hù)體系監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的報(bào)警值由設(shè)計(jì)單位提供，分別如表1和表2所示。表1項(xiàng)目圍護(hù)墻體水平位移表2項(xiàng)目鋼管支撐軸力三道支撐施工工況墻體水平位移報(bào)警值工況一工況二工況三mm41018鋼支撐軸力設(shè)計(jì)值第二道支撐kN第三道支撐3監(jiān)測(cè)方案3.1監(jiān)測(cè)內(nèi)容CX42200第一道支撐12002300240044.1信息化換撐過程的實(shí)踐與分析換撐前基坑監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析從基坑土方開挖到開挖結(jié)束的整個(gè)過程中，圍CZL13-15鋼支撐護(hù)結(jié)構(gòu)最大變形時(shí)

15、程曲線見圖4。由圖4可見，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的最大變形與表1的報(bào)警值相差較大，說明圍護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)還有較大的安全儲(chǔ)備。土方開挖完成后支撐軸力見表3，支撐軸力除GZL15點(diǎn)外均在安全范圍內(nèi)，GZL15基本達(dá)到設(shè)計(jì)值。220028800CX15CZL16-18CX144.2信息數(shù)據(jù)指導(dǎo)下?lián)Q撐過程的實(shí)施圍護(hù)換撐在底板施工完成，混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)32003000300030005005001800600070001800計(jì)值后開始實(shí)施?？紤]到土方開挖完成后基坑最大變形遠(yuǎn)小于安全值，而且支撐軸力普遍較小，同時(shí)，對(duì)工程樁的鑿毛施工過程破壞了所有的測(cè)斜管，所以，對(duì)支撐拆除的安全監(jiān)測(cè)主要以軸力監(jiān)測(cè)為主，圖3端頭井臨測(cè)布置圖

16、（CX：測(cè)斜監(jiān)測(cè)點(diǎn)，GLZ：鋼支撐測(cè)點(diǎn)）-76-李雄威，代國忠76最大位移/mm某地鐵車站基坑信息化換撐技術(shù)的實(shí)踐與分析實(shí)施拆撐過程的軸力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)見表3，拆除第三道支撐時(shí)，第二道支撐軸力的增加值為103543219-79-139-199-2510-110-710-1310-1910-25日期（a）CX14（10月24日后被破壞）182kN，第一道支撐軸力的增加值為20166kN，支撐處于安全狀態(tài)。拆除第二道支撐時(shí)，第一道支撐軸力的增加值為2460kN，支撐仍然處于安全狀態(tài)。在信息數(shù)據(jù)指導(dǎo)下，本工程圍護(hù)結(jié)構(gòu)成功實(shí)施換撐，基坑圍護(hù)體系處于穩(wěn)定狀態(tài)。與原換撐方案相比，新的換撐方案簡(jiǎn)化了施工程序，減少

17、了工作量，即降低了建設(shè)成本又縮短了建設(shè)工期，達(dá)到了預(yù)期效果。65最大位移/mm432109-49-149-2410-4日期（b）CX15（10月10日后被破壞）5結(jié)語在使用功能、成本控制和進(jìn)度控制的影響下，現(xiàn)代中國城市地鐵項(xiàng)目的施工環(huán)境更趨于復(fù)雜。特別是對(duì)于一些沒有地鐵建設(shè)經(jīng)驗(yàn)的城市，由于沒有10-141024相似工程可以進(jìn)行對(duì)比，所以很難對(duì)地質(zhì)條件做出客觀的判斷，常常會(huì)產(chǎn)生工程設(shè)計(jì)過于保守的現(xiàn)象。而如何采取具有針對(duì)性的設(shè)計(jì)和施工方案，體現(xiàn)出設(shè)計(jì)、施工的地區(qū)性差異，信息化施工顯得尤為必要。實(shí)踐證明，本工程實(shí)施的信息化指導(dǎo)換撐施工過程可為同類城市地鐵車站項(xiàng)目及類似的工程提供借鑒。參考文獻(xiàn)：109

18、8765432109-1最大位移/mm1賀躍光,吳盛才,徐鵬.城市地鐵安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析與處理9-79-139-199-2510-110-710-13日期（c）CX15（10月10日后被破壞）J.工程勘察,2011(12):46-49,54.2徐宜和.基坑工程技術(shù)現(xiàn)狀分析J.四川建筑科學(xué)研究,2005,31(6):113-117.3綦春明,聶春龍,蘇志滿.逐層開挖對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)體系工作性狀影響數(shù)值分析方法研究J.鐵道科學(xué)與工程學(xué)報(bào),2008,5圖4測(cè)斜點(diǎn)最大位移時(shí)程曲線拆撐過程采取了如下程序：拆除第三道支撐，觀測(cè)第一、第二道支撐軸力增加值若發(fā)現(xiàn)軸力增加值較小，且累計(jì)值小于設(shè)計(jì)報(bào)警值，繼續(xù)拆除第二道支撐觀測(cè)第一道支撐軸力增加值若發(fā)現(xiàn)軸力增加值較小，無需增加臨時(shí)支撐換撐施工結(jié)束。表3支撐軸力對(duì)比支撐拆除點(diǎn)號(hào)第一道支撐第二道支撐第三道支撐前軸力值第二道支撐拆除后軸力/kN第三道支撐拆除后軸力/kN(3):46-50.4孫海霞,趙文,王釗宇.盾構(gòu)法施工中地下管線沉降監(jiān)測(cè)與數(shù)值模擬J.沈陽工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2010(4):454-458.5趙忠?guī)r,石漢生,劉翔,等.南京聯(lián)強(qiáng)國際大廈深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)與監(jiān)測(cè)J.建筑結(jié)構(gòu),2007(9):65-69.6劉翔,張晨,李俊才.信息化技術(shù)對(duì)基坑施工方案的優(yōu)化J