CN115467370A - 大跨度车站两翼开敞式半盖挖半逆作建造方法 - Google Patents

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Abstract

一种大跨度车站两翼开敞式半盖挖半逆作建造方法，其分为三期进行开挖，先开挖一期内侧小基坑，再开挖一级围护桩以内、一期内侧小基坑范围外的二期环形基坑，最后开挖一期内侧小基坑、二期环形基坑下方的三期半盖挖基坑，从而通过在土岩组合地层中设置分级围护桩、中立柱桩、中部顶板、局部腰梁、局部混凝土支撑，使基坑围护与车站主体结构及下伏岩层之间传力明确可靠，实现了稳定的框架结构，避免了顶板、中立柱的不均匀沉降，围护桩的滑移、倾覆等问题，保证了基坑安全。相较于传统盖挖逆作法，有施工环境好、风险小、进度快、造价低、转换少、结构及防水质量高等优点。

Description

大跨度车站两翼开敞式半盖挖半逆作建造方法
技术领域
本发明涉及地下工程的技术领域，尤其涉及一种大跨度车站两翼开敞式半盖挖半逆作建造方法，更特别的是涉及一种应用于土岩组合地层中的大跨度车站两翼开敞式半盖挖半逆作建造方法。
背景技术
随着城市轨道交通线网密度的提高，地铁作为城市交通方式的一种重要组成，对人口密集型城市的客运交通正在发挥越来越大的正向作用。为了更好的分担客运压力，地铁通常设置于城市交通、人口密集的闹市区，对于客运量最大城市最繁华的一些站点，为了减少人流密度方便远期换乘等目的通常跨度较一般地铁车站更大。因此在这种情况下地铁车站建设工法选型变得尤为重要，现今常用的工法有明挖法、浅埋暗挖法和盖挖法等。这几种方法各有利弊，采用明挖法相对安全、造价较低但不可避免破坏路面造成巨大交通压力；浅埋暗挖法虽然不破坏路面交通、但造价高昂并且对于大跨车站而言施工风险极大；传统盖挖法是闹市区建设地铁车站的一种很好的选择，但是盖板上不允许预留过多竖井、封闭顶板后开挖土石方只能水平运出、工期长且费用较高。
为此，本发明的设计者有鉴于上述缺陷，通过潜心研究和设计，综合长期多年从事相关产业的经验和成果，研究设计出一种大跨度车站两翼开敞式半盖挖半逆作建造方法，以克服上述缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种大跨度车站两翼开敞式半盖挖半逆作建造方法，能有效克服现有技术的缺陷，可以快速恢复路面缓解城市交通压力，可以规避浅埋暗挖法的施工风险和传统盖挖法出渣困难的问题，从而提高施工效率、降低施工风险、节约施工成本。
为实现上述目的，本发明公开了一种大跨度车站两翼开敞式半盖挖半逆作建造方法，其特征在于包含如下步骤：
步骤一：平整场地，施作内侧小基坑围护的围护桩；
步骤二：施作车站中立柱桩，中立柱桩分为桩基与钢管柱两部分施工；
步骤三：向下依次开挖一期内侧小基坑的土石方至设计标高，挂网，喷射混凝土面层封闭围岩，架设钢围檩施作腰梁、打设预应力锚索进行基坑围护；
步骤四：施工至顶板下设计标高时，施作中部一期内侧小基坑范围内的顶板，掏槽开挖并施作顶纵梁；
步骤五：施作二期环形基坑的一级围护桩；
步骤六，破除一期内侧小基坑的围护桩，开挖二期环形基坑；
步骤七，在二期环形基坑的一级围护桩上施作局部混凝土腰梁，其与中部顶板之间施作局部混凝土支撑；
步骤八，施作顶板上部悬臂式挡土墙，回填挡土墙中部覆土，恢复临时路面交通，至此完成两翼开敞的半盖挖盖板；
步骤九，由两翼自上向下进行三期半盖挖基坑的土石方开挖，随挖随支，在土岩交界面标高范围以上支护措施为一级围护桩，打设预应力锚索，挂钢筋网，再施作喷射混凝土面板；
步骤十，开挖至基坑垫层以上300mm时进行基坑验收，疏干坑内积水，并施作底板防水层、垫层、底板；
步骤十一，敷设侧墙防水层，由下至上顺作二衬侧墙及中板；
步骤十二，破除临时的混凝土支撑，完成两侧顶板施作；
步骤十三，拆除顶板上部悬臂式挡土墙，施作顶板防水层，回填覆土，恢复路面。
其中：步骤一中围护桩施工完成后钢筋笼露出桩顶设计标高不小于30d。
其中：步骤二的中立柱桩之间及中立柱桩与钻孔灌注桩之间的差异沉降要求为：柱顶累计沉降量≤20mm，差异沉降≤15mm，相邻桩桩差异沉降≤10mm。
其中：该中立柱桩的具体施工工序为：
步骤2.1：施工准备，放线、确定桩位、钻孔清孔；
步骤2.2：整体吊放钢筋笼及钢套管，并首次灌注桩基混凝土至预定位置；
步骤2.3：安装定位器，锚固定位螺栓，使定位器十字板中心与实测桩心重合；
步骤2.4：第二次浇筑桩基混凝土来锚固定位器十字板，混凝土浇筑完毕且终凝后，浇水养护，至20h左右后混凝土强度达到25Mpa时即吊装钢管柱；
步骤2.5：安装钢管柱，将成品的钢管直接运至施工现场进行安装；
步骤2.6：灌注桩基杯口混凝土至设计桩基顶标高以形成桩基；
步骤2.7：灌注C50钢管柱的混凝土，从而通过桩基和钢管柱共同组成中立柱；
步骤2.8：上部钢套管回收，同时钢管柱周围回填干沙。
其中：步骤三中通过预应力锚索穿越钢围檩位置预留锚杆孔，采用
Figure BDA0003834276210000041
PVC管，锚索钢围檩采用2根工25b组合型钢。
其中：步骤五中钻孔灌注桩施工完成后钢筋笼露出桩顶设计标高不小于30d，浇注标高比设计标高增加500mm。
其中：二期环形基坑与三期半盖挖基坑采用分级吊脚桩支护，一级围护桩为钻孔灌注桩，嵌岩深度强风化不少于3.5m，中风化2.5m，微风化1.5m；二级围护喷锚支护采用喷锚支护，打设岩石锚杆。
其中：步骤七中所述局部混凝土支撑轴线与桩基和钢管柱的轴线对齐，支撑间距与桩基和钢管柱间距相同，从而通过局部混凝土支撑与顶板共同形成二期环形基坑、三期半盖挖基坑的内支撑系统。
其中：步骤八中回填材料采用粘土及砂性土。
其中：顶板上先回填500mm厚粘性土，填土分层压实，碾压时每层厚度在250～300mm之间；路面下填土分层试验密实度为0.95；顶板回填材料应随做防水随回填，顶板以上500mm范围内回填材料须人工回填粘土，夯实。
通过上述内容可知，本发明的大跨度车站两翼开敞式半盖挖半逆作建造方法具有如下效果：
1、尤其能应用在土岩组合地层条件下来修建大跨地铁车站，可以有效保证大跨车站施工安全，减少路面交通中止时间，缓解路面交通压力，同时尽可能降低工程造价，提高施工效率。
2、相较于传统盖挖逆作法而言，两翼开敞，中间局部盖挖有利于出渣、设备吊装进出等，可以降低施工成本、提高施工效率；仅顶板逆作、立柱桩逆作其余结构顺作可以提供更好的施工作业环境、提高结构工程质量，同时减少了侧墙、内部承重墙等垂直构件的接头施工，避免了续接处理的困难，提高了防水效果。
3、通过在土岩组合地层中设置分级围护桩、中立柱桩、中部顶板、局部腰梁、局部混凝土支撑，使基坑围护与车站主体结构及下伏岩层之间传力明确可靠，实现了稳定的框架结构，避免了顶板、中立柱的不均匀沉降，围护桩的滑移、倾覆等问题，保证了基坑安全。相较于传统盖挖逆作法，有施工环境好、风险小、进度快、造价低、转换少、结构及防水质量高等优点。
本发明的详细内容可通过后述的说明及所附图而得到。
附图说明
图1显示了本发明的大跨度车站两翼开敞式半盖挖半逆作建造方法的三期基坑组成示意图。
图2显示了本发明中开挖一期内侧小基坑逆作中立柱及中部顶板的示意图。
图3A显示了本发明中钢管柱定位安装示意图。
图3B显示了本发明中定位器平面位置关系图。
图4显示了本发明中中立柱桩的桩基与钢管柱连接示意图。
图5显示了本发明中开挖二期环形基坑施作局部支撑恢复临时路面示意图。
图6显示了本发明中开挖三期半盖挖基坑顺作底板示意图。
图7显示了本发明中顺做侧墙、中板示意图。
图8显示了本发明中主体结构完成示意图。
图9显示了本发明中回填后恢复永久路面示意图。
附图标记：
11-一期内侧小基坑，12-二期环形基坑，13-三期半盖挖基坑，21-围护桩，22-预应力锚索，23-回填材料，24-桩基，25-悬臂式挡土墙，26-局部混凝土支撑，27-一级围护桩，28-岩石锚杆，29-二级围护喷锚支护，31-顶板，32-钢管柱，33-底板，34-中板，35-侧墙，41-钢套管，42-定位器十字板，43-定位锚栓。
具体实施方式
参见图1至图9，显示了本发明的大跨度车站两翼开敞式半盖挖半逆作建造方法，优选的分为三期进行开挖，如图1所示，可先开挖一期内侧小基坑11，再开挖一级围护桩27以内、一期内侧小基坑范围外的二期环形基坑12，最后开挖一期内侧小基坑、二期环形基坑下方的三期半盖挖基坑13。
其中，本发明的大跨度车站两翼开敞式半盖挖半逆作建造方法采用以下技术方案：
步骤一：参见图2，先平整场地，施作内侧小基坑11围护的围护桩21，其中，围护桩21施工完成后钢筋笼露出桩顶设计标高不小于30d(30倍钢筋直径)，优选的是，考虑桩头混凝土浇注难以密实，要求浇注标高应比设计标高增加500mm，且施做冠梁前凿除多余部分，然后对基坑外侧土体采取可靠挡护措施，保证交通安全，清理桩顶的残渣、浮土和积水，凿毛清洗至设计标高，再施做冠梁钢筋，支模浇筑混凝土冠梁。
步骤二：施作车站中立柱桩，施工中应严格控制中立柱桩之间及中立柱桩与钻孔灌注桩之间的差异沉降，要求柱顶累计沉降量≤20mm，差异沉降≤15mm，相邻桩桩差异沉降≤10mm。
参见图3A、图3B和图4，所述步骤二中，中立柱桩可分为桩基24与钢管柱32两部分的施工，该中立柱桩的具体施工工序为：
步骤2.1：施工准备，放线、确定桩位、钻孔清孔。
步骤2.2：整体吊放钢筋笼及钢套管41，并首次灌注桩基混凝土至预定位置BG1，一般在桩基顶标高以下至少1500mm，其中，混凝土混凝土灌注后及时采用泥浆泵抽排挖孔桩内的泥浆，清除桩基表面混凝土(L1、L2范围内图3A中斜线阴影部分)，在第一次灌注混凝土初凝后及时进行，此时混凝土强度较低，利于施工。
步骤2.3：安装定位器，优选在L2范围(即桩基混凝土凿除范围载)内安装，桩基混凝土凿除完成后，清平桩头，安装下方的定位器支撑钢板。然后再次在井口将标高控制点投测于钻孔桩护壁上，采用悬挂钢尺精确定出定位器支撑钢板顶面标高(及定位器底板底面标高)。最后用吊车将定位器吊至桩底放置在定位器支撑钢板上，采用投点仪将桩心投测于桩基桩头顶面，并根据实测的桩心位置移动定位器十字板42，使定位器十字板42的中心孔与实测的桩心重合。再将定位锚栓43锚入桩基混凝土中，通过紧固定位锚栓43，保证定位十字板42在之后施工过程中中心孔于桩心重合，不发生位移。
步骤2.4：第二次浇筑桩基混凝土来锚固定位器，为缩短施工周期，保证定位器十字板42能牢固锚固于桩基混凝土中，并在钢管柱32吊装过程中不发生变形移位，可采用C40早强混凝土锚固定位器十字板42。鉴于C40早强混凝土凝结时间快，需求量小，采用混凝土搅拌机现场拌制，从井口用料斗吊入桩底，人工浇筑、振捣，浇筑完毕，用抹布清理定位器上混凝土残渣，以免影响定位精度。混凝土浇筑完毕且终凝后，浇水养护，至20h左右后混凝土强度达到25Mpa时即可吊装钢管柱32。
步骤2.5：安装钢管柱32，可将成品的钢管直接运至施工现场，焊接完成经过超声波无损探伤后，可进行安装。吊装时柱中心对准相交线，同时用两台经纬仪在十字相交轴线上测量垂直度。
步骤2.6：灌注桩基杯口混凝土至设计桩基顶标高以形成桩基，优选在在L1、L3范围内进行灌注，混凝土标号同钢管柱32混凝土采用C50；
步骤2.7：灌注C50钢管柱32的混凝土至设计位置，从而通过桩基和钢管柱32共同组成中立柱。
步骤2.8：上部钢套管回收，同时钢管柱32周围回填干沙。
步骤三：向下依次开挖一期内侧小基坑的土石方至设计标高，挂网，喷射混凝土面层封闭围岩，架设钢围檩施作腰梁、打设预应力锚索22进行基坑围护。
所述步骤三中，通过预应力锚索22穿越钢围檩位置预留锚杆孔，采用
Figure BDA0003834276210000091
PVC管，锚索钢围檩采用2根工25b组合型钢，所有焊缝均采用连续满焊。钢围檩的制作、安装必须保证其稳定、强度、变形的要求，施工中防止碰撞。
步骤四：施工至顶板下设计标高时，施作中部一期内侧小基坑范围内的顶板31，掏槽开挖并施作顶纵梁。
步骤五：同时参见图5，施作二期环形基坑的一级围护桩27，钻孔灌注桩施工完成后钢筋笼露出桩顶设计标高不小于30d，浇注标高应比设计标高增加500mm，施做冠梁前凿除多余部分。
所述步骤五中，一级围护桩指考虑到土岩组合地层中下伏花岗岩硬度高、刚度大且自稳性好，打设钻孔灌注桩较困难且无必要，因此二期环形基坑与三期半盖挖基坑采用分级吊脚桩支护，一级围护桩为钻孔灌注桩，嵌岩深度强风化不少于3.5m，中风化2.5m，微风化1.5m；二级围护喷锚支护29采用喷锚支护，打设岩石锚杆28。
步骤六，破除一期内侧小基坑的围护桩21，开挖二期环形基坑12，此时基坑整体开挖至顶板标高。
步骤七，在二期环形基坑的一级围护桩上施作局部混凝土腰梁，其与中部顶板之间施作局部混凝土支撑26，优选的是，所述局部混凝土支撑26轴线与桩基24和钢管柱32的轴线对齐，支撑间距与桩基24和钢管柱32间距相同，从而通过局部混凝土支撑与顶板共同形成二期环形基坑、三期半盖挖基坑的内支撑系统，这种属于逆作法。混凝土支撑通过腰梁与外侧基坑一级围护桩形成受力传递，从而形成均匀、明确的受力体系、防止局部应力集中破坏，能非常有效的提高支撑效果。
步骤八，施作顶板上部悬臂式挡土墙25，悬臂式挡土墙25与中部顶板31之间应设置可靠连接，防止挡土墙滑移、倾覆。回填挡土墙中部覆土23，恢复临时路面交通，至此完成两翼开敞的半盖挖盖板。
所述步骤八中，回填材料23应采用粘土及砂性土，不得含有草、垃圾等有机质。顶板上首先回填500mm厚粘性土(不透水)，填土分层压实，碾压时每层厚度在250～300mm之间；路面下填土分层试验密实度为0.95；顶板回填材料应随做防水随回填，切勿长期曝晒造成温差裂缝。顶板以上500mm范围内回填材料须人工回填粘土，夯实；恢复临时路面后，盖挖路面车辆通行时，应减速通过，限速15km/h。
步骤九，由两翼(二期环形基坑底部)自上向下进行三期半盖挖基坑的土石方开挖，随挖随支，在土岩交界面标高范围以上支护措施为一级围护桩27，打设预应力锚索22；在土岩交界面标高范围以下采用二级围护喷锚支护29。土石方开挖采用控制光面爆破，或预裂控制爆破开挖技术，以减少对顶板和中立柱桩的影响，为把爆破施工对顶板及中立柱的影响降到最小，最大爆破震动速度一般控制在2cm/s以内。开挖后立即喷射一层混凝土封闭围岩，然后打设岩石锚杆28，挂钢筋网，再施作喷射混凝土面板。二级围护面层与一级围护面层间应形成1000mm以上错台，保证一级围护桩27嵌固入岩端稳定可靠。
步骤十，开挖至基坑垫层以上300mm时，应进行基坑验收，并采用人工挖除剩余土石方，挖至设计标高后即时平整基坑，疏干坑内积水，并及时施作底板防水层和垫层，施作底板33。
步骤十一，敷设侧墙防水层，由下至上顺作二衬侧墙35及中板34。
步骤十二，破除临时的混凝土支撑26，完成两侧顶板31施作。
步骤十三，拆除顶板上部悬臂式挡土墙25，施作顶板防水层，回填覆土23，恢复路面。
其中，本发明的重点在于为：
1)施作中立柱桩
中立柱桩进入微风化岩中，可以为顶板提供稳定可靠的支撑作用，在立柱桩与顶板的保护作用下方可开挖至坑底标高实现底板、侧墙中板等主体结构的顺作，是实现仅顶板逆作的半逆作法的前提条件。施工中立柱桩时需尤其注意定位问题，防止承重柱、桩基础偏心，桩间差异沉降亦需重点控制。
2)施作局部腰梁与局部支撑
在局部腰梁与局部混凝土支撑未施作前，中部顶板与外侧基坑之间未建立相互作用关系，施作局部腰梁与局部混凝土支撑后外侧基坑与中部顶板、中立柱桩才形成完成的受力框架体系。围护桩所受到的水土压力由腰梁传递至支撑与顶板，从而抑制围护桩变形、保证基坑安全，这种支护结构与主体结构相结合的设计方法，属于逆作法范畴。
3)岩质边坡二级围护
本工法受到地质条件限制，主要使用岩质地层会土岩组合地层。对于这种地质，岩石条件较好，围岩结构稳定，对于支护的要求较低，采用喷锚柔性支护即可保证基坑安全，不需要额外内支撑体系。因此在逆作顶板并实现两翼开敞半盖挖后可以随挖随支至基坑底部标高后顺作主体结构，不需要中板等主体结构作为支撑保证基坑安全。
显而易见的是，以上的描述和记载仅仅是举例而不是为了限制本发明的公开内容、应用或使用。虽然已经在实施例中描述过并且在附图中描述了实施例，但本发明不限制由附图示例和在实施例中描述的作为目前认为的最佳模式以实施本发明的教导的特定例子，本发明的范围将包括落入前面的说明书和所附的权利要求的任何实施例。

Claims (10)

1.一种大跨度车站两翼开敞式半盖挖半逆作建造方法，其特征在于包含如下步骤：
步骤一：平整场地，施作内侧小基坑围护的围护桩；
步骤二：施作车站中立柱桩，中立柱桩分为桩基与钢管柱两部分施工；
步骤三：向下依次开挖一期内侧小基坑的土石方至设计标高，挂网，喷射混凝土面层封闭围岩，架设钢围檩施作腰梁、打设预应力锚索进行基坑围护；
步骤四：施工至顶板下设计标高时，施作中部一期内侧小基坑范围内的顶板，掏槽开挖并施作顶纵梁；
步骤五：施作二期环形基坑的一级围护桩；
步骤六，破除一期内侧小基坑的围护桩，开挖二期环形基坑；
步骤七，在二期环形基坑的一级围护桩上施作局部混凝土腰梁，其与中部顶板之间施作局部混凝土支撑；
步骤八，施作顶板上部悬臂式挡土墙，回填挡土墙中部覆土，恢复临时路面交通，至此完成两翼开敞的半盖挖盖板；
步骤九，由两翼自上向下进行三期半盖挖基坑的土石方开挖，随挖随支，在土岩交界面标高范围以上支护措施为一级围护桩，打设预应力锚索，挂钢筋网，再施作喷射混凝土面板；
步骤十，开挖至基坑垫层以上300mm时进行基坑验收，疏干坑内积水，并施作底板防水层、垫层、底板；
步骤十一，敷设侧墙防水层，由下至上顺作二衬侧墙及中板；
步骤十二，破除临时的混凝土支撑，完成两侧顶板施作；
步骤十三，拆除顶板上部悬臂式挡土墙，施作顶板防水层，回填覆土，恢复路面。
2.如权利要求1所述的大跨度车站两翼开敞式半盖挖半逆作建造方法，其特征在于：步骤一中围护桩施工完成后钢筋笼露出桩顶设计标高不小于30d。
3.如权利要求1所述的大跨度车站两翼开敞式半盖挖半逆作建造方法，其特征在于：步骤二的中立柱桩之间及中立柱桩与钻孔灌注桩之间的差异沉降要求为：柱顶累计沉降量≤20mm，差异沉降≤15mm，相邻桩桩差异沉降≤10mm。
4.如权利要求1所述的大跨度车站两翼开敞式半盖挖半逆作建造方法，其特征在于：该中立柱桩的具体施工工序为：
步骤2.1：施工准备，放线、确定桩位、钻孔清孔；
步骤2.2：整体吊放钢筋笼及钢套管，并首次灌注桩基混凝土至预定位置；
步骤2.3：安装定位器，锚固定位螺栓，使定位器十字板中心与实测桩心重合；
步骤2.4：第二次浇筑桩基混凝土来锚固定位器，混凝土浇筑完毕且终凝后，浇水养护，至20h左右后混凝土强度达到25Mpa时即吊装钢管柱；
步骤2.5：安装钢管柱，将成品的钢管直接运至施工现场进行安装；
步骤2.6：灌注桩基杯口混凝土至设计桩基顶标高以形成桩基；
步骤2.7：灌注C50钢管柱的混凝土，从而通过桩基和钢管柱共同组成中立柱；
步骤2.8：上部钢套管回收，同时钢管柱周围回填干沙。
5.如权利要求1所述的大跨度车站两翼开敞式半盖挖半逆作建造方法，其特征在于：步骤三中通过预应力锚索穿越钢围檩位置预留锚杆孔，采用
Figure FDA0003834276200000031
管，锚索钢围檩采用2根工25b组合型钢。
6.如权利要求1所述的大跨度车站两翼开敞式半盖挖半逆作建造方法，其特征在于：步骤五中钻孔灌注桩施工完成后钢筋笼露出桩顶设计标高不小于30d，浇注标高比设计标高增加500mm。
7.如权利要求1所述的大跨度车站两翼开敞式半盖挖半逆作建造方法，其特征在于：二期环形基坑与三期半盖挖基坑采用分级吊脚桩支护，一级围护桩为钻孔灌注桩，嵌岩深度强风化不少于3.5m，中风化2.5m，微风化1.5m；二级围护喷锚支护采用喷锚支护，打设岩石锚杆。
8.如权利要求1所述的大跨度车站两翼开敞式半盖挖半逆作建造方法，其特征在于：步骤七中所述局部混凝土支撑轴线与桩基和钢管柱的轴线对齐，支撑间距与桩基和钢管柱间距相同，从而通过局部混凝土支撑与顶板共同形成二期环形基坑、三期半盖挖基坑的内支撑系统。
9.如权利要求1所述的大跨度车站两翼开敞式半盖挖半逆作建造方法，其特征在于：步骤八中回填材料采用粘土及砂性土。
10.如权利要求9所述的大跨度车站两翼开敞式半盖挖半逆作建造方法，其特征在于：顶板上先回填500mm厚粘性土，填土分层压实，碾压时每层厚度在250～300mm之间；路面下填土分层试验密实度为0.95；顶板回填材料应随做防水随回填，顶板以上500mm范围内回填材料须人工回填粘土，夯实。
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