地铁车站土建施工

地铁车站土建施工杨国伟上海地铁建设有限公司一、引言地铁具有运量大、快捷、安全、准时、舒适等特点，是城市交通的主要发展方向。世界上第一条地铁是1863年在伦敦修建的，迄今已有近一个半世纪。这一个半世纪中，随着土建施工技术、机械制造技术、通信及信号技术等诸多领域的飞速发展，地铁事业亦取得了长足进步。从地铁运营的里程上看，欧洲和北美发达国家占领先地位，但近20年发展中国家的地铁事业也呈蓬勃发展之势。我国1971年北京建成第一条地铁，目前上海、广州、深圳、南京等多个城市均已部分建成并正在兴建地铁网络，我国地铁事业正进入一个发展高潮。上海早在1958年就已经开始筹建地铁，经过长期摸索、克服了种种艰难，终于在1995年4月28日地铁一号线建成试运营，历时38年。其后，2000年7月地铁二号线建成、2001年底明珠一期建成，目前在建或即将开工的有一号线北延伸（共和新路高架）、莘闵线、明珠二期、M8线、二号线西延伸、明珠一期北延伸、R4线等等。上海地铁建设进入了前所未有的高速发展阶段。在上海软土地区，地层基本为饱和含水流塑或软塑粘土层，抗剪强度低，含水量高达40%以上，灵敏度在4~5，压缩性大都属高压缩，并具有较大的流变性，这种软弱流变的地质条件决定了上海地区的基坑工程中环境保护问题更为突出。在上海曾出现一些深基坑周围地层移动引起附近建筑和设施破坏的工程事故，造成了严重的社会影响和经济损失，因此控制深基坑施工过程中的风险贯穿于施工的全过程。土建施工在车站施工中所占的周期、投资都比较大，而且是车站施工中风险比较集中的阶段，尤其应引起足够重视。地铁土建施工涉及到诸多工序，以下按工序介绍：二、围护结构围护结构的主要作用是与支撑一起形成支护体系，支挡坑内外的不平衡土压力，保持基坑的稳定。因此，围护结构应具有足够的强度、刚度和稳定性。在上海地铁车站工程中，主要应用的有两类围护结构：地下连续墙和SMW（SoilMixingWall）工法。（1）地下连续墙地下连续墙是在基坑四周通过成槽、钢筋混凝土施工等工艺形成的具有较好强度、刚度和抗渗性的地下连续壁。地下连续墙具有刚度大、抗渗性能好、施工过程中无振动、无噪音等特点。地下连续墙作为地铁车站深基坑的挡土围护结构，施工时对周围环境影响小，适宜在城市建筑密集区域作业。一般地下连续墙适用于开挖深度14米以上的深基坑。根据地下连续墙在施工阶段和使用阶段的作用，地下连续墙可以分为单墙体系和双墙体系。双墙体系中，地下墙在施工阶段作为挡土结构与支撑一起形成支护体系；在使用阶段与内衬墙共同工作形成受力体系，承受结构荷载。单墙体系中，地下墙在施工阶段作为挡土结构与支撑一起形成支护体系；在使用阶段单独作为承重体系的一部分，承受结构荷载。1.1.地下连续墙施工工艺地下连续墙工艺流程：导墙施工成槽成槽过程中应使用泥浆护壁，泥浆于现场配制。泥浆置换、清底吊放锁口管钢筋笼吊放混凝土浇捣锁口管拔出地下连续墙施工前先要构筑导墙，导墙净宽应比连续墙宽度稍宽约4cm，顶部比地面高4~5cm。一般导墙深度约1.5米，遇障碍物或暗浜等特殊情况时，应先行处理，考虑导墙加深并要求导墙落到原状土上。地下连续墙分幅成槽和浇捣混凝土，每次成槽宽度约2~6米，平面形状有“—”形、“L”形和“T”形等。槽段有先行幅和后行幅之分，先行幅在槽段两头放置锁口管。地下连续墙接头常用的有：预制接头、刚性接头、柔性防水接头和预留注浆孔接头等。1.2.地墙施工控制要点：（1）导墙轴线和标高的复测：导墙轴线决定着地下连续墙的位置；导墙顶标高将影响到钢筋笼的入槽标高。在单墙结构地铁车站中，进而将影响到钢筋连接器与底板、中楼板和顶板钢筋的连接。因此，导墙的轴线和标高，施工单位必须报验。（2）成槽泥浆性能指标的控制：成槽泥浆的比重、粘度、含砂量等项指标，不仅影响槽壁的稳定，同时也影响地下连续墙混凝土的密实性和防水性能。因此，在地墙成槽和混凝土浇筑过程中，必须逐幅槽段进行抽检，将泥浆指标控制在设计要求或规范规定的范围内。（3）成槽深度、垂直度：成槽深度、垂直度，必须控制在设计或规范允许范围内，一般应控制地墙垂直度高于3/1000，对于单墙结构车站，尤其应严格控制地墙的垂直度；成槽达到设计标高后，应进行清槽，以提高地墙的承载能力，减小沉降量。（4）钢筋笼：在钢筋品种、规格、数量符合设计要求的前提下，对单墙结构地下连续墙，应重点控制：a.钢筋连接器与底、中、顶板对应位置的准确性；b.钢筋笼入槽时笼顶标高即吊筋长度控制，以确保钢筋连接器位置的准确。（5）混凝土浇筑：检查商品混凝土的配合比、强度和抗渗等级、坍落度，必须符合设计要求；检查导管埋入混凝土面的深度，避免因埋管过浅造成夹泥断墙事故；计算地墙混凝土的充盈系数，判断地墙施工质量。1.3.减少地下连续墙施工中对周围环境影响的若干措施（1）减小槽幅宽度（2）加固槽壁土体，一般用搅拌桩或注浆等方法加固。（3）做高导墙抬高泥浆液面或降水加大槽内外液面高差。（4）在保护对象和槽壁间设置隔离桩。（2）SMW工法SMW工法是指将土与水泥浆搅拌后形成搅拌桩墙体，在墙体中插入高强度劲性芯材（一般为型钢）使之与搅拌桩墙体形成的复合挡土墙。SMW工法作为基坑围护结构于1976年由日本竹中土木株式会社与成幸工业株式会社开发成功并应用。1986年日本材料协会编制了SMW工法的施工规范，使SMW工法的应用出现了一个高潮。据统计，至1993年，这一工法占日本基坑围护结构的50%，目前占到80%，已成为基坑围护的主要工法。国内应用搅拌桩作围护和地基加固始于80年代，但当时使用的是纯搅拌桩，未加型钢。明珠二期兰村路站是目前国内以SMW工法作为围护结构的最大的基坑工程，该基坑围护结构全长700多米、最深达26米。SMW工法作为一种新型的围护结构，具有以下特点：对周围环境影响小、高止水性、可在各种地层中使用、大厚度和大深度、施工速度快、造价低、环境污染小。2.1.SMW工法施工工艺SMW工法施工工艺流程：（搅拌桩施工工艺见搅拌桩节）开挖导沟设置导向定位钢板SMW搅拌机架设SMW搅拌机列位混合搅拌插入型钢残土处理施工完毕搅拌机械撤出型钢回收硬化度制作注入型钢涂减摩擦材料SWM工法工艺流程图2.2.SMW工法施工控制要点（1）在搅拌机过程中，注入地层的浆液有一部份会流返回地面，须沿挡向施作一沟槽。沟槽边设固定支架，以便固定插入的H型钢。（2）在搅拌成桩时，所需容量70～80％的水泥浆宜在下行钻进时灌入，其余的20～30％宜在螺旋钻上行回程时灌入。此时所需水泥浆仅用于充填钻具撤出留下的空隙。螺旋钻上拔的灌浆，对于饱和疏松的土体具有特别的意义，因为这种地层中的柱体易产生空隙。螺旋钻上行时，螺钻最好反向旋转，且不能停止，以防产生真空，有真空就可能导致柱体墙的坍塌(非饱和土体)。（3）施工应按跳孔顺序进行，为保证围护结构的连续性和接头施工质量，两桩搭接部分应重复套钻。（4）在搅拌桩的施工过程中，要特别注意水泥浆液的注入量和搅拌沉入及提升量及提升速度。下钻进的速度应比上提时的速度慢一倍左右，以便尽可能保证水泥土的充分搅拌，又可获得较高的贯入速度。在砂土互层或土性变化较大的场地施工时，应根据各种土质的情况选择水泥浆液的配合比，以便得到较均匀的墙体，确保工程质量。（5）H型钢的回收，通过在插入的H钢表面涂一层减摩材料，从而使H型钢便于拔出回收。针对不同工程，不同水泥浆液配合比，在施工前作H型钢的拉拔试验，以确保H型钢的顺利回收。基坑开挖时围护墙体会产生弯曲变形，弯曲后H型钢的回收会比较困难，因此若考虑型钢回收则开挖过程中应尽量减小围护结构的变形。（6）水泥浆液中的掺加剂：国内工程多掺入一定量的木质素，以减小水泥浆液在注浆过程的堵塞现象。也可在水泥浆液中掺加膨润土，利用膨润土的保水性以增加水泥土的变形能力。不致因墙体变形而过早开裂，从而影响墙体的抗渗性。日本公司在施工时，材料的配比基本是1m3土体注入水泥75～200kg，膨润土10～30kg，水灰比w/c为0.3～0.8，根据工程类别及土性选择使用。三、加固由于上海地区土质松软、含水量高、流变性强，因此对于较深的基坑，若不采取措施则开挖变形将较大。由于地铁基坑大多处于城市建筑物、管线较密集地区，对变形控制要求非常高，因此在基坑深度大、周围环境复杂时，应考虑对基坑进行加固。基坑加固方法有很多种，这里主要介绍在地铁工程中应用较多的几种：注浆法、深层搅拌法、旋喷法等。广意上讲此三种工法均属于注浆工法，此处所讲的注浆法是指狭义上的注浆法即通过注浆管进行的单液浆或双液浆施工方法。1、注浆加固注浆法是指将注浆管置于（打入法、钻孔法、振冲法等）所要加固的地层中，通过注浆管注入浆液，使之与土体形成复合体，增加土体强度。根据注浆进入土体的压力、掺和方式的不同，注浆可分为劈裂注浆和压密注浆。当注浆压力比较大时，浆液将沿作土体的薄弱处注入，沿径向流动，最终形成狼牙棒式的注浆体，这种方法称之为劈裂注浆。当压力较小时，浆液压力不足以劈裂土体，注浆体呈柱状，主要通过挤密作用加强土体，此方法称之为压密注浆。根据浆液成分和配比的不同，可分为单液浆和双液浆。单液浆主要材料为水泥（可掺加适量的粉煤灰），而双液浆主要为水泥（适量粉煤灰）和水玻璃溶液的混合液。由于水泥浆和水玻璃液混合后会迅速凝固并产生强度，因此双液浆可用于工期紧、早期强度要求比较高的基坑加固。注浆工艺流程：（1）注浆孔定位（2）浆液配置（3）机架就位（4）注浆管钻进（或打入、振入）（5）浆体注入边提升注浆管（6）机架移位注浆控制要点：（1）控制浆液配比正式施工之前，根据搅拌罐容积和设计配合比，配制标准水泥浆液，测得标准条件下水泥浆比重和粘度。施工过程中应随机抽检水泥浆比重、粘度，以检查水泥掺量是否符合设计要求。（2）控制注浆量应配置浆液流量自动记录装置，如实记录浆液注入量。若无流量计，则在正式施工前，应对搅拌罐的容积进行标定，根据配合比、水灰比要求和加固深度、设计孔距等项数据，通过计算确定每孔水泥浆液注入量，作为施工标准和检查依据。（3）控制施工参数首先是加固深度部位的控制，复核钻杆长度，使其满足加固深度要求；其次，施工中随机检查施工参数的执行情况，如注浆压力、注浆量、拔管间距等，发现问题，及时整改。（4）加固效果检验：确定检验方法，应满足设计单位提出的检验指标的要求，通常要求加固后土层的PS值达到1.0～1.5Mpa。要求进行静力触探检验，检验点位应随机抽样确定。2、搅拌桩加固搅拌桩是指利用特殊的搅拌头或钻头，钻进地基至一定深度后，喷出固化剂，使其沿着钻孔深度与地基土强行拌和而形成的加固土桩体。固化剂通常采用水泥或石灰，可以是浆体或粉体。搅拌桩适用于加固淤泥、淤泥质土和含水量较高而地基承载力小于120Kpa的粘土、粉土等软土地基。搅拌桩施工时无振动、无噪声、无泥浆污染、适合于在城市建筑物等密集地区进行地基加固。根据机械中搅拌头数量可分为：单轴机、两轴机、三轴机和多轴机。每种机械在加固过程中的挤土和涌土性能均不相同，应引起足够重视。搅拌桩加固工艺流程（1）定位（2）搅拌下沉（3）喷浆提升（4）重复搅拌下沉（5）重复搅拌提升（6）清洗（7）移位3、旋喷加固旋喷加固是通过旋喷管将高压喷射流注入土体内，使之与土体充分混合并重新结构从而提高土体强度的一种加固方法。旋喷加固的特点：（1）受土层、土的粒度、土的密度、硬化剂粘性、硬化剂硬化时间的影响较小，可以广泛应用于淤泥、软弱粘土、砂土甚至砂卵石地层等。（2）加固体强度较高，可达100~2000Kpa。（3）可以有计划地在预定地范围内注入必要地浆液，形成一定距离地桩，或连成一片地排桩或薄地帷幕，加固深度可以自由调节。（4）可以形成垂直的墙体亦可以根据需要形成水平或倾斜墙体。旋喷法可分为单管旋喷、二重管旋喷和三重管旋喷。单管时仅喷射高压浆体；二重管旋喷同时喷射高压浆体和高压空气；三重管旋喷喷射喷射高压浆体、高压空气以及高压水。其中二重管旋喷加固半径可达100cm，三重管旋喷加固半径可达80~200cm。旋喷加固工艺：旋喷加固可分为两个阶段：第一阶段为成孔阶段，即