装配式铺盖法修建地铁车站施工关键技术研究

装配式铺盖法修建地铁车站施工关键技术研究北京市政建设集团有限责任公司北京交通大学详细科研报告请点击一、工程概况二、研究报告一装配式铺盖法研究必要性三、研究报告二采用装配式铺盖法修建的合理结构模式研究四、研究报告三装配式铺盖法修建地铁车站的关键技术五、研究报告四装配式铺盖法修建地铁车站的管线处治技术六、研究报告五监控量测及信息反馈七、主要研究成果和创新点八、支撑材料目录一、工程概况车站位于万丰路与丰台北路交叉路口北侧万丰路下方。车站总建筑面积14209m2。车站主体采用装配式铺盖法施工，双层三跨箱型框架结构，岛式站台，总长201.8m，标准段宽21m。车站合同价1.4亿元。站体西侧为华堂商场和望园东里小区，东侧为卢沟桥乡政府和宏景绿洲小区。丰台北路万丰路丰台北路站丰台北路站总平面图车站边线车站边线本车站的土层分布较为稳定，自上而下依次为人工填土、新近沉积土层、第四纪晚更新世冲洪积地层，其中人工填土普遍厚度0.2～2.8m，新近沉积土层普遍厚度2.5～6.9m；第四纪晚更新世冲洪积层主要包括圆砾卵石⑤层、卵石⑦层及卵石⑨层。根据人工探井资料，本场地存在粒径大于200mm的漂石，其分布随机性较强，漂石最大粒径不小于650mm。卵石⑤层砾石颗粒最大天然抗压强度达到186.38MPa，卵石⑦层砾石颗粒最大天然抗压强度达到145.77MPa，漂石含量为15%～45%。工程地质及水文地质条件场区范围内地下水类型主要为潜水，主要含水层为卵石⑦层，该层地下水以大气降水入渗补给方式为主，主要以人工开采方式排泄，水位埋深25.70～28.30m，水位标高为19.03～21.79m，。十四号线与九号线换乘节点基坑深26.52m，基底标高20.08m，进入潜水2.0m，主要含水层为卵石⑦层。施工时需考虑局部降水。现场挖出的大粒径漂石丰台北路站采用装配式铺盖法施工，整个体系由基坑支护体系和铺盖体系组成，其中基坑支护体系由围护桩（墙）、腰梁、横撑、角撑等部分组成，主要用于抵抗基坑周围的土、水压力等荷载。铺盖体系由铺盖板、铺板梁、梁支撑和中间桩组成，主要用于支撑路面荷载。施工方法及施工步序1.一期交通导改及施工围挡；车站东侧围护桩及中桩施工。2.车站东侧铺盖体系施工。4.车站中部铺盖板施工。3.车站东侧铺盖板上恢复交通；二期交通导改及施工围挡；车站中部中间桩施工。5.车站中部铺盖板上恢复交通；三期交通导改及施工围挡；车站西侧围护桩及铺盖体系施工。6.四期交通导改及施工围挡；在铺盖板下进行车站土方及结构施工，同时在围挡内进行西侧附属结构施工。7.车站施工完成后，拆除铺盖板，恢复管线及道路；五期交通导改及施工围挡；进行东侧附属结构施工。车站原设计为全铺盖施工，后因工期提前一年，施工方法优化为半铺盖半明开挖形式：标准段170m，东侧宽约7m为铺盖形式，西侧宽约14m为明挖形式；南端换乘节点段31m因位于十字路口，为全铺盖施工形式。采用半铺盖半明开施工形式，既解决了交通问题，又加快了施工进度，确保了工期。铺盖板明开基坑钢支撑1536t1200t78％基坑开挖完成主体结构混凝土18400m³2420m³13％工程特点1)装配式铺盖法首次在北京地铁车站施工中应用丰台北路车站施工主要占据现况万丰路路面，该道路为双向六车道道路，为了满足“占一还一”的原则，尽量减少对道路使用的影响，采用铺盖法施工。本次采用盖挖顺作法，由于装配式铺盖法临时路面支撑系统比较轻便，高度较小，架设时占用路面时间短，架设方便，临时路面铺盖板标准化、安装方便、所以本次施工采用装配式铺盖法施工。2)工程规模大，包含专业种类多，工期紧张本工程除了包含以往常规的土建施工外，还包括了除房屋外的地上物的拆迁、地下管线改移、拆除；结构防水；动力照明；暖通空调；给排水及消防；设备安装；装饰装修等多个专业项目。因此，需要做好整个工程的整体组织协调。土方开挖及结构施工8个月，设备安装及装修8个月。技术难点1)装配式铺盖法施工为本次施工的难点本次采用的装配式铺盖法施工为北京市地铁车站中首次使用。同时，铺盖法施工的支护体系转换中存在若干技术问题、需要在试验等配合验证才能引进吸收，为以后的施工推广应用提供理论及实践数据。2)在大粒径卵石、漂石地层中钻孔灌注桩成孔难度大根据地质勘察报告，本标段地层5~25m之间普遍分布粒径大于200mm的漂石，粒径大于300mm漂石地层中或大粒径卵石含量高的地层中，使用传统单一的旋挖钻机或循环钻机进行钻孔灌注桩施工效率低，甚至难以成孔，这是本工程的难点之一。国外的装配式铺盖法车站，围护结构一般是地下连续墙，对地下水不作止水处理。丰台北路站改进了围护结构形式，采用排桩支护，在换乘节点处，基坑底面设计标高低于地下水位，并且土层为漂石地层，需要对地下水进行注浆止水处理。3）地面不具备降水井施作条件，地下水处理困难二、研究报告一装配式铺盖法研究必要性2010年第六次全国人口普查结果显示北京常住人口为1961.2万人，年平均增长率为3.8%，并且截至2010年9月统计，北京市机动车保有量突破了450万辆。大量人口和机动车给交通带来了巨大的压力，地铁的舒适、快捷和便利，地铁也就成为了许多城市交通的重要组成部分，目前北京地铁运营里程336公里，车站达到198座。计划2015年建成19条线路、达到561公里的运营里程。在北京修建地铁车站的方法一般有明挖法、盖挖法、暗挖法。比较项目明挖法盖挖法暗挖法明盖挖结合法成本低较高高适中施工速度快较慢缓慢较快劳动强度高适中高适中机械化程度较高高低较高环境及管线影响性大小大较小交通影响性大小小小根据本站的总体施工顺序和工期安排，分别实施五期交通围挡，一方面保证交通畅通，一方面保证施工正常进行。交通导改前后分别进行了交通流量调查，调查数据表明铺盖法对交通的影响较小。分别对明挖法和半明半盖法以及本车站进行调研，结果表明可以减少施工期间对交通的影响定义车站施工对交通的影响大小定义交通影响因子K=（施工前正常车流量－施工过程中车流量）／施工前正常车流量（这个参数为0即表示无影响；参数为1即表示完全阻碍。）施工方法车站实例阶段施工前正常车流量（辆/日）施工过程车流量（辆/日）交通影响因子K明挖法市体育馆站———1879095620.49半明半盖法长沙火车站站第一次交通导改19565158500.19第二次交通导改19565160110.18半明挖半铺盖板法丰台北路站第一次交通导改23456202450.14第二次交通导改23456198740.15第三次交通导改23456187650.20第四次交通导改23456192560.18第五次交通导改23456202110.1现状及必要性：在我国城市地铁车站施工中，大多采用盖挖法或明挖法和暗挖法施工。明挖法，扬尘问题严重，影响环境，影响交通。盖挖法，无标准的临时路面铺盖构件。以军便梁和临时钢板代替铺盖，增加了投资，且使用不便。我国现今采用的盖挖法，需要大量的临时支撑，制造及使用很不规范，设计计算方法以及支撑的结构形式不合理，浪费材料，增加投资。研究装配式铺盖法修建地铁车站关键技术是当前重要的课题。三、研究报告二采用装配式铺盖法修建的合理结构模式研究1．研究了地铁车站修建的一般方法，介绍了明挖法、暗挖法、盖挖法及明盖结合装配式铺盖法的工艺和特点。装配式铺盖法修建地铁车站具有很大的优越性，在快速恢复路面、处理地下管线等方面具有很大优势，投资成本低、进度适中、机械化程度高，可以在条件苛刻的地方使用铺盖法修建地铁车站。2.铺盖体系的基本组成构件主要包括铺盖板和铺盖支撑体系，其中铺盖支撑体系又包括铺板梁、梁支撑、承载桩(包括主桩和中间桩)、水平支撑和斜支撑。铺盖板作为地上构件，用于铺设路面(临时路面)；铺盖支撑体系作为地下构件，除用于支撑铺盖板以外，铺盖板支撑梁还可用于地下管线悬吊。梁支撑和主桩除用作支撑结构外，还可用作围护挡土结构。3.铺盖体系方案的核心是中间桩的布置，其他构件的选型都与中间桩的布置形式密切相关。为方便铺盖板铺设，在车站纵横方向分别设置了梁支撑和铺板梁。铺盖板通过特制的扣件与铺板梁连接。4.中间桩在基坑标准段采用400×400×13×21mmH型钢，换乘段采用400×400×20×32mm形式，中间桩纵向间距采用4m，距基坑边为7m，中间桩与结构中柱分开设置。5.铺盖板采用钢制铺盖板，标准段尺寸为3000×1000×200mm；梁支撑、铺板梁等均采用H型钢，梁支撑采用700×300×13×24mm，铺板梁在标准段选用700×300×12×30形式，间距服从铺盖板模数，采用3m。6．形成了一套铺盖法管线悬吊的标准构件，主要包括双合抱卡、悬吊梁、吊架、中间桩支架、角钢笼等。7.丰台北路车站的合理结构形式是半明半盖，不仅满足了交通需求，而且也可以保证施工便利及施工进度，采用设计的结构形式布置是较为合理的布置形式。四、研究报告三装配式铺盖法修建地铁车站的关键技术主要创新点：首次在北京地区使用全套管钻机施工钻孔灌注桩，针对漂石地层的大粒径漂石，全套管钻机在成孔效率、成孔质量、经济合理性及对周边环境的影响等方面都有良好的表现，施工过程中建立了一套针对漂石地层的完整的机械成桩技术体系。关键技术1：漂石地层机械成桩技术全套管钻机可适用于各种土层，而且施工环境好，对周边环境无泥浆污染，特别适合于城区施工。车站主体基坑采用φ1000围护桩，总计283棵，采用全套管冲抓成孔法进行施工围护桩类型规格孔深（m）成孔工艺工程量（棵）车站南端桩Aφ1000@150033.5人工挖孔＋旋挖钻机57车站标准段桩Bφ1000@180022.6人工挖孔155车站北端桩Cφ1000@140024.2人工挖孔71总计283施工工艺：制作井圈→套管钻机就位对中→吊放第一节套管→测控垂直度→压入第一节套管→校对垂直度→抓斗取土，套管逐节钻进→测量孔深→清除孔底虚土→吊放钢筋笼→吊放砼导管→灌注砼→测定砼面→桩机移位摇摆式全套管钻机设备示意图全套管钻机成桩工艺在漂石地层的成桩过程中对粒径不大的漂石(粒径小于一半桩径)完全可以用冲抓斗直接抓出，而对于粒径较大的漂石(抓斗无法取出的漂石)则可以采用十字冲击锤破碎后用冲抓斗抓出，由于钢套管全程护壁，破碎漂石时即使有很大振动也不会有塌孔的危险。大粒径漂石处理方法由于套管内壁与钢筋笼外缘之间的空隙较小，在上拔套管的时候，钢筋笼有可能被套管带着一起上浮。其预防措施主要有：①钢筋砼桩砼的骨料粒径应尽量小一些，不宜大于20mm。②在钢筋笼底部设置钢筋砼与φ20十字型加强筋封板，以增加其抗浮能力。③成孔垂直度必须达到设计要求。④钢筋笼制作必须满足设计及规范要求。⑤砼塌落度、和易性必须达到设计规范要求。⑥浇砼时，若孔底水位较高情况下导管密封必须完好，且导管不能拔出砼面,保证导管在砼内埋深2m以上。克服钢筋笼上浮的方法主要创新点：丰台北路站在国内首次引进、吸收、消化再创新的应用了装配式铺盖板法，施工过程中发明了专利：一种中间桩定位方法（发明专利申请号：201110257564.X）和一种铺盖板与支撑梁的连接构件（发明专利申请号：201110294487.5）。解决了中间桩施工过程中的精确度问题，各构件之间的连接问题，以及施工工艺问题。主要技术内容：关键技术2：铺盖体系施工技术中间桩施工：按设计要求开挖桩孔，在桩孔中吊装临时中间桩钢筋笼，在临时中间桩钢筋笼上部围桩孔内壁上安装定位器；在桩孔安装用来固定H型钢的桩孔定位支架，桩孔定位支架通过预埋连接构件固定在桩孔顶部；对底部定位器进行检验校正，经过检验合格后，进行临时中间桩下部基础结构混凝土浇注作业，浇注至设计位置；浇注作业完成后，立即吊装H型钢，待H型钢吊装入孔，依靠定位器对H型钢进行检验校正，检验校正后立即通过定位支架对H型钢进行锁定定位。发明的铺盖法修建地铁车站中间桩定位方法定位准确，施工方法简单，可保证整个铺盖体系的安全性。梁支撑、铺板梁及连接体系施工方法：梁支撑、铺板梁及连接体系的安装主要采用栓接，加劲肋采用焊接工艺。施工时，梁支