关于地铁车站深基坑换撑工序的优化

第1页共8页关于地铁车站深基坑换撑工序的优化【内容提要】：深基坑开挖范围内常见有粉质粘土等不良土质，基坑开挖时支撑体系中设计需要回筑换撑。通过对苏州地铁苏州市轨道交通4号线土建施工项目Ⅳ-TS-06标竹辉路车站基坑围护变形监测数据的分析，适时提出优化换撑施工工艺。工作实践证明，充分利用并结合实际情况，优化换撑可以大大提高施工效率，加快施工速度并取得较好的经济效益和社会效益，对于类似条件下的深基坑施工具有参考借鉴意义。【关键词】：地铁车站深基坑换撑优化1．工程概况竹辉路站为4号线主线的第13座车站，为地下二层岛式车站，该站位于人民路与竹辉路新市路交叉路口下，沿人民路南北向布置。本站与规划6号线（地下三层岛式车站）呈T型岛-岛换乘，换乘节点及规划6号线端头井与车站同时实施。结构外包全长393.2m，标准段外包宽度为24.3m。车站主体结构标准段基坑开挖深度17.15m，南北端头井基坑开挖深度18.95m、19.94m，围护结构采用800mm地下连续墙；车站换乘段基坑开挖深度24.10m/25.9m，围护结构采用1000mm地下连续墙。由于车站所处位置交通繁忙，车流量和人流量都很大，且要求施工期间不能影响交通，因此车站主体采用半幅盖挖顺做法施工。竹辉路站周围环境复杂，地下管线众多，周围居民住宅楼离基坑较近，并且基础较差，为保护周围环境，要求地面最大沉降量≤0.1%H，围护墙最大水平位移≤0.14%H（H为基坑开挖深度），见图1-1。图1-1竹辉路车站平面图1.1工程地质、水文地质条件及其评价1.1.1工程地质在基坑开挖深度范围内土层依次为①2杂填土、①3素填土、③1粘土、③2粉质粘土、④1粉质粘土、④2粉土或粉砂、⑤1粉质粘土。以粘性土为主，间夹砂性土。第③工程地质层（粘土，粉第2页共8页质粘土）可塑为主，局部硬塑。第④工程地质层（粉质粘土、粉土）极易坍塌变形，稳定性差，易产生流沙现象，对基坑的稳定性和变形均不利，见图1.1.1-1。图1.1.1-1竹辉路站地质剖面图1.1.2水文地质在基坑开挖深度范围内根据地下水埋藏条件，可将地下水分为孔隙潜水、微承压水。（1）潜水含水层主要由全新统Q/4填土层组成，填土层由粘性土夹碎石组成，由于其颗粒级配不均匀，固结时间短，往往存在架空现象而形成孔隙，成为地下水的赋存空间，其透水性不均匀。勘察期间苏州测得潜水稳定水位为地面下1.0～1.50m左右，标高1.46～1.48m，该层水对基坑开挖有直接影响。苏州市历史最高潜水位为2.63m，近3～5年最高潜水位2.50m（1985国家高程基准），最低潜水位标高为0.21m，潜水位年变幅一般为1～2m。（2）微承压水含水层由晚更新世沉积成因的③/3、④/3粉土、④/2粉土或粉砂层组成，其隔水顶板为③/1、③/2粘性土层，具微承压性。据实测结果，微承压水水头标高在-0.20～1.90m。富水性主要受含水介质厚度制约。据区域资料，苏州市历年最高微承压水头标高为1.74m，近3～5年最高微承压水水位为1.60m左右，年变幅1m左右。1.2设计工况车站标准段设置四道支撑，其中第一道采用砼支撑，其余采用Φ609×16钢支撑；车站端头井设置五道支撑，其中第一道采用砼支撑，其余采用Φ609×16钢支撑；换乘节点竖向设置三道混凝土支撑+二(三)道钢支撑，见图1.2-1。第3页共8页图1.2-1竹辉路站支撑体系剖面图设计考虑采用换撑施工，以竹辉路站标准段施工为例，施工工艺如图1所示。依次开挖土体、架设钢支撑至基坑底部后，及时分段、分块浇筑素混凝土垫层、底板;待结构底板达到设计强度后拆除第四道钢支撑，继续施工地下二层内衬墙至第三道钢支撑下;待内衬墙达到设计强度后在第三道钢支撑标高下1.2m处架设换撑并施加预加轴力；拆除第三道钢支撑然后进行剩余侧墙和中板结构的浇筑；见图1.2-1。图1.2-1施工工序示意图2.常规换撑方法及比较2.1常规回筑换撑方法由于一般地下二层车站底板距离中板结构的净高〉6m，在底板浇筑好后至中板施工期间内，底板距离第二道钢支撑约有9m的间距，通常基坑围护设计中需保留一道支撑来逐步取代发挥临时支撑作用的支撑结构体系，从而保证临时性支撑拆除后工程能安全保质地继续进行，其实质是应力的安全有序的调整，转移和再分配。目前，这种换撑施工有以下3种做法。方法一：将支撑在侧墙和中板结构一次性浇筑时包于结构侧墙内。该种方法在没有外包防水的叠合体系衬墙中经常被采用。在支撑两端用型钢+止水钢板代替穿越侧墙的钢支撑，回筑结构封顶后割除。方法二：即需要将侧墙浇筑至需换撑的支撑下，待侧墙达到设计强度后将支撑换至已浇筑好的侧墙处。该方法适合于全外包防水的复合衬墙，且是较常规的方法。方法三：利用钢套筒内嵌入型钢+止水钢板+预先铺设防水板的新工艺。该方法考虑了复合墙体第4页共8页系中侧墙的全包防水和型钢的回收利用。但在实际施工中，经常会有防水板在施工中损坏且难以修复，以致后期钢套筒周围有渗漏水现象。2.2常规换撑方法的缺点2.2.1工程量大地下连续墙墙宽一般不大于6m，每幅地下连续墙设置两根支撑。以水平方向3m一道，以一个结构段26m考虑，支撑数量在8根左右，竹辉路车站14个结构段，工程数量大。2.2.2操作难度大车站主体采用半幅盖挖顺做法施工，所以换撑施工受到半幅铺盖的制约比较严重。结构侧墙施做至需要换撑的支撑下后，需先将支撑卸力，将支撑在围护体上的支撑重新配管（减掉主体侧墙厚度），重新吊装至已施工好的侧墙上，且要求侧墙达到设计强度。以上施工是在已经搭设完成的侧墙高度的满堂脚手架上进行，在脚手架上铺设承木板方木进行换撑操作，稍有不慎就会对满堂脚手架形成碰撞造成整体失稳。由于钢支撑本身质量重，单根拆装十分困难和难以操作。按照同类车站的施工经验，估计吊换一根支撑需要一天时间，功效低下且影响下一步施工。由于钢支撑直径为609mm，脚手架一般立杆间距为0.9m，钢支撑需要放于立杆之间，换撑时需要调整换撑位置。如果支撑与底板间净距小于脚手架的高度，在重新搭设前需先将脚手架拆除落底，并且后期拆除落底的脚手架难度大。2.2.3模板工艺难度增加混凝土浇筑时，支立侧墙模板需要穿越支撑活络头或法兰，模板穿洞后封堵费时长，效果差，浇筑时容易漏浆，混凝土浇筑质量差。2.2.4拆除吊装困难换撑需要在顶板施做完成后才进行拆除，拆除在下二层内进行，此时大型吊机利用不上，需使用手拉葫芦进行拆除，再利用自制架子车或叉车运至预留吊装孔边上再行吊出，施工时费时费力，换撑直接回筑在侧墙中也存在这些问题。2.2.5施工费用大因换撑施工，若支撑与底板间净高不足脚手架高度则需落底脚手架，造成拆除落底脚手架的费用比较大；安装以及拆除换撑的费用比较大。3.换撑优化3.1优化调整理由（1）竹辉路在基坑开挖过程中地质情况较好（无粉砂层）、基坑降水效果较好，监测数据表明：第5页共8页①基坑及周边建筑物、管线变形速率及累计变形量均较小；②支撑轴力变化小，开挖开始到开挖结束数值变化范围小。（2）支架体系内换撑施工较困难，施工工期较长，增加了基坑暴露时间，优化后可以减少一次钢支撑换撑的时间，加快施工进度，缩短了基坑暴露时间，也减小了基坑变形风险；（3）竹辉路站设置有纵向半幅铺盖，钢支撑拆除和倒运均需人工配合进行，拆撑施工进度缓慢，加长基坑暴露时间；（4）竹辉路站标准段第三道支撑下浇筑完成的侧墙及钢管支架、斜向H型钢支撑可形成临时支撑体系，等同换撑效果；（5）竹辉路站端头井保留第四道双拼钢支撑的下道支撑，可起到换撑作用；（6）地下连续墙施工质量尤其是接缝处质量较好，基坑基本无渗漏；（7）节省费用见表3.1-1。表3.1-1竹辉路钢支撑换撑费用优化计算表序号项目名称单价(元/T)工程量（T）金额（元）备注1设计钢支撑换撑4001028.15411260分包单价；工程量（钢支撑：914.85T，连系梁：113.3T）。2预估型斜向H型钢换撑1800203.64366552拟分包单价（材料费+制安费-回收费）；工程量（H型钢：163.36T，钢板：30.66T，钢筋：9.62T）。3优化金额447084.监测数据分析按照换撑采用H型钢斜撑代替钢支撑的优化方案实施，取标准段5轴的CX25、CX3两个测斜点，所处结构段以下3个节点间时间的监测数据变化作为参考：①2014.10.5（蓝色曲线）：底板浇筑前②2014.10.10（粉色曲线）：第四道钢支撑拆除时间③2014.10.15（红色曲线）：站台层第一段侧墙浇筑完成时间以3个节点前后作为分析计算依据，见表4-1。第6页共8页表4-1三个节点间时间的监测数据深度(m)CX25累计位移量（mm）深度(m)CX3累计位移量（mm）2014.10.52014.10.102014.10.152014.10.52014.10.102014.10.1500.000.000.0000.000.000.000.5-0.96-0.96-1.070.50.370.410.461-1.86-1.83-2.0310.961.071.201.5-1.40-1.57-1.751.51.842.052.5820.900.450.5022.082.312.922.52.021.591.762.52.632.923.5732.582.072.3033.323.694.433.52.762.402.673.53.583.984.6742.682.522.8143.794.214.964.52.672.692.994.53.874.305.2852.913.163.5254.835.376.475.53.493.794.215.55.926.587.8362.683.043.3867.007.788.986.52.212.382.646.58.149.0510.3872.142.062.2979.3110.3511.867.53.533.674.087.510.1911.3212.8384.855.385.98810.9612.1713.808.55.476.687.438.512.0013.3315.1696.747.538.37913.3114.7916.639.57.668.359.289.514.5016.1118.20109.3110.0311.141015.1216.8019.1210.59.479.8810.9810.516.0917.8820.45119.7910.4211.571117.0318.9221.5411.59.6810.5611.7411.517.5119.4522.411210.1811.3012.551218.7120.7924.0512.510.8311.8213.1412.519.5121.6725.101311.5112.6714.071320.1222.3625.9813.511.8312.8314.2613.521.1323.4827.021412.0413.4714.971421.4623.8527.2814.513.5614.8316.4814.521.2923.6527.231515.9717.3119.241521.0423.3826.7115.516.3817.8719.8515.520.8723.1926.341614.9216.4018.221621.6824.0927.2916.513.8415.1116.7916.521.7624.1727.341714.2215.6017.331721.4723.8527.1317.514.2015.7617.5117.521.5323.9227.241815.3216.6018.441821.1823.5326.8818.516.0117.7619.7418.519.8222.0225.351915.0116.6518.501919.7821.9825.5519.514.8916.6618.5119.519.0421.1624.592015.6517.0718.962018.5220.5723.7920.516.1616.951