新型盖挖法

城市地下空间建设新技术住房和城乡建设部执业资格注册中心2014年10月24-26日全国注册土木工程师（岩土）继续教育必修教材全国师资培训班3.1概述3.2技术介绍3.3工程应用3.4总结第3章新型盖挖法提纲3.1概述新型盖挖法：提出将盖板体系与基坑的支撑体系相结合的设计施工理念，即在地面标高位置，借助基坑的第一道混凝土支撑，于其上架设H型钢梁，并在H型钢梁上架设可拆卸的钢盖板，一方面可供社会交通车辆行走；另一方面，钢路面结构作为施工场地的同时，在开挖过程中，可及时拆卸，以满足土方和材料运输的要求。结合相应的临时路面体系的施工来保障交通以及施工的顺利进行。定义3.2技术介绍临时路面构建时的平面翻交流程（包括围护结构的施工及临时路面体系构建），以及临时路面构建完成后竖向基坑开挖及结构（包括支护体系）的回作。3.2.1新型盖挖法施工流程3.2技术介绍（1）施工北侧基坑围护结构、中间立柱及基底土体加固，预留南侧保持交通运行；（2）恢复北侧路面交通，施工南侧围护结构、基底土体加固；（3）开挖南侧基坑土体，构建南侧临时路面体系支承结构（首道支撑），铺设盖板梁、盖板；（4）恢复南侧交通，开挖北侧基坑土体，构建北侧临时路面体系。3.2.2新型盖挖法具体施工工序3.2技术介绍3.2.3围护结构、立柱及盖板铺设流程示意图3.2技术介绍3.2.4临时路面体系构建过程中的交通组织及施工组织的大致流程（1）（2）（3）3.2技术介绍3.2.5首道支撑选型与设计钢筋混凝土和型钢作为首道支撑进行比较得出：在上海软土地层，盖板梁首道支撑采用合设方式且采用钢筋混凝土支撑，具有更好的整体性，能较好的控制围护结构的变形，减小基坑工程对环境的影响。首道支撑既要承受竖向荷载，起到盖板梁的作用，又要承受围护结构的水平推力，起到支撑的作用，因此首道支撑的布置方式，需同时满足盖板梁和支撑的要求。首道支撑同时承受次梁传递的竖向荷载和围护墙变形产生的轴力。该构件的设计应按弯压混凝土结构进行设计，最大设计载荷下的挠度应小于L/500。3.2技术介绍3.2.6首道支撑布置方式及计算简图3.2技术介绍临时路面体系的设计包括盖板以及盖板梁的设计，需遵循三个原则：标准化、模数化，低造价，可重复利用。3.2.7临时路面体系的设计及构建3.2技术介绍考虑到盖板的可重复利用性及承载能力，推荐采用型钢拼装而成的钢盖板，其盖板材料来源简单，无需特殊工艺加工，制作简单，承载力可靠，耐久性远比钢筋混凝土盖板要高，可重复利用多次，且在报废后亦能回收利用。为利于安装及通用性，盖板设计成标准化尺寸的盖板，及一些其他尺寸满足一定模数的盖板。盖挖法中，考虑盖板标准平面尺寸为3000mm×1000mm，其他附属盖板尺寸为2000mm×1000mm，1000mm×1000mm，从而可以满足各种铺设要求。3.2.8盖板设计3.2技术介绍盖板主体结构制作完成之后在未施作面层之前，在设计荷载作用下，为检测钢盖板的强度和刚度，对盖板的承载、变形性能做了详尽的室内载荷试验研究。采用的盖板的规格主要分两种：①3000mm×1000mm×200mm；②2000mm×1000mm×200mm。钢材质选用Q235－A。采用5根H型钢并排对焊而成，其端部用钢板补强，盖板表面铺设一层钢丝网，并浇筑一层3cm厚的纤维混凝土层作为盖板防滑面层。为增加车辆通行的舒适性以及减小噪声等问题，需要考虑临时路面体系的减震降噪等构造设计。一般考虑在盖板四个角点处设置减震橡胶垫来降低车辆通行时的噪音。盖板在铺设时应严格控制相邻盖板间高差，控制标准为相邻高差3mm。3.2.8盖板设计3.2技术介绍3.2.8盖板设计6根H166×200×6×8型钢6mm钢板焊缝5根H200×200×6×8型钢6mm钢板焊缝5根H200×200×6×8型钢6mm钢板焊缝加劲肋1号盖板2号盖板3号盖板型钢拼接盖板结构形式3m×1m钢路面板结构图3.2技术介绍盖板梁采用标准化、模数化的构件，一般采用H型钢，可采用双拼H型钢作为盖板梁，亦可采用单品H型钢梁作为盖板梁。3.2.9盖板梁设计钢盖板次梁限位螺栓限位牛腿钢筋混凝土主梁钢盖板次梁钢筋混凝土主梁限位螺栓限位牛腿3.2技术介绍在盖挖法中，由于考虑到首道支撑采用钢筋混凝土梁，而该梁所在位置与管线位置比较接近，可以考虑将其作为管线悬吊及搁置的支承结构，因此，在综合考虑不同管线，不同要求的前提下，可考虑将管线原位悬吊或搁置保护。3.2.10管线保护技术3.2技术介绍3.2.10管线保护技术第一步：路面盖板施工→开挖→设置悬吊梁第二步：开挖→设置钢板･橡胶板･悬吊螺栓第三步：设置拉紧螺丝（固定）→设置防振装置→开挖支撑3.2技术介绍3.2.11钢支撑复加轴力技术针对上海主要采用圆钢支撑的现状，研究出一套可用于上海基坑工程和其他工程的钢支撑复加轴力装置，包括1型钢法兰转接头、2外套筒、3内置作动器、4轴力计、5内置支架、6油压伺服器、7轴力监测仪等几个主要部分。该系统的应用能消除初始安装构件与结构之间的间隙的影响，亦能在施工过程中全程监控轴力的变化，并根据轴力和变形的变化情况对支撑轴力进行适时加载或卸载。系统的应用能更有效的控制轴力并由此控制基坑变形，使得基坑开挖对周围环境的影响降到最小。3.2技术介绍3.2.11钢支撑复加轴力技术81354192106支撑轴力复加系统工作原理3.3.1工程概况3.3工程应用—上海轨道交通7号线常熟路车站工程上海轨道交通7号线常熟路车站位于常熟路南端，与淮海中路上的1号线常熟路车站形成L形换乘。4个出入口位于延庆路、五原路及淮海路上。周围多为商铺及多层住宅楼，其中局部距常熟路203号市级重点保护建筑物仅3m左右；二号出入口和换乘通道相接，紧邻淮海大楼，周围地下管线众多。3.3.1工程概况3.3工程应用—上海轨道交通7号线常熟路车站工程常熟路车站位置平面图3.3.1工程概况3.3工程应用—上海轨道交通7号线常熟路车站工程车站为地下三层岛式车站，车站主体为双柱三跨结构。车站结构长157.2m，标准段宽22.8m，站台宽度12m。顶板覆土厚度约4.736m，标准段基坑开挖深度约24.3m，端头井基坑开挖深度约25.9m。车站共设4个出入口。其中1号出入口预留，2号出入口从换乘厅直接出地面并可通过换乘通道，与地铁一号线常熟路站实现换乘。3号出入口、中间风井和南侧风井与卫生监督所回搬重建的建筑合建。4号出入口和北侧风井位于常熟路五原路西北角独立设置。3.3.1工程概况3.3工程应用—上海轨道交通7号线常熟路车站工程在车站结构的南侧，有运营中的上海轨道交通1号线；基坑的东侧有赛华公寓、淮海大楼、以及赛华公寓与淮海大楼之间的一幢独立别墅；在基坑的西侧有外贸局工艺品常熟路住宅楼、中波海运公司职工住宅三号楼和二号楼、上海市疾病预防控制中心三号楼等建（构）筑物，周边环境要求非常严格。另有多条市政管线：基坑南侧主要有Φ1200雨水管、Φ300和Φ500煤气管；基坑北侧主要有Φ400雨水管、Φ300上水管及Φ150煤气管及通信电缆等管线。常熟路是上海市中心的一条重要南北交通道路，为减小地铁车站施工队交通的影响和控制邻近建筑物及地下管线的沉降，车站工程采用新型盖挖法技术。3.3.1工程概况3.3工程应用—上海轨道交通7号线常熟路车站工程常熟路车站施工现场全景3.3.2常熟路地铁车站盖挖法施工流程3.3工程应用—上海轨道交通7号线常熟路车站工程常熟路车站开挖施工期间须保障原有路面交通，交通组织按照“借一还一”的原则进行组织，主要分为三个阶段：第一个阶段：本阶段主要进行现状常熟路以西的围护结构及19轴以北B轴西侧的顶圈梁及首道混凝土支撑、钢盖板施工和南端头井基坑开挖和结构回筑。第二阶段：本阶段主要进行主体基坑东侧剩余地下连续墙施工、北区段基坑开挖和结构回筑和南端头井段剩余部分结构回筑。第三阶段：本阶段主要进行西侧2个出入口和两组风井施工，以及剩余的换乘通道施工。3.3.3标准段临时路面以下的基坑开挖及结构（包括支护结构）回作流程3.3工程应用—上海轨道交通7号线常熟路车站工程3.3.4水平支撑体系3.3工程应用—上海轨道交通7号线常熟路车站工程水平支承体系主要分为两个部分：（1）首道支撑首道支撑采用钢筋混凝土800×1000mm，兼作盖板主梁，间距7～9m，首道支撑截面设计图如图3.3-4所示。（2）其他支撑采用钢支撑结合楼板局部逆作的方式，钢支撑采用Ø609圆钢撑，水平间距2.2～3.6m，竖向间距根据中板逆作采取换撑方式。3.3.4水平支撑体系3.3工程应用—上海轨道交通7号线常熟路车站工程首道支撑截面及配筋设计图3.3.5竖向支承体系3.3工程应用—上海轨道交通7号线常熟路车站工程立柱桩采用1000mm钻孔灌注桩；立柱采用H型钢H458×413×30×50mm，纵向间距与首道支撑间距一致7～9m，横向标准段分为三跨两柱，立柱间距为5.8m。钻孔灌注桩施工选用GPS-20型钻机，原土自然造浆护壁法钻进，钻至设计标高后进行清孔，吊放钢筋笼，放入导管后进行第二次清孔，检验钢筋笼的长度与焊接质量、孔底标高、泥浆指标等均符合设计的规范要求后，进行混凝土灌注，直至达到设计标高。钻孔中及混凝土所排出的泥浆抽入泥浆罐车运弃。3.3.5竖向支承体系3.3工程应用—上海轨道交通7号线常熟路车站工程H型钢立柱采用“后插法”施工，待钻孔灌注桩混凝土浇筑到设计标高后，将H型钢立柱根部插入钻孔灌注桩的混凝土中，由两台经纬仪分别在H型钢的X和Y轴方向定位，缓缓插入H型钢立柱至预定标高后，将H型钢立柱焊接在预先在平面位置上定好位的钢板上，待钻孔灌注桩内的混凝土达到初凝强度后割除定位钢板。3.3.6“后插法”施工H型钢立柱桩工艺流程图3.3工程应用—上海轨道交通7号线常熟路车站工程3.3.7临时路面系统3.3工程应用—上海轨道交通7号线常熟路车站工程（1）布置方式设置盖板次梁，盖板主梁与首道支撑合设；盖板次梁沿基坑纵向（长度方向）布置，间距3m；路面盖板长轴向与次梁垂直布置。（2）路面盖板：采用20#工字钢拼接盖板3000×1000×200mm，施作钢丝网水泥混凝土面层作为防滑面层3mm，实际板厚为203mm；盖板与盖板之间采用预留螺栓孔用螺栓连接限位；盖板与盖板梁之间铺设废旧橡胶皮带作为减震降噪措施。（3）盖板次梁：采用双拼H型钢H488×300×18×11mm，沿基坑纵向布置，梁长7～9m，间距3m；加工小块倒L型钢与首道支撑上预留小型钢板或钢筋焊接对型钢梁进行限位处理。3.3.7临时路面系统3.3工程应用—上海轨道交通7号线常熟路车站工程盖板、盖板次梁及首道支撑地铁常熟路站临时路面铺设效果图3.3.8常熟路车站北端头井管线保护剖面图3.3工程应用—上海轨道交通7号线常熟路车站工程3.3.9基坑开挖和结构回筑3.3工程应用—上海轨道交通7号线常熟路车站工程基坑开挖和结构回筑可采用顺筑和逆筑方式进行。在钢盖板盖挖工法中，可采用长臂挖掘机或者伸缩臂挖掘机与坑内小型挖掘机的配合来进行土体挖掘及取土装车工作。这种取土方式工作效率相对较高，但其长臂挖掘机所需要的空间较大，这种取土方式一般应用在取土孔较大，开挖深度较小（开挖深度18m）的情况。此时可利用钢盖板拆卸方便的特点，扩大取土孔，提高出土效率。3.3.9基坑开挖和结构回筑3.3工程应用—上海轨道交通7号线常熟路车站工程对于深基坑，开挖深度超过18m的土方，如采用履带吊挖机进行垂直土方运输。履带吊抓斗在抓土的过程中，控制抓斗方向和定位的缆风绳不可避免的会碰到钢盖板、已完成的结构板及钢支撑等障碍物，影响抓斗的定位，导致抓斗无法正常垂直挖土作业同时还会碰撞钢支撑造成安全隐患。通过运用定滑轮原理，对挖土作业设备进行改造，在结构下二层中板出土孔与基坑表面设置钢丝绳和滑轮组改变履带吊抓斗的受力方向，通过履带吊缆风绳上增设的滑轮可较好地控制抓斗沿基坑竖直方向进行挖土作业，解决了履带吊挖机在小尺寸出土孔垂直运输土方作业的难题，又避免了抓斗施工过程中对钢支撑的碰撞，确保了施工安全。3.3.10深基坑挖土施工3