《城市地下空间建设新技术》第6章

城市地下空间建设新技术,2014年11月19-22日 合肥,全国注册土木工程师（岩土）继续教育必修教材,6.1 概述6.2 技术介绍6.3 工程应用6.4 小结,第6章 轨道交通与商业综合开发 “一体化”建造模式与施工技术,6.1 概述,6.1.1 依托工程概况,（1）总体概况,轨道交通七号线浦江耀华站与所在街坊综合开发项目，位于浦东新区耀华支路80号，基地面积26705.4m2，其中基坑面积约2万平方米，基坑围护总长约600m，拟建的耀华路地铁站从基坑中横穿而过 。,6.1 概述,6.1.1 依托工程概况,（2）建筑与结构概况,功能定位：集高档办公、五星级酒店、商场、会议、餐饮、娱乐等多功能为一体的现代化、智能化综合体建筑；突出特点：轨道交通七号线从地块中间穿过，并在地下室内设耀华站；结构概况：以地铁为界分南北两区，北区为办公及商业，一幢26层办公楼，地下5层。南区为东西两幢酒店，分别为23层和17层，均为地下三层。中间地下为地铁站的标准段，其中地下三层为站台层，地下二层为站厅层。总建筑17.3万m2，地下建筑面积约为6.5万m2。三幢高层结构体系为框架核心筒，裙房区域为框架结构体系；基础概况：桩筏基础，基础埋深20.419.5m。地下室外墙与地下连续墙两墙合一，并设内衬墙。,6.1 概述,6.1.1 依托工程概况,（2）建筑与结构概况,6.1 概述,6.1.1 依托工程概况,（3）围护结构概况,围护形式：地下连续墙 ，厚度1000mm；开挖深度约为19.5m20.4m，地下连续墙的有效长度根据场地内的土层和挖深的分布变化。,6.1.1 依托工程概况,（3）围护结构概况,水平支撑：采用钢筋混凝土桁架式支撑。共设置四道。在拆撑阶段基础底板上设置钢管斜坡换撑。水平支撑为对撑结合角撑、边桁架的形式布置。沿短边设置对撑，仅在角部设置角撑来控制短边的位移。,6.1 概述,6.1.1 依托工程概况,（4）立柱和立柱桩概况,6.1 概述,水平支撑：临时钢立柱采用由等边角钢和缀板焊接而成的4L18018角钢格构柱，其截面为460mm460mm，型钢型号为Q345B，钢立柱插入作为立柱桩的钻孔灌注桩中不少于3m。支撑立柱桩尽量利用主体结构工程桩，尽量减少加打立柱桩。加打的支撑立柱采用800钻孔灌注桩。,在地铁铺轨时，支撑体系尚不能完全拆除，因此，支撑立柱需避开时铺轨范围设置，以确保基础底板施工结束后可以进行铺轨施工。,6.2 技术介绍,6.2.1 一体化围护模式施工技术,约束条件：地块地下连续墙施工前，地铁端头井地下连续墙及其内部结构均已施工完毕，且需利用端头井部分地下连续墙作为围护体共同形成封闭的围护体系。导致的结果：地块地下连续墙需与端头井地下连续墙进行连接。,（1）新建地墙与原端头井地墙连接技术,6.2 技术介绍,6.2.1 一体化围护模式施工技术,连接接头形式：直角接头（2处，车站北侧），斜角接头（ 2处，车站南侧）。连接方案： 1）直角平直连接：邻接幅地墙施工时，对端头井已完成地墙接头部位严格清刷，防止接头位置因夹泥而产生渗漏；坑外接缝处设置旋喷桩止水（开挖阶段止水）；基坑内部设置钢筋混凝土内衬墙以增加连接位置的强度和止水性能（两墙合一，使用阶段止水）。,（1）新建地墙与原端头井地墙连接技术,6.2.1 一体化围护模式施工技术,连接方案： 2）斜角连接：后施工地墙尽量与端头井地墙紧贴，设置转角槽段；邻接幅地墙施工时，对端头井已完成地墙接头部位严格清刷，防止接头位置因夹泥而产生渗漏；坑外接缝处设置旋喷桩止水（开挖阶段止水）；基坑内部设置钢筋混凝土内衬墙以增加连接位置的强度和止水性能（两墙合一，使用阶段止水）。,（1）新建地墙与原端头井地墙连接技术,6.2 技术介绍,6.2.1 一体化围护模式施工技术,3）连接方案调整： 调整原因：在地表下46m处原端头井地墙施工时有塌方现象，存在较大混凝土凸块，因此新施工地下连续墙无法与原端头井地下连续墙紧靠连接。 设计调整方案：后施工地墙尽量与端头井地下连续墙紧贴，在新施工地墙与原有地墙空挡处设置直径1200mm的钻孔灌注桩，深度同地下连续墙，同时设置两排直径1000mm的旋喷桩止水。,（1）新建地墙与原端头井地墙连接技术,6.2 技术介绍,6.2.1 一体化围护模式施工技术,3）连接方案调整： 现场实际状况：在实际施工中，新老地墙间的空档约有1m左右，原有地墙塌方范围比较大，在空档处引孔非常困难（无法成桩）。 实际采用方案：钻孔灌注桩外移约1m；考虑到开挖较深，止水要求高，增加高压旋喷排桩，扩大止水帷幕范围，旋喷桩增加到四排；在开挖过程中对该空档的地墙采用逆作法施工给予补缺，开挖一层土后，对空档的地墙补缺施工，依次从上而下，随挖随补，直至坑底，所补地墙的水平筋必须与已施工的地墙水平筋相连，把已施工的地墙水平筋驳出来，采取焊接连接。,（1）新建地墙与原端头井地墙连接技术,6.2 技术介绍,6.2.1 一体化围护模式施工技术,3）连接方案调整：,（1）新建地墙与原端头井地墙连接技术,6.2 技术介绍,6.2.1 一体化围护模式施工技术,（2）地下结构换撑技术,6.2 技术介绍,1）底板斜抛撑：,6.2.1 一体化围护模式施工技术,（2）地下结构换撑技术,6.2 技术介绍,1）底板斜抛撑： 设计支撑概况：地下三层底板标高为-19.20m，地下二层板标高为-12.15m。在围护支撑系统中，第四道支撑标高为-17.1m，第三道支撑标高为-13.6m，第二道支撑标高为-9.2m。在施工地下二层板（-12.15m）时，需拆除第三道支撑（-13.6m），第三道支撑一拆除，基础底板面至第二道支撑净空将达10m，无法满足围护拆撑计算工况。,6.2.1 一体化围护模式施工技术,（2）地下结构换撑技术,6.2 技术介绍,1）底板斜抛撑： 换撑设计：在第三道支撑下方（-15.60m）与基础底板间设置钢管斜坡撑。钢管撑采用60916钢管，支撑间距在4m6m间，尽量避开结构柱和剪力墙等，当无法避开时，该钢管撑改为型钢支撑，与墙体整浇。,6.2.1 一体化围护模式施工技术,（2）地下结构换撑技术,6.2 技术介绍,1）底板斜抛撑： 换撑做法：基础底板施工时设置混凝土牛腿，并在牛腿斜面上预埋70070020钢板，牛腿间距同钢支撑； 第四道支撑拆除后，在地墙侧-15.60m标高处施工混凝土围檩，在对应牛腿位置处预埋70070020钢板（为了确保内衬墙的防水效果，内衬墙与围檩同时施工，在围檩上方设置施工缝，内设止水钢板，待换撑工况完成后，突出内衬墙的部分围檩进行凿除）；拼装60916钢管，两头设置封头板与底板牛腿以及围檩上预埋钢板焊接，由于存在支撑角度问题，钢管与牛腿存在空隙采用钢板塞紧焊牢。,6.2.1 一体化围护模式施工技术,（2）地下结构换撑技术,6.2 技术介绍,2）结构后浇带： 后浇带概况：地下室结构梁板内设有施工后浇带，在后浇带位置结构梁板仅钢筋连通，混凝土后浇； 导致的后果：梁板由于后浇带影响无法达到有效传递水平力的要求； 处理方法：在后浇带位置结构主次梁内设置型钢传力杆件，型钢两端各设置一个封头钢板，后浇带两侧梁混凝土浇至封头钢板，并与封头钢板紧贴密实，以确保传力的可靠性。,6.2.1 一体化围护模式施工技术,（2）地下结构换撑技术,6.2 技术介绍,3）结构大开口处理： 梁板大开口概况：地下一层和地下二层结构梁板上设有中庭和地铁车站玻璃采光开口等结构永久大开口； 导致的后果：梁板由于开口影响无法达到有效传递水平力的要求； 处理方法：结构永久大开口位置设置钢筋混凝土杆件或型钢杆件等作为水平传力构件，与结构梁板共同形成完整的水平传力体系，确保在换撑阶段形成可靠的水平支撑体系，约束地下连续墙的水平位移。待地下室结构顶板施工完毕并达到设计强度后由下向上逐层拆除临时换撑构件,6.2.1 一体化围护模式施工技术,（2）地下结构换撑技术,6.2 技术介绍,4）结构变标高处理： 结构变标高概况：地下一层结构梁板存在高差和错层，办公楼区域板面标高与裙楼区域板面标高高差达到1.6m ； 导致的后果：换撑阶段结构错层影响水平力的传递； 处理方法：错层超过1.0m，地下一层办公楼与裙楼交界处设置型钢斜撑，斜撑一端撑在裙楼结构梁端柱面上，另一端撑在办公楼结构梁底柱根部。地下连续墙传给办公楼区地下一层结构梁板的水平力由办公楼结构剪力墙承担，另一部分通过型钢斜撑传递给裙楼区地下一层结构梁板。,6.2.1 一体化围护模式施工技术,（2）地下结构换撑技术,6.2 技术介绍,4）结构变标高处理： 处理方法：错层不超过1.0m的位置，结构梁板通过转换梁传递水平力，主体结构设计根据施工阶段的受力要求对结构转换梁予以加强处理，以确保水平力的有效传递。结构车道位置，车道梁板与楼层结构梁板存在高差，在车道位置在结构板面标高设置钢筋混凝土换撑杆件作为传力构件。待地下室结构顶板施工完毕并达到设计强度后由下向上逐层拆除临时换撑构件。,6.2.1 一体化围护模式施工技术,（2）地下结构换撑技术,6.2 技术介绍,4）结构变标高处理：,6.2.1 一体化围护模式施工技术,（3）端头井封堵墙处结构连接及换撑技术,6.2 技术介绍,1）底板结构连接与换撑： 存在问题：已建端头井底板结构在靠封堵墙侧预埋钢筋器，如果在本工程底板施工时也预留钢筋接驳器，底板连接存在一定困难：两边底板都留接驳器，钢筋是无法连接的；封堵墙厚1000mm，该连接部位钢筋接头难以错开，无法满足规范要求；在两边底板夹缝中间的封堵墙凿除是比较困难的。,6.2.1 一体化围护模式施工技术,（3）端头井封堵墙处结构连接及换撑技术,6.2 技术介绍,1）底板结构连接与换撑： 解决办法：工程开挖至基底后，在靠近封堵墙侧再挖深800mm，形成800厚暗牛腿，一边支撑在封堵墙上，另一边与底板连成整体（解决水平力传递问题）。上部底板与封堵墙留1000宽空档，并留出底板钢筋，今后封堵墙凿除后，再将钢筋连接起来，然后补浇空档处及封堵墙处底板混凝土。为了确保底板与地墙间隙的防水效果，在暗牛腿与封堵墙侧设置两道膨胀止水带。,6.2.1 一体化围护模式施工技术,（3）端头井封堵墙处结构连接及换撑技术,6.2 技术介绍,2）楼层结构连接与换撑： 存在问题：同前； 解决办法：在离封堵墙部位1000mm处留出空档后浇。但同时需解决楼层结构换撑传力，在楼层标高处设计400mm宽围檩，用型钢支撑进行换撑传力，型钢支撑一边锚入结构梁板中（地铁区域板厚400mm），另一侧支撑在围檩上，以此通过临时型钢解决换撑传力。,6.2.1 一体化围护模式施工技术,（4）封堵墙凿除技术,6.2 技术介绍,2）楼层结构连接与换撑： 实际工况：部分支撑杆件支撑在端头井封堵墙上，为确保支撑传力体系的完整性，支撑全部拆除后方可从上到下凿除端头井封堵墙，与端头井梁板结构随拆随接，即封堵墙凿一层，结构接一层；由于地铁铺轨进度要求较高，在地下室基础底板达到一定强度后，在地铁轨道中心区域交付相关单位实施铺轨作业。为了满足铺轨要求，因此封堵墙需铺轨区域提前开洞，满足铺轨车辆可以通行。铺轨车辆通行和作业最小空间大小为净宽3m，净高4.2m。并采用钢筋混凝土梁柱框架加强洞口，以支承上部地下连续墙。,6.2.1 一体化围护模式施工技术,（4）封堵墙凿除技术,6.2 技术介绍,2）楼层结构连接与换撑： 解决措施： 第一步：在开洞前，确定好轨道中心线，划出开洞的具体方位。 第二步：先在开洞范围内，对称开两条500mm宽槽，槽内用 400mm400mmH型钢临时支撑好上部混凝土墙。 第三步：开洞净高上方凿除500mm高梁的位置，同时在门洞净宽两边开凿 500mm宽混凝土柱的位置。 第四步：绑扎框架梁柱钢筋，现浇框架梁柱混凝土。 第五步：在框架梁柱达到一定强度后，可拆除临时型钢支撑，并从上至 下开凿开洞范围内的地墙混凝土。 第六步：开洞范围内底板结构连接，侧向预留钢筋接驳器并设置止水。 第七步：所有支撑全部凿除后，再将封堵墙至上而下逐步进行拆除，实 现地铁端头井与站台层的结构贯通。,6.2.1 一体化围护模式施工技术,（4）封堵墙凿除技术,6.2 技术介绍,2）楼层结构连接与换撑：,6.2.2 对已建端头井结构及区间隧道的保护技术,（1）端头井侧支撑水平传力措施,6.2 技术介绍,1）现场工况描述：本工程基坑开挖前，端头井内部结构已施工完毕。端头井在邻近基坑侧采用1000mm厚地下连续墙作为临时封堵，存在基坑临时支撑水平传力问题（端头井内一般没有支撑）。,6.2.2 对已建端头井结构及区间隧道的保护技术,（1）端头井侧支撑水平传力措施,6.2 技术介绍,2）解决方法：总体思路：后做基坑水平支撑设计时，支撑标高尽量靠近端头井结构梁板标高，当支撑标高无法与端头井结构梁板位于同一标高时，通过设置传力构件解决水平传力问题，减小对端头井的影响。,6.2.2 对已建端头井结构及区间隧道的保护技术,（1）端头井侧支撑水平传力措施,6.2 技术介绍,2）解决方法：具体措施： 第一道支撑位置利用原保留的端头井混凝土角撑，在中间已拆除的混凝土支撑位置处重新设置三道钢管支撑； 第二道支撑对应端头井顶板下方3.3m位置处，在该位置设置两道钢管对撑，传递相应的支撑水平力； 第三道支撑标高基本接近端头井中板结构，可以通过端头井中传递水平力； 第四道支撑计算轴力相对较小，可通过地墙本身刚度解决传力问题； 传力杆件采用60916钢管，钢管与两侧地下连续墙设置型钢围檩，加大支撑传力范围，其中第一道增加的钢支撑直接与原有的端头井压顶梁连接，连接方式通过在压顶梁上种植连接钢板与钢管支撑焊接。由于端头井跨度16m多，在钢支撑中间设置型钢立柱，型钢立柱通过连接钢板与端头井板结构连接。,6.2.2 对已建端头井结构及区间隧道的保护技术,（1）端头井侧支撑水平传力措施,6.2 技术介绍,2）解决方法：,6.2.2 对已建端头井结构及区间隧道的保护技术,（2）已建端头井结构监测措施,6.2 技术介绍,1）端头井监测点布置 ：,西端头井监测点布置,东端头井监测点布置,6.2.2 对已建端头井结构及区间隧道的保护技术,（2）已建端头井结构监测措施,6.2 技术介绍,2）端头井监测分析 ：,围护墙体变形量（东）：总体呈现上大下小的变化趋势，上口最大累计变形量18.24mm，地墙底端最小2.14mm，在区间隧道区域（深度12m18m）地墙变形量在11.39mm8.10mm之间。 围护墙体变形量（西）：总体呈现上大下小的变化趋势，上口最大累计变形量26.10mm，地墙底端最小5.12mm，在区间隧道区域（深度12m18m）地墙变形量在19.53mm16.23mm之间。,6.2.2 对已建端头井结构及区间隧道的保护技术,（2）已建端头井结构监测措施,6.2 技术介绍,3）端头井监测结果：,东西两个端头井变形呈现上大下小的趋势，端头井作为一个整体结构产生变形，因此在端头井上方增设钢管支撑是有效的；通过两个东西端头井变形大小比较，西端头井变形量比东端头井略大，原因是西端头井侧的支撑均为次要连杆，缺少主撑杆件对其约束；在两个端头井的整体变形中，在隧道位置处变形约1020mm，因此在隧道与端头井接口位置可能产生渗水等影响。在开挖过程中，加强了该接口部位的监测，及时进行了跟踪注浆；通过实际监测数据表明，如要尽可能减少端头井的变形，建议在东西端头井形成对撑，这样可有效约束端头井结构。,6.2.3 以“兼容、同步”为核心的施工组织技术,基本出发点：实现地铁区域的铺轨施工与结构施工可同时进行，互不干扰。基本工况约束：底板完成以及相应支撑拆除后，两条轨道中心区需交付地铁铺轨，存在楼板排架施工与铺轨作业的空间干涉矛盾。基本解决思路：对铺轨区域的排架进行了特殊设计，采用组装式可调钢桁架。在排架设计中兼顾考虑铺轨区域封闭作业、消防、电力、照明、通风等要求在轨道中心区可供铺轨车量通行宽度为3.0m，净空要求4.2m。,6.2 技术介绍,6.2.3 以“兼容、同步”为核心的施工组织技术,6.2 技术介绍,（1）钢架设计,根据铺轨车辆通行及作业的空间要求，钢架立柱和钢梁均采用18#工字钢，净跨为3.0m，净高4.2m，钢柱与钢梁间增加14#槽钢角撑。为确保钢排架间整体稳定性，在钢柱下200mm，1800mm，3600mm位置处焊接48短钢管，安装就位后用钢管扣件连成整体。,6.2.3 以“兼容、同步”为核心的施工组织技术,6.2 技术介绍,（2）组合钢排架计算模型,杆件最大应力值： 145N/mm2；杆件最大变形量： 2.01mm；基本结论： 组合钢架满足设计要求。,6.2.3 以“兼容、同步”为核心的施工组织技术,6.2 技术介绍,（2）组合钢排架计算模型,6.2.3 以“兼容、同步”为核