上海静安火车站逆施法.doc

1前言上海地铁2号线静安寺车站位于中华第一街的南京路繁华商业街上，其主体结构位于车行道下。为了缩短封路时间，尽量减少商业和交通等各方面的损失，经过专家多方论证后，结合车站施工的实际情况，并参照地铁1号线黄陂路车站的施工实践经验，最后确定大部分采用二明一暗的半逆筑法施工方案。与地铁1号线淮海路上的黄陂路车站等相比，本车站的方案特点为：(1) 车站段明挖施工范围由顶板及少部分中楼板(一明二暗)扩大为顶板、中楼板及少部分底板(二明一暗)，以减少暗挖施工的工作量，使暗挖挖土量由26，000m3减少到10，000m3，并主要采用机械挖土工艺，相应减轻了工人的劳动强度，加快了总进度。(2) 车站逆筑段立柱桩下部的900mm钢管桩改用100mm竹节钻孔灌注钢筋混凝土桩。(3) 车站逆筑段立柱由H型钢外包钢筋混凝土改为钢管混凝土桩，方便了施工。钢管柱在钻孔泥浆中进行高精度一次定位。(4) 逆筑段顶板及中楼板的型钢骨架钢筋混凝土梁板结构及吊模钢平台方案改用一般钢筋混凝土梁板结构，并在混凝土垫层上搭设中楼板的短支架底模平台方案。(5) 车站段基坑内取消抽条注浆加固的地基处理措施。(6) 端头井采用钢管斜支撑方案，取消了与车站段相接处的临时地下连续墙，并采用先施工各层梁板结构，后拆除斜支撑及脚手支架，内衬采用逆筑法施工的方案。 由于采取了上述各项方案优化措施，不仅节省了大量钢材，加快了总进度，而且大幅度降低了工程造价，取得了明显的经济效益。2工程概况静安寺车站主体结构位于东西向的南京西路上常德路至华山路之间的车行道下，车站全长为262.6m，车站标准段外宽为23.2m，东西端头井由于考虑在恢复道路交通后区间隧道盾构施工的需要，在南北方向加长至30.84m及38.72m，见图1。车站段底板埋深为14.815.3m，端头井埋深为16.316.6m。车站围护结构为80cm厚钢筋混凝土地下连续墙，端头井则另加50cm厚内衬墙。车站段结构横断面为高12.1m的双层三跨式矩形框架。顶板厚70cm，站厅层中楼板厚45cm，底板厚70cm，标准段侧墙为有刚性防水接头的地下连续墙(无内衬墙)，只在西北侧长40mT型地下连续墙处设计考虑南侧下沉式广场开挖后不对称土压力的作用而加设30cm厚内衬墙。地下连续墙埋深为28m。纵向中距8m的双排立柱为60916mm的钢管混凝土柱。逆筑范围的立柱在底板下有100cm埋深自地面下75m的竹节型钻孔灌注钢筋混凝土桩，在底板混凝土还未达到设计要求强度以前，桩基用来支承顶板及中楼板自重及其上面的各种荷载。东西端头井顶底板厚80cm，中楼板厚45cm，井内立柱为6090cm的钢筋混凝土矩形柱。端头井地下墙埋深为31m。图1 地铁静安寺站平面图车站主体结构施工方案：端头井为多支撑明挖，梁、板、柱顺筑，内衬为逆筑法施工。车站段顶板、中楼板及少部分底板为明挖顺筑法施工，而大部分底板为暗挖逆筑法。为减少围护结构在施工开挖时的位移变形量及基坑底土体隆起量，在车站基坑土体内采用深井加真空降水固结方案，并在端头井基坑底部采用分层注浆加固方案。 车站的环境保护要求：车站南侧有三棵原为静安公园的古树要保护，其中一棵距地下连续墙仅1.45m。车站东北侧为高20层的轻工大楼，需绝对保证其安全；有一条700mm上水管横穿车站中部顶板面上而不能搬迁；东西端头井外有大量地下管线也要保持正常使用。地质情况：车站地区地形平缓，路(地)面标高在+2.9m左右，地下水属于潜水型，其稳定水位埋深0.51.0m，埋深30m以内的各土层情况为：-1层为杂填土(包括道路结构)，层底埋深1.62.8m；-2层为暗填土，层底埋深36m;层为褐黄色粘土，层底埋深34.3m；层为灰色淤泥质粉质粘土，层底埋深7.810.3m；层为灰色淤泥质粘土，层底埋深15.518.5m；-1层为灰色粘土，层底埋深2428.4m。钻孔灌注混凝土桩底在第层的灰色含砾细中砂土层内。本车站土建工程由上海市地下建筑设计院设计，上海隧道工程股份有限公司总承包。车站主体结构工程于1996年12月10日开工(地下连续墙施工)，钻孔灌注桩施工在地下连续墙施工时交替进行。至1997年8月21日最后一块底板混凝土浇制完成，前后只用8个半月的时间，比地铁1号线车站主体结构的工期缩短了几个月。3地下连续墙施工静安寺车站主体结构地下连续墙总长度为610延米，分为111幅施工槽段，车站段84幅深度为28m，端头井27幅深度为31m，槽段平面形式有直线型、折线型、L型、T型及Z型共五种类型。墙身混凝土总量约14000m3，钢筋总量约2000t。混凝土强度等级为C30，抗渗标号为S6。地下连续墙接头形式在车站段(无内衬墙)为十字型钢板止水抗剪接头，为加强接头的抗剪效果，在锚固钢板上开有抗剪矩形小孔，见图2。在端头井为半圆形铰接接头。图2 地下连续墙接头形式地下连续墙采用液压抓斗挖槽机成槽施工工艺，其施工流程见图3。地下连续墙施工工法采用由上海隧道工程股份有限公司编制的国家级工法地下连续墙液压抓斗工法。其它有关施工技术措施： 钢筋笼及十字钢板接头均在特制的统长胎模上拼装成型以保证制作质量； 长大重型的钢筋笼吊装采用100t和50t履带吊车双机抬吊方案施工； 为保证钢板接头施工质量，特制钢质接头箱、反力管、阻浆钢板等； 为减少地下连续墙的沉降，在墙体预埋注浆管(每幅两根)，作为墙趾下地基加固之用； 在端头井及南侧有暗浜处因埋深较大及土质较差，采用加重晶石粉的护壁泥浆； 在横穿车站段的7000mm上水管处采用临时位移交替施工的方案，以保证地下连续墙的质量； 在南侧导墙下有小型钢筋混凝土方桩(3030cm)处用钢筋混凝土导墙向外扩移的施工方案。 图3 施工流程图地下连续墙实际施工期为1996年12月10日至1997年3月8日，共历时3个月，完成120幅(其中包括牵引变电所增加的9幅深28m地下连续墙)。4钻孔灌注桩及钢管桩施工车站逆筑段采用钻孔灌注钢管立柱桩，原设计为两排共48根，后因施工进度加快，明挖顺筑法施工范围加以扩大(原计划只有一个施工段)，所以车站西侧实际施工桩数减少4根。钻孔灌注桩直径100cm，桩深75m，混凝土强度等级为C35，为保证桩身混凝土强度和承载能力，并减少桩的沉降量，采用竹节型桩和冲震法浇制桩身混凝土。在工程桩施工前，于车站外东南地区进行两根试桩(1997年1月)，以验证竹节型桩成孔施工工艺及钢管桩在钻孔泥浆中的一次性定位施工工艺的质量效果。试桩结果其桩身的垂直精度为1/400，成型质量达到原定要求，钢管桩定位的垂直偏差为9mm，其垂直精度1/1000。钻孔桩用钢护筒长3m，并要保证其下端进入原状土不少于20cm，护筒断面为12006mm，护筒四周用粘性土分层夯填以保证孔壁稳定。施工成孔采用原土造浆自滤式循环，泥浆控制指标为泥浆比重1.15，粘度1822，成孔采用S-500型钻机，其特点为钻具重、刚度大、运转平衡。钻杆垂直度控制在1/300以内。钻机就位后，孔位偏差按设计要求控制在5cm以内，终孔后用泵吸反循环一次清孔，清孔后要求孔底沉渣10cm。竹节成型采用SPI-300钻机及偏心钻头，见图4，利用钻头在高速旋转时产生的离心力使偏心钻头局部扩孔成竹节型。竹节净间距为45m，竹节高度为1m，竹节扩孔处台阶宽为12.515cm，即桩径可扩大至125130cm，每根桩不少于8个竹节。竹节成型后孔底10多米的沉渣则换用100cm同心钻头低速回转循环清孔。图4 偏心钻头钻孔灌注桩的钢筋笼采用分段制作、孔口焊接吊放的施工工艺。钢筋笼上端焊接有高1m的9606mm的钢护筒，在钢护筒外侧设置上下两道可在地面充气的气囊，作为钢护筒在孔内定位之用。钢管桩为60916mm，全长18m，在钻孔泥浆中吊装时先在管底中心系上浮球，用来在地面测定钢管的垂直度(即倒悬法)。在钢管桩底部外的钢护筒位置处在钢管桩上安装有4只菱形夹板式螺杆千斤顶，可在地面进行控制调节钢管底部的位置使之与桩轴线吻合。钢管顶部则利用钢质孔口板上的定位微调螺杆来进行调节并定位。通过上下的调节定位使钢管桩的定位偏差控制在设计要求范围以内，见图5。图5 调节控制钢管桩定位偏差注：本工程以固定609管(包括定位)难度最大孔口定位以三根定位杆来调节609管中心与桩中心重合，夹板千斤顶调节609管的垂直度孔内15m 处的四根张紧千斤顶固定并调节609管垂直度，防止在灌注混凝土过程中移动管端钻孔灌注桩在钢筋笼与钢管桩吊装定位后，在灌制混凝土前还要用204mm的混凝土导管进行第三次用气举法的清底换浆作业。然后采用商品混凝土以SPJ-300型钻机浇注混凝土施工，并依靠混凝土导管自重冲击混凝土来达到增强混凝土密实度的要求。每拆一节混凝土导管前将其提高2m，冲震15次(导管埋入混凝土要大于6m)。混凝土的坍落度要求控制在1620cm，其初凝时间要不少于10h。每根灌注桩的施工周期在27h左右。施工中S-500型钻机成孔与SPJ-300型钻机扩孔成竹节进行交叉作业，施工顺序则按基坑开挖顺序要求自东向西逐根推进。实际工期1997年2月15日至4月2日，共完成44根。5地基加固车站主体结构工程的地基加固内容有两项。为防止端头井深基坑施工过程中地下连续墙产生过大的位移及土体回弹而影响到附近地下管线和建筑物的使用安全，在井内基坑下部采用分层注浆加固来提高地下连续墙内侧土体的被动抗力，从而减少地下连续墙的水平位移及井边土体的沉降量。加固范围为基坑底面以上2m到底面以下4m，共6m高度，宽度为34m，加固区深度在东端头井为1218m，在西端头井为11.717.7m。加固土体共2653m3，其平面布置见图6。注浆用水泥及水玻璃组成双液浆。加固区浆液的充填率为16%，加固土体后28天强度要求达到PS=1.5MPa。地下连续墙底下土体中进行墙趾加固以减少地下连续墙与桩柱间的沉降差来保证在逆筑法施工时顶板及中楼板的结构安全。墙趾加固布置为每幅地下连续墙预埋两根注浆管，中距一般为3m，在墙身混凝土达到7天龄期后用注浆芯管对预埋管先进行通管，然后进行分层注浆加固施工。浆液单孔注浆量一般为2m3，浆液采用粉煤灰膨润土、水泥和水玻璃组成的双液浆。 盾构进出洞还需要在端头井外侧进行深层搅拌地基加固。图6 地基加固平面布置图6端头井内衬及内部结构施工端头井在施工阶段作为区间隧道盾构的工作井或接收井，由于车站用半逆筑法施工，在区间隧道施工时地面道路已施工或使用，隧道施工的人员、机具、材料、衬砌及土方等均需在地面道路车道外侧出入，所以端头井在南北方向必须加长到30.84m及38.72m。端头井为两层矩形框架结构。为了减少围护结构的后期变形，使梁板混凝土达到要求强度后拆除斜支撑，因而端头井内衬墙在拆除斜支撑后采用逆筑法施工。在顺筑法浇制顶板中楼板时内衬墙向下延伸1m，墙下端作成近11的内斜口以方便下段内衬混凝土的施工。这样还可解决内衬垂直筋穿越钢围檩的困难。墙身竖向钢筋下端均设置锥螺纹连接套筒，不但简化了内衬墙的底模(不必开孔)，而且使下部内衬墙的混凝土浇制工作方便，并易于保证施工缝的质量，见图7。图7 设置锥螺纹连接套筒端头井围护结构内的支撑采用五道钢支撑。平面布置基本上采用斜角撑加少量直撑的方案，见图8。从而省去了为支承端墙的支撑而设置的临时地下连续墙(如黄陂路车站)或依靠在先期完成的标准段各层梁板结构边的大型竖向钢围檩(如上海体育馆车站)。图8 端头井围护采用斜角撑加直撑方案斜支撑支承点在第一道支撑处为位于地下连续墙顶的钢筋混凝土圈梁上的混凝土斜牛腿。在东端头井由于地下连续墙施工较早而未能设置钢牛腿用的预埋钢板(因为原设计为钢筋混凝土支撑)，只能增设钢围檩，并在其侧面焊接钢牛腿来支承钢管斜撑。在西端头井则在地下连续墙内预埋大型钢板预埋件，并焊接钢牛腿作为钢管斜撑的支承点。基坑挖土用多台液压挖掘机分层挖掘接力出土，下部土方则采用20m长的伸缩臂液压抓斗挖掘机抓土装车外运。每座端头井的主体结构混凝土分五次浇筑，(三次梁板柱及二次内衬墙)采用商品混凝土并由混凝土泵车供料浇筑，各层梁板钢筋与地下连续墙预埋钢筋间均采用钢筋锥螺纹连接技术施工，内衬混凝土施工后基本无渗漏，达到结构混凝土自防水的要求。东西端头井分别于1997年6月11日及7月27日完成顶板混凝土的浇筑施工。7车站段明挖法施工车站段全部顶板、站厅层中楼板及少部分(四段)底板采用明挖顺筑法施工，大部分(五段)底板则采用暗挖法施工，即大部分车站段为二明一暗施工法。在满足二级环境保护要求的前提下，可以大大加快工程进度，在基坑开挖以前先进行深井点施工。本工程的深井点采用真空集水后由深井泵抽水的降水方案。通过真空作用可将土层中的自由水充分汲出后排除以加强降水固结土层的效果，深井点共布置28根。深井点成孔采用干法作业，清水压仓护壁，成孔直径650mm，井点管直径273mm，以人造砂为滤料。井管采用法兰连接，可随挖土深度的增加而逐段拆除以便基坑开挖支撑施工。每根深井点配用一台多级深井泵，每三根井点配用真空泵一台。真空泵连续运转以汇集地下水，深井泵则视井内水量而间断抽水。一般在土方开挖之前两周开始降水，在底板混凝土垫层铺设后停止降水，而垫层以上井管则可割除回收。主体结构明挖施工原计划分东西两个工作面逐步向中部推进汇合，参见图9，后来由于挖运土方速度很快，车站段就从东端开始挖土逐段向西推进，直至与西端头井基坑汇合，包括端头井在内的明挖土方量约90，000m3，明挖挖土工期从1997年3月10日正式开挖到6月10日结束，平均每天挖运土方达1000m3，实现了高速出土的要求，为后阶段结构及盾构施工争取到宝贵的时间。图9 车站支撑纵坡面图及土方开挖顺序图车站明挖基坑分三层开挖，用5台反铲液压挖掘机分层分块接力挖运装车外运，钢管桩及井点旁等边角处则由人工配合修土和整平坑底土面。东侧基坑第一层土挖到+0.8m标高后设置第一道钢支撑，第二层土挖至-3.0m标高后设置第二道钢支撑，第三层挖至-6.7m标高后设第三道钢支撑，再挖至-7.8m坑底，使基坑底与中楼板底保持2.0m的净空作为底模支架等施工用的空间。在明挖到底的基坑上再挖第四层土至第四道支撑底，设置第四道支撑后再挖第五层土到底板下的基坑底。基坑开挖时纵向放坡由于挖掘机操作工艺的要求而挖成台阶形，但总的土坡还是要控制12左右的纵坡。施工中采用中部超前挖土方式，并充分利用时空效应以加强土体的稳定。车站段钢支撑除第三道为60916mm钢管支撑外，其余均用58012mm钢管支撑。钢支撑施工遵循下列原则：随挖随撑，每层每段挖土完成后68h内支撑安装完成，并要按设计要求施加预应力。支撑先在地面进行组装校正，对直线性不好和有其它质量问题的钢支撑一律不准使用。地下连续墙混凝土面不平处应凿平整，墙面泥皮要清除，使钢支撑端面能紧贴混凝土墙面，空隙内用高强快硬水泥砂浆或细石混凝土(空隙较大时)填实并养护，使支撑端面传力较均匀以保证钢支撑的结构安全，支撑轴线应尽可能保持水平。第三道支撑安装后如发现第一道支撑有松动，则应及时补加预应力撑紧。第三道支撑下面坑底土层开挖平整后，先浇筑厚20cm的C20混凝土垫层，然后铺设木垫板并搭设中楼板的底模支架(用48mm脚手管)，底模采用七夹板的大模板使板底混凝土面较平整。在纵梁及孔洞处则用定型小钢模板及木模板嵌补，顶板底模支架与中楼板同。中楼板钢筋绑扎前在钢管柱上相应位置按设计要求焊接好抗剪用的钢牛腿。主体结构按三个柱距为一个施工段，施工段之间有诱导缝分隔，每个施工段长度由于考虑顶板防裂等要求而限制在2025m范围内，包括端头井在内共分11个施工段，车站段编号分别为东二东六段及西二西五段。施工诱导缝设在柱距的1/3处。所有板的横向主筋与地下连续墙连接处均采用锥螺纹连接器新技术施工。 顶板混凝土采用C25补偿收缩混凝土(掺U型外加剂)，底板采用C30级配防水混凝土。顶、底板抗渗标号为S6。中楼板等内部结构用C30混凝土。所有混凝土全用商品混凝土泵车供料施工。顶板防水层采用外涂防水涂料形式。车站段顶板于1997年7月31日全部完成，比原计划提前41天。8车站段暗挖法施工车站段暗挖法施工的结构，原计划有8个施工段(东三东六及西二西五段)，后来由于明挖施工速度大大加快，使暗挖施工范围缩减至5个施工段(东三东六、西五段)，全长118.4m的底板、站台板、楼梯等混凝土全部采用商品混凝土泵车硬管供料。 暗挖法的挖土施工使用较小型(0.40.6m3斗容量)的反铲液压挖掘机接力挖运土方及人工配合整修，再由50t履带吊车或长臂伸缩式液压抓斗挖掘机抓土提升装车外运。为加快施工速度，暗挖法施工分东西两个工作面同时进行。东三段的土方初期由东二段处出土，后期则由位于东四段南侧的4号出入口处出土井的长臂挖掘机出土。西侧两段的土方则在西四段处由履带吊车出土(西四段底板暂缓施工)。暗挖段钢支撑拆除设施是利用中楼板底的预埋件安装手拉葫芦将支撑吊住后解体，支撑解体后的分段水平运输则用卷扬机配合手推车等工具拖运至端头井或出土井处吊出外运。由于暗挖段长度不太大，中楼板又有三处楼梯通道，加之施工速度快工期也较短，所以可利用自然通风而不必另行设置人工通风设施。暗挖段挖土从1997年6月10日至6月30日，共挖运土方10，000m3，平均每天出土500m3。9施工监测本工程位于市中心繁华商业地区，车站周围有大量地下管线及建筑物要保护，还有古树、高层建筑等重点保护对象，所以地铁指挥部明确车站两侧为二级保护地段，甲方另外委托上海勘测设计研究院科研所进行施工监测工作。根据到1997年8月25日为止的量测资料(此时主体结构已全部施工结束)，车站东北侧轻机大楼最大沉降量为5mm，逆筑法段钻孔灌注钢立柱桩的沉降量为07mm，钻孔灌注钢立柱桩与地下墙之间的最大差异沉降量为4mm，均满足设计要求。地下墙外侧的地