《城市地下空间建设新技术》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2016年6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,1.1概述1.2技术介绍1.3工程应用1.4总结,第3章新型盖挖法,1.1概述,盖挖法：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。突出特点：将盖板体系与基坑的支撑体系相结合的设计施工理念，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。,基本概念,2.1概述,盖挖法：实际上是一种暗挖法，结构仍然自下而上顺做（开挖，支撑，底板，柱梁板结构顶板）；逆作法：桩柱体系、框架体系、梁板体系、剪力墙等自上而下施工（桩柱，顶板/首层框架梁结构底板）。,与逆作法区别,2.2技术介绍,2.2.1新型盖挖法施工流程,主要流程涵盖：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）；临时路面构建完成后竖向基坑开挖及结构（包括支护体系）的回作流程。,2.2技术介绍,2.2.1新型盖挖法施工流程,2.2技术介绍,2.2.1新型盖挖法施工流程,（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。,围护阶段：维持既有道路的通行功能围护及盖板施工阶段，分幅施工。,在临时路面体系构建完成后，可以占用临时路面一侧作为施工场地和出土位置，在临时路面盖板的遮护下开挖基坑土体并进行支撑架设及结构回作。,2.2技术介绍,2.2.1新型盖挖法施工流程,交通组织：维持既有道路的通行功能围护及盖板施工阶段，分幅施工。,第一阶段：西侧开挖，东侧交通,第二阶段：中间开挖，两侧交通,1.2技术介绍,第三阶段：东侧开挖，西侧交通,1.2技术介绍,1.2技术介绍,2.2.1新型盖挖法施工流程,注意事项：1）开挖阶段，如果场内施工场地满足施工需求，无需翻交分幅开挖；2）如需局部占用部分盖板区域，则局部封交，打开盖板进行出土；3）分三幅的情况相对较少，当开挖区域过宽，暗挖时土方驳运距离过长影响出土效率，可采用多幅开挖；,1.2技术介绍,1.2技术介绍,1.2技术介绍,2.2.1新型盖挖法施工流程,主要施工阶段：围护施工阶段立柱桩施工阶段盖板施工阶段土方开挖/支撑阶段结构回筑阶段路面恢复阶段,（1）首道撑选型。钢筋混凝土支撑：刚度大，变形小，与围护体刚性连接，整体性能好；施工周期较长，施工效率较低。型钢支撑：施工速度快，效率高，能迅速形成框架体系并安装盖板，快速回复道路交通；钢构件刚度较小，对围护结构水平位移控制、承载体系的稳定性较为不利。,1.2技术介绍,1.2技术介绍,1.2技术介绍,2.2.1水平支撑体系设计,1.2技术介绍,1.2技术介绍,1.2技术介绍,2.2.1水平支撑体系设计,（2）首道撑设计。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。,1.2技术介绍,1.2技术介绍,1.2技术介绍,2.2.1水平支撑体系设计,（3）水平支撑体系设计立柱之间以及立柱和围护结构之间的差异沉降，会对首道支撑的弯矩、变形产生影响。差异沉降对首道支撑的内力和变形都是不利的，从应力角度看，两个立柱同时发生差异沉降时的应力状态优于只有一个立柱发生差异沉降时的应力状态。,1.2技术介绍,1.2技术介绍,1.2技术介绍,2.2.1临时路面体系设计,涵盖范围：临时路面体系的设计包括盖板以及盖板梁的设计设计基本原则：标准化、模数化，低造价，可重复利用。基本思路：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。,型钢拼接盖板结构形式示意图,1.2技术介绍,1.2技术介绍,1.2技术介绍,2.2.1临时路面体系设计,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3000mm1000mm，其他附属盖板尺寸为2000mm1000mm，1000mm1000mm，从而可以满足各种铺设要求。对钢盖板进行试验测试，以建立一套标准化、模式化的盖板，其制作、安装需要满足一定的检验控制标准，以求构筑的临时路面能达到一般城市交通路面的正常要求，保障路面交通的顺畅通行。,（1）盖板设计：,1.2技术介绍,1.2技术介绍,1.2技术介绍,2.2.1临时路面体系设计,（1）盖板设计：,采用的盖板的规格主要分两种：3000mm1000mm200mm；2000mm1000mm200mm；钢材质选用Q235A；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。,1.2技术介绍,1.2技术介绍,1.2技术介绍,2.2.1临时路面体系设计,（1）盖板设计：,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。,1.2技术介绍,1.2技术介绍,1.2技术介绍,2.2.1临时路面体系设计,（2）盖板梁设计：,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。,1.2技术介绍,1.2技术介绍,1.2技术介绍,2.2.1管线保护技术,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,1.2技术介绍,1.2技术介绍,1.2技术介绍,2.2.1管线保护技术,管线悬吊保护流程：,第一步：路面盖板施工开挖设置悬吊梁,1.2技术介绍,1.2技术介绍,1.2技术介绍,2.2.1管线保护技术,管线悬吊保护流程：,第二步：开挖设置钢板橡胶板悬吊螺栓,1.2技术介绍,1.2技术介绍,1.2技术介绍,2.2.1管线保护技术,管线悬吊保护流程：,第三步：设置拉紧螺丝（固定）设置防振装置开挖支撑,1.2技术介绍,1.2技术介绍,1.2技术介绍,2.2.1钢支撑复加轴力技术,钢支撑轴力复加系统示意图,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。,1.2技术介绍,1.2技术介绍,1.2技术介绍,2.2.1钢支撑复加轴力技术,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。,1.3.1工程概况,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。,1.3工程应用上海轨道交通7号线常熟路车站,1.3.1工程概况,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。,1.3工程应用上海轨道交通7号线常熟路车站,1.3.1近邻环境,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。,1.3工程应用上海轨道交通7号线常熟路车站,1.3.1交通及管线,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。另有多条市政管线：基坑南侧主要有1200雨水管、300和500煤气管；基坑北侧主要有400雨水管、300上水管及150煤气管及通信电缆等管线。,1.3工程应用上海轨道交通7号线常熟路车站,1.3.1技术应用情况,常熟路地铁车站新型盖挖法施工流程：,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：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。因此常熟路基本保持交通现状双向4机动车道通行能力，常熟路禁止非机动车通行；第二阶段：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。本阶段将常熟路翻交到基坑西侧，14轴以北常熟路部分机动车道路在钢路面盖板上通行，14轴以南常熟路部分机动车道路在西侧基坑外通行；第三阶段：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。,1.3工程应用上海轨道交通7号线常熟路车站,1.3.1技术应用情况,常熟路地铁车站新型盖挖法施工流程标准段临时路面以下的基坑开挖及结构回作流程,1.3工程应用上海轨道交通7号线常熟路车站,1.3.1技术应用情况,水平支撑体系,首道支撑采用钢筋混凝土8001000mm，兼作盖板主梁，间距79m；采用钢支撑结合楼板局部逆作的方式，钢支撑采用609圆钢撑，水平间距2.23.6m，竖向间距根据中板逆作采取换撑方式。,1.3工程应用上海轨道交通7号线常熟路车站,1.3.1技术应用情况,竖向支撑体系：钻孔灌注桩+H型钢立柱,立柱桩采用1000mm钻孔灌注桩；立柱采用H型钢H4584133050mm立柱纵向间距与首道支撑间距一致79m立柱横向标准段分为三跨两柱，立柱间距为5.8m。,1.3工程应用上海轨道交通7号线常熟路车站,1.3.1技术应用情况,竖向支撑体系：钻孔灌注桩+H型钢立柱,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。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。,1.3工程应用上海轨道交通7号线常熟路车站,1.3.1技术应用情况,竖向支撑体系：钻孔灌注桩+H型钢立柱,1.3工程应用上海轨道交通7号线常熟路车站,1.3.1技术应用情况,临时路面系统,（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30001000200mm，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。,1.3工程应用上海轨道交通7号线常熟路车站,1.3.1技术应用情况,临时路面系统,（3）盖板次梁：采用双拼H型钢H4883001811mm，沿基坑纵向布置，梁长79m，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。,1.3工程应用上海轨道交通7号线常熟路车站,1.3.1技术应用情况,管线保护原位悬吊保护,1.3工程应用上海轨道交通7号线常熟路车站,1.3.1技术应用情况,基坑开挖和结构回筑,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。,1.3工程应用上海轨道交通7号线常熟路车站,1.3.1技术应用情况,基坑开挖和结构回筑,对于开挖深度超过18m的土方，采用履带吊抓斗开挖。为防止抓斗碰撞支撑，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。,1.3工程应用上海轨道交通7号线常熟路车站,1.3.1技术应用情况,施工监测,对基坑结构施工期间混凝土支撑、盖板梁、立柱的隆沉情况等进行测量，以及时和全面地反映它们的变化情况。盖挖法施工监测针对常熟路车站盖挖法的实际实施进行相关监测，主要包括：首道支撑混凝土钢筋应力量测、首道混凝土支撑竖向位移量测、盖板梁竖向位移量测、立柱隆沉量测。,1.3工程应用上海轨道交通7号线常熟路车站,1.3.1技术应用情况,施工监测盖板梁跨中竖向位移,常熟路现场所采用的盖板梁为双拼H5003001118mm，根据现场监测结果，跨中最大竖向位移小于3mm，表明盖板梁能较好的满足结构设计要求L/500=16mm。,1.3工程应用上海轨道交通7号线常熟路车站,1.3.1技术应用情况,施工监测首道支撑竖向位移,常熟路现场所采用的首道混凝土支撑为8001000mm，首道支撑跨中最大竖向位移小于3mm，表明首道支撑能较好的满足结构设计要求L/500=12mm。,1.3工程应用上海轨道交通7号线常熟路车站,1.3.1技术应用情况,施工监测