“两明一暗”逆筑法地铁车站围护结构设计浅析

1 工程概况

外环路车站位于环西一大道和漕宝路交界处,环西一大道东侧,车站中心里程DK24 132,车站总长194.6m。车站西端头井14.656m左右为6层居民住宅楼(平行车站主体结构)。车站西端头井紧靠外环路高架线。本工程场区内分布有上水、煤气、电力、电话、雨水等多种管线。施工阶段南侧φ600上水管/0.7铁(距基坑0.65m)、φ1000煤气管/1.3铁(距基坑2m)、φ300煤气管/1.0铁(距基坑3.3m),北侧φ30上水管/铁(距基坑约10m)等管线均为重点保护对象。

当本站连续墙围护结构按原设计施工83.65m后,总体在全线物探复查中发现距外环路站西侧约17米处有一横穿漕宝路的Φ2460的污水管与盾构隧道冲突,导致外环路站轨面标高必须下压,此时本车站顶板埋深由原来的2.5m改为3.3m(车站中心里程处);车站纵坡由原来的西高东低,改为现在的东高西低(纵向坡度2‰)。调整后车站中心处埋深增加1.3m,西端头井增加1.6m。若按原明挖顺做继续施工,连续墙插入深度不够,插入比0.68小于上海地区的经验数值0.8,将造成基坑开挖施工隐患。鉴于外环路车站周边环境复杂,经多次设计方案的研究,最后决定在已施工完连续墙的83.65m范围内采用中板以上(包括中板)明挖,又称"二明一暗"逆筑法施工。

2 工程结构形式

本车站为地下二层结构,车站结构形式上分为标准段单柱双跨段、两柱三跨段,标准段最窄处19.2m,端头井最宽处24.8m,设10米站台。车站主体结构形式采用地下二层钢筋混凝土框架结构,围护结构采用地下连续墙 内支撑体系。围护结构作为永久结构,在施工阶段抵挡施工期间的水、土压力,使用阶段与钢筋混凝土内衬墙组成。详见图2

3 逆筑法车站围护设计

车站西端头井基坑深度为19.109m。本车站西端头井采用1.0m厚地下连续墙,墙顶在地面下-0.9m处,墙长32.1m,进入⑦号土层(草黄色砂质粉土)5.0m左右,插入比0.680;标准段基坑深度为17.5m(局部由于底板纵梁下翻,基坑深度达18.9m)采用0.8m厚地下连续墙,墙顶在地面下-0.9m处,墙长30.1m,进入⑦号土层(草黄色砂质粉土)0.5m左右,插入比0.72。

3.1 围护结构计算模型的假定

⑴车站围护结构按平面问题计算,取单位长度进行结构分析。

⑵结构分析考虑基坑开挖施工的特点,按“先变形,后支撑”的原则进行结构内力计算,计入墙体的先期位移和支撑的压缩变形。

⑶开挖面以下坑内土体对墙体的抗力作用以一系列弹性约束模拟。

⑷侧向水土荷载采用朗金土压力理论,施工阶段外侧为主动土压力,水土合算;使用阶段静止土压力,水土分算。

⑸拆除支撑模拟支撑点加一反向集中力,回筑阶段按叠加法计算。

3.2 围护结构计算图示与荷载

⑴围护结构设计以《地基基础设计规范》(DGJ08-11-1999)为主,在结构计算中,φ、C值取固快峰值强度。

⑵根据上海市《基坑设计规程》(DGJ08-61-97),对本基坑围护墙地基土抗隆起稳定、基坑底部土体抗隆起稳定、围护墙底部土体的抗渗流稳定、围护墙结构的抗倾覆稳定、承压水稳定进行了验算。

⑶车站基坑开挖土层以粉质粘土层为主,施工阶段地层压力采用水土合算,开挖面以上基坑外侧采用朗金土压力公式,开挖面以下基坑外侧土压力采用矩形分布。

⑷施工期间路面超载,端头井处采用30kN/m2,其它以20kN/m2计。详见图3

3.3 基坑稳定分析

根据相关规范本设计按二级基坑控制变位。车站基坑开挖土层以粉质粘土层为主,施工阶段地层压力采用水土合算,开挖面以上基坑外侧采用朗金土压力公式,开挖面以下基坑外侧土压力采用矩形分布。依据上海市《基坑设计规程》(DGJ08-61-97)第7章有关规定及公式,对本基坑围护墙地基土抗隆起稳定、基坑底部土体抗隆起稳定、围护墙底部土体的抗渗流稳定、围护墙结构的抗倾覆稳定、承压水稳定进行了验算,计算结果详见图4(以西段头井为例)及表1。

3.4 地基加固及基坑降水

⑴针对表1中基坑底土体抗隆起、抗渗流稳定不满足规范要求的情况,设计中考虑基坑坑底旋喷满堂加固,加固深度为底板垫层下4m,底梁下翻梁处局部调整,加固后土体指标qu≥1.0Mpa。地基土体的加固,明显改善土体性能,使连续墙基坑底部的内力减少,使现有连续墙的配筋满足承载力和裂缝控制要求。

⑵计算所示西端头井基坑抗承压水稳定不满足,设计中考虑端头井高压旋喷注浆加固,并在施工中要求施工单位设置抽承压水措施。

3.5 支撑布置

⑴西端头井(标准段)基坑的施工步骤:

①待基坑内立柱桩、地下墙及其顶圈梁且达到设计强度后,开挖土体至第一道钢支撑位置,设置钢支撑(支撑中心与连续墙顶冠梁中心重合),并施加预应力,依次至第三道钢支撑。

②开挖土体至中板下1.1m基坑面,浇筑C30砼垫层,垫层厚300mm,结构中板及中框架梁,待砼强度达到设计要求后,拆除第三道钢支撑。③开挖土体至第四道钢支撑位置下500mm,设置钢支撑,并施加预应力,依次至设置第六(五)道钢支撑。④开挖土体至底板下基坑底面,浇筑砼垫层,结构底板,浇筑内衬、且达到设计强度后,拆除第四、五、六道支撑。⑤浇筑内衬、顶框架梁和顶板砼,且达到设计强度后,拆除第一、二道支撑。

连续墙顶圈梁采用C30钢筋混凝土,基坑钢直撑均采用(壁厚t=16mm)Ф609钢管,直接撑地墙的预埋件上(其中穿墙直撑两端焊400H型钢,型钢焊在埋件上);斜撑两端加焊400H型钢撑于地墙的预埋件上,H型钢与预埋件焊接牢固。钢材选用Q235B钢。

4 结论

外环路车站逆做部分全部施工完成,基坑最大水平位移24mm,立柱桩与基坑围护墙之间的差异沉降15mm,各项指标均满足要求,外环路地铁车站深基坑逆做法设计施工的成功,积累了此类方法的设计施工的经验,达到的预期的目的。