李建國

(中鐵十二局集團有限公司，山西太原 030024)

蘇州站改造工程是一座集鐵路、城市軌道、城市道路交通換乘功能于一體的現(xiàn)代化大型交通樞紐，上部主體站房設(shè)計有普速站房和城際站房，下部設(shè)計有立體十字交叉的地鐵2號線和4號線車站，地鐵4號線車站長度為123 m，寬度為26.4 m，圍護結(jié)構(gòu)為800 mm厚地下連續(xù)墻，采用逆做法施工工藝，支撐體系為逆做法主體結(jié)構(gòu)與φ609鋼管內(nèi)撐相結(jié)合的形式，基礎(chǔ)為φ850鋼筋混凝土灌注樁，內(nèi)撐墻厚度800 mm，頂板、中板和底板厚度分別為600 mm，400 mm和1 200 mm。地鐵4號線車站結(jié)構(gòu)斷面圖見圖1。

圖1 主體結(jié)構(gòu)剖面圖

站址所在場地為廣闊的沖積湖平原，水系發(fā)育，系典型的水網(wǎng)化平原，地面標高在1.25 m～2.05 m之間，地勢較平坦。土質(zhì)以淤泥、粘土和粉質(zhì)粘土層為主。地下水為孔隙潛水、微承壓水及承壓水，微承壓水主要為粉砂夾粉質(zhì)粘土，由于該土層水平方向差異性較大，局部夾較多粉質(zhì)粘土，其透水性及賦水性一般～中等。該含水層埋深在6.80 m～12.20 m之間，厚度在1.30 m～6.50 m，為對車站施工影響較大的含水層。

1 逆做法施工優(yōu)點及工藝流程

1.1 逆做法施工優(yōu)點

采用逆做法施工一是可以縮短工程施工總工期，因“逆做法”基坑施工時上下部結(jié)構(gòu)同時作業(yè)，避免了一定的流水工序，支撐工作量也大大減少，基坑越深，縮短總工期的效果越明顯;二是因采用了“以樁代柱、以板代撐、以圍護代墻”模式，省去了大量臨時支撐，有效降低了工程成本;三是因樓板支撐剛度較大，有效控制了周邊地質(zhì)變形，封閉式施工提高了現(xiàn)場文明施工的標準。

1.2 逆做法施工工藝流程

施工準備→地下連續(xù)墻、工程樁及格構(gòu)柱施工→基坑降水→站房－1層基坑土方開挖→連續(xù)墻頂部混凝土鑿除→頂部梁板短支模墊層施工→頂部梁板及冠梁側(cè)模支設(shè)→頂部梁板及冠梁混凝土結(jié)構(gòu)施工→基坑降水→－2層基坑土方逆做法盆式開挖施工→中板地模墊層施工→中板混凝土結(jié)構(gòu)施工→－3層基坑土方逆做法盆式開挖施工→臨時φ609鋼管內(nèi)支撐施工→底板墊層及端頭井梁磚胎模施工→－3層梁板混凝土結(jié)構(gòu)施工→－3層內(nèi)襯墻及立柱施工→－2層內(nèi)襯墻及立柱施工→其他附屬結(jié)構(gòu)施工，部分流程圖如圖2所示。

圖2 4號線車站逆做法施工流程圖

2 圍護結(jié)構(gòu)和支撐體系設(shè)計與分析

地鐵4號線車站圍護結(jié)構(gòu)采用800 mm地下連續(xù)墻，接頭型式為H型鋼，開挖深度約25 m，連續(xù)墻入土深度為28 m，－3層豎向設(shè)一道φ609鋼管內(nèi)撐，水平間距3 m。為判斷開挖過程中基坑支護的穩(wěn)定性，通過ANSYS有限元軟件計算基坑內(nèi)每層土方開挖后圍護結(jié)構(gòu)的變形和內(nèi)力，為現(xiàn)場施工及支撐結(jié)構(gòu)提供依據(jù)。

2.1 建立模型

模型中地下連續(xù)墻、柱、冠梁均采用Soild45實體單元，支撐采用Beam4單元模擬，網(wǎng)格劃分采用智能和人工劃分相結(jié)合的方法。開挖基坑時，地下連續(xù)墻承受水平荷載，施加于圍護結(jié)構(gòu)外側(cè)?；炷翉姸鹊燃墳镃30，材料的彈性模量取3×1010N/m，泊松比為0.2。按照施工圖建立結(jié)構(gòu)ANSYS分析有限元計算模型。

2.2 有限元計算結(jié)果

分別對4號線車站－2層開挖、－3層開挖兩種工況進行計算。水平荷載為梯形面荷載，地下連續(xù)墻頂處為160 kPa，－2層底處為230 kPa，－3層底處為310 kPa。計算結(jié)果見表1。

表1 地鐵4號線開挖過程應力應變值

2.3 結(jié)論

地鐵4號線車站開挖－2層時墻體壓應力較小，開挖－3層時由于有中板側(cè)向支撐的作用，最大壓應力也不大。加支撐后應力大幅減小，效果非常明顯。土方開挖過程中墻體應力較大部位基本上都發(fā)生在開挖后的各層底部;增加支撐后結(jié)構(gòu)應力應變減小比例較大，橫向支撐作用明顯，整個支撐結(jié)構(gòu)設(shè)置合理、有效。整個開挖過程中結(jié)構(gòu)未出現(xiàn)過大的壓應力，壓應變處于彈性范圍內(nèi)，開挖過程中結(jié)構(gòu)處于安全狀態(tài)。

3 超深基坑降水方案

根據(jù)降水施工總體方案，設(shè)置了10口疏干井，按照基坑降水方案，將疏干井布設(shè)完畢。在基坑開挖前15天進行降水疏干施工，通過控制降水使地下水位始終處于開挖作業(yè)面以下2 m～3 m位置，疏干基坑內(nèi)潛水，確?？觾?nèi)的土體固結(jié)，達到開挖條件。

4 超深開挖施工技術(shù)

地鐵4號線車站－2，－3層基坑開挖按照“時空效應”理論，采用“分層、分段、對稱、平衡”的盆式開挖方法，先開挖中間，后開挖兩邊，采取二次開挖方法。－2層第一次開挖至－12.9 m，第二次采取退挖，人工配合機械開挖至設(shè)計標高－14.61 m;－3層第一次開挖至－18.67 m，立即進行φ609×16 mm鋼支撐施工，第二次采取退挖，人工配合機械開挖至設(shè)計標高－22.392 m。按規(guī)定時限分段開挖土方，當分段分層開挖達到設(shè)計基底開挖標高后，立即澆筑混凝土墊層、中板或基礎(chǔ)底板施工，減少基坑暴露時間。開挖以機械施工為主，人力施工為輔，利用PC-60小型挖機將開挖出來的土方倒運至臨時出土口，再用16 m長臂挖掘機裝車運出施工場地。

5 開挖過程信息監(jiān)測

5.1 監(jiān)測點布置

對基坑開挖過程中的基坑內(nèi)、外土壓力，基坑內(nèi)、外水壓力，連續(xù)墻變形，連續(xù)墻頂水平位移，連續(xù)墻主筋應力，鋼支撐軸力，土體穩(wěn)定性，地表沉降，基坑外地下水位監(jiān)測，同時對基坑外土體水平位移，周圍環(huán)境及鄰近建筑物安全進行全方位監(jiān)測。

5.2 主要儀器性能、精度及安裝使用方法

1)水準儀和經(jīng)緯儀。水準儀用于量測地面、地層內(nèi)各點及構(gòu)筑物施工前的標高及施工中的沉降，經(jīng)緯儀用于量測地形點和構(gòu)筑物的施工控制點坐標(即位置)及施工中的水平變位。

2)測斜儀。測斜儀主要用于量測打樁或基坑開挖所引起的土體水平位移、圍護樁或圍護墻的水平位移、地下室垂直墻面的水平位移。

3)土壓力儀。土壓力儀主要用于量測基坑圍護結(jié)構(gòu)與土體接觸面的土壓力、基坑開挖時土體的應力變化。

5.3 監(jiān)控量測管理

1)監(jiān)控量測實施頻率。施工中監(jiān)控量測的數(shù)據(jù)要及時進行分析處理和信息反饋，確保圍護結(jié)構(gòu)、地面建筑物、地下管線的穩(wěn)定和安全。測試頻率，基坑開挖過程中每2 d一次，必要時加密，底板完成后每3 d一次。2)監(jiān)控量測信息反饋程序。在測得足夠數(shù)據(jù)后，要及時將量測數(shù)據(jù)繪制成散點圖，選擇合適的函數(shù)，對量測結(jié)果進行回歸分析，即可求得時態(tài)曲線。預測該測點可能出現(xiàn)的最大位移值或應力值，預測結(jié)構(gòu)或建筑物的穩(wěn)定狀態(tài)。監(jiān)控量測信息反饋程序如圖3所示。

圖3 監(jiān)控量測信息反饋程序

5.4 監(jiān)測項目的警戒值

4號線車站保護等級為一級，根據(jù)地鐵基坑工程施工規(guī)程中提出的一級基坑要求下的控制指標，安全系數(shù)Ks≥2.0，結(jié)合設(shè)計要求，提出相關(guān)標準警戒值。在實際監(jiān)測中，通過事先確定的警戒值，來判斷位移或受力狀況是否會超過允許的范圍、判斷工程施工是否安全可靠、是否需調(diào)整施工步序或優(yōu)化原設(shè)計方案，以確保工程順利實施和達到預期目標。

6 結(jié)語

通過優(yōu)化合理的施工方案及工藝流程，嚴謹細致的模擬計算和預控措施，全方位的信息監(jiān)測技術(shù)，組織嚴密的管理措施，確保了工程質(zhì)量、安全和工期目標，積累了寶貴的經(jīng)驗。

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