浅析“时空效应”理论在上海地铁M8线延吉中路站土方开挖中的应用摘要:文章主要介绍基坑设计、按照“时空效应”原理确定的基坑开挖参数及保证措施和技术细节,以及适合推广借鉴的工艺设计.关键词:地铁;深基坑;时空效应;施工参数;安全1工程概况 延吉中路站位于上海市轨道交通杨浦线营口路与靖宇东路交界处,全长42.8,呈南北走向。延吉中路站中心里程SK445,外轮廓尺寸45.4×1.2,为地下2层岛式中间折返站,标准段站厅层高4.1m,站台层高5.7m,站台宽1.0,高1.4m,总建筑高度1.2m。车站标准段为单柱、双跨箱体结构,折返段部分为双柱3跨箱体钢筋混凝土结构,站中心覆土厚度约为2.5m,底板埋深1.5m,端头井埋深1.08~1.03m,结合延吉中路站的地质及水文情况,本车站采用明挖顺作法施工。
2土方开挖施工方案2.1土方开挖施工工艺流程 土方开挖遵循“时空效应”理论,分层、分段、分块开挖,纵向放坡。 分层:根据支撑设置情况分为6层开挖,每层开挖至支撑中心标高以下05;为防止基坑局部失稳,将每层开挖段分为2个亚层,保证每亚层高控制在2左右。分层情况见下表。
分段:沿车站纵向根据支撑平面位置分段,每段完成2根支撑范围内的土方开挖工作量,每个作业平台及纵向放坡均为2根支撑长度,约为5.2m～6m。 分块:每层每小段土方开挖采用分块作业,根据本工程围护结构和基坑支护系统的特点以及现场实际情况依次进行北侧、南侧分块的开挖纵向放坡:沿基坑开挖方向纵向进行放坡,纵向放坡总长度为50m～60m,纵向放坡系数为1:3.5～1:4。基坑开挖与支撑示意图如下(图示为东端标准段开挖施工)。
2.2土方开挖主要施工方案 根据施工总体布署,结合划定的施工场地、道路交通组织及周边环境,车站基坑拟先开挖东西两个端头井,端头井土方完成后进行端头井结构施工,同时由两个端头井向中间开挖。施工机械、临时便道均设置在车站主体结构的北侧。 因端头井斜撑较多,开挖深,面积大,开挖时采用履带吊配抓斗进行出土,基坑内设2台小型挖掘机配合倒土,分层进行土方开挖。 端头井土方开挖完成后开始主体结构土方开挖施工,因受交通导改的影响,以福泉路为界将车站主体结构土方开挖分成东西两个作业区进行土方开挖施工。2.2.1西端头井施工 西端头井开挖转角第1层斜撑部位土方时,挖掘机自角点位置向后倒退式挖土,完成2根支撑位置土方开挖后,即进行标高定位工作,焊接托架,架设支撑,按设计要求加设预应力。 第1层土方开挖顺序为: ①北侧三角体开挖施工,架设钢支撑; ②完成南侧三角体开挖施工,架设钢支撑; ③中间三角体开挖施工,直接往标准段放坡; 完成第1层土方开挖,进入第2层及以下各层土方开挖时,考虑到端头井部位斜撑安装时间相对较长,端头井部位土方开挖,在施工程序上进行适当调整,以满足快挖快撑、先撑后挖的施工原则。以第2层土方开挖为例,具体施工方法为: a.第1步进行③轴直撑位置土方开挖,并架设2根直撑。 b.第2步进行②轴～③轴三角区范围内的第2层土方开挖,为转角部位开挖提供开挖工作面。 开挖施工时间:31d(包括放坡开挖时间28d)
c.②～③轴三角区第2层土方开挖完成后,进行①～③轴斜撑区域内北侧三角体土方开挖,每开挖2根范围土方随即架设钢支撑。
开挖施工时间:7d ④等北侧支撑架设完成后方可开挖南侧土体,南侧三角体的开挖和支撑同北侧。 开挖施工时间:7d 综上所述:西端头井开挖土方:13673m3,开挖时间45d,计:303m3/d。2.2.2东端头井施工 第1层土方开挖与西端头井类似,仅因为考虑保护北侧新泾七村的居民楼,故调整为先从南侧角点开始施工。 中间三角体开挖面积较大,一次开挖方量大(1221m3),分层开挖时间过长(达44h),因此在施工中予以调整,具体施工顺序如下: ①先完成中间三角体南半部分的开挖,开挖方量为2556m3,第3层开挖时将放坡至西三角体,调整工序优先开挖西三角土体并及时架设支撑,开挖施工时间共需2+28+5=35d。 ②向东南向开挖三角体的土方,并每开挖6m及时架设2根钢支撑。
开挖施工时间:11d ③待东南侧三角体支撑完成后,开挖施工中间三角体的北半部分,施工参数如下表所示,纵向每完成开挖6m时,及时架设2根钢支撑。
开挖施工时间:2+28=30d(南半部分因有西部端头井的影响考虑增加5d)。
④向西北向开挖三角体的土方,并每开挖6m及时架设2根钢支撑。 开挖施工时间:11d 综上所述,东端头井土方开挖29158m3,开挖时间87d,计:335m3/d。2.2.3标准段土方开挖 车站标准段土方开挖按既定程序分层、分段、分块开挖,纵向放坡。 东作业区施工场地较长,标准段在基坑内采用2台小型挖掘机倒土,长臂挖掘机出土;西作业区施工场地较短,且有北侧盾构井影响,采用履带吊配合抓斗进行出土,基坑内设2台小型挖掘机配合倒土。 西作业区标准段开挖时间为159d,出土45797m3,合计290m3/d; 东作业区标准段开挖时间为146d,出土73209m3,合计500m3/d; 车站降水井、格构柱影响范围内的土方主要采用人工开挖,小型挖掘机在严格指挥作业的情况下配合倒土至出土机械有效作业范围内,开挖出的土方直接装车外运。 标准段每层、每段土方按先北、后南分块的顺序开挖,每一侧土方开挖完成后及时进行钢支撑中心点放样并焊接支撑托架,保证支撑架设的及时性。 各层土方之间留设一定宽度的开挖平台,开挖平台按3%设单侧坡以利于排水,排水坡为向基底一侧。根据车站地质条件,纵向放坡坡顶至坡脚总放坡坡度在1:3.5,分层之间局部放坡坡度不陡于1:1.5。 车站土方开挖过程中,对影响范围内的周边环境加强监控量测,尤其是对地下连续墙深层土体位移、地下水位、地表沉降等项目加密观测频率,分析反馈监测结果,指导各项施工参数的优化调整,确定最终施工参数。土方开挖至基底以上30cm时,改用人工开挖清底,验底通过后,按设计要求及时分块浇筑素混凝土封底。3钢支撑的安装 基坑开挖到位后及时进行支撑放样工作,在其上准确放出支撑定位十字线,为支撑架设做好准备。 随挖随支撑,限时安装钢管支撑,做好基坑排水,减少坑底的暴露时间,及时安装钢支撑并准确施加预应力。 第1道钢支撑在基坑开挖前抽槽埋设,第2层及其下面各层均分小段开挖和支撑。每小段在8h以内安装2根钢支撑并加好预应力,此施工参数在实际施工中不断进行优化调整。3.1钢管支撑系统的组成 本工程采用φ609mm、δ=14mm的钢管支撑,钢管支撑系统包括支撑杆系及附属构件部分,其中支撑杆系包括主体杆、活络端头及固定端,附属构件包括三角钢托架及钢楔等部分。3.2钢支撑安装施工流程 支撑编号→对号运到现场→支撑牛腿位置就位、量距→清理平整牛腿面→钢支撑就位校正→施工预应力→紧固钢楔→拆除液压千斤顶。 待分层、分段土方开挖到位时,立即进行支撑架设。支撑架设前根据车站断面宽度提前拼装,并经检验合格,无焊伤、开裂等质量缺陷,拼装完成的钢支撑轴线偏差和挠曲变形在规范允许范围之内。 支撑架设采用50t履带吊整体吊装。支撑架设时,首先测放支撑中心位置,采用十字弹线法准确定位,支撑就位精度满足相关规范要求,支撑轴线水平定位偏差在±30mm以内,支撑两端定位差异标高不大于20mm,且不大于支撑长度的1/600,支撑挠曲度不大于1/1000。 支撑架设完成后,为克服支撑端头与围护结构面不完全密贴而造成的点支承或线支承现象,防止钢支撑偏心受压,对围檩与围护结构之间的空隙加设钢楔打紧并灌注快凝早强砂浆充填,保证支护体系的整体支撑效果。快凝早强砂浆其配合比为硫铝酸盐超早强水泥:白云砂:快燥精:水=10:14:0.5:3.5(单位kg),其24h抗压强度可达到30MPa。 采用8t汽车吊配合下放千斤顶进行预应力加设,通过压力表读取预应力值,当压力读数与需要加设的预应力值相符时,稳定千斤顶压力,在活络端打设钢楔限位,完成支撑预应力加设。为了使钢楔充分密贴,钢楔的表面平整度控制在2‰以内。支撑预应力加设前后的各12h之内,加密监测频率,发现预应力损失或围护结构变形速率无明显收敛时,复加预应力至设计值。 对于第1排钢支撑,在土方开挖至基底附近时,可能出现应力为0甚至围护结构向基坑外侧变形的工况,施工中考虑对第1排钢支撑两端全部设置悬吊吊索,防止钢支撑移动脱落而危及基坑安全。3.3支撑体系架设注意事项 钢支撑加工轴线偏心度控制在10mm以内,支撑安装前先在地面拼装,拼装后的偏心度应在20mm以内。支撑安装好后总偏心度≤50mm。钢支撑标高偏差≤50mm,水平方向偏差≤100mm。钢支撑架设前,应在围护结构上安装牢固托架,同时支撑部位的结构面要处理平整,并与钢支撑垂直。每一小段或每个块开挖完后,要争取时间,采取相应措施,尽快架设好相应的钢支撑。钢支撑架设好后立即用千斤顶施加设计要求的轴力,在架设过程中要有专人负责对场地机具设备的检修,吊放过程中要有专人统一指挥,以保障施工安全。对已架设好的钢支撑要有专人观察和检查,并严禁人员在钢支撑上行走,如发现挠度增大或钢楔松动等现象,立即采取措施,加固或重新施加轴力。4结束语 随挖随撑的“时空效应”在延吉中路站土方开挖中得到了很好的应用,保持了周边建筑物及土体的稳定,确保了安全生产的总体目标,笔者认为需加强的是应适当调整和优化支撑竖向布置,改善支撑和墙体受力,减少变形,另端头井部分采用大跨度斜撑,加设钢围檩,确保稳定。
