宏伊大厦裙房施工与地铁2号线河南中路站风井改造[摘要]介绍某施建于地铁上方的建筑的施工难点和特点,并对施工过程及其监测结果进行了详细的介绍,为类似工程提供经验。[关键词]地铁;改造;施工技术;监测 上海宏伊大厦工程地处南京路步行街东端,其平面如图1所示。规划红线范围中北侧包含了地铁2号线河南中路站的3号出入口、风机房、风井结构。本工程中裙房在原风机房上部建造钢结构与主体结构连接,如图2所示。因钢结构直接“蹲”在地铁风机房上部,故如何有效地控制地下结构沉降成为施工中的重点。
1 工程难点和特点(1) 紧靠地铁,施工要求高 地铁2号线河南中路站是从浦东到浦西的第1站,保护等级为特级,地铁公司给的控制指标为:地铁结构最终绝对沉降、隆起及水平位移量<5ｍｍ;施工引起的结构变形<0.5ｍｍ/ｄ。
(2)新结构的改造需确保风机房的正常功能 地铁2号线河南中路站建成于1999年,新结构所覆盖范围为车站新风井、排风井及事故风井,其承担了地下车站主要的通风换气功能。宏伊大厦工程裙房有小部分位于地铁风机房上部。其地下部分为地铁物业用房,其中包括风机设备房、消声设备等,地上部分为2个风井,其中北侧较大风井为新风井及事故风井。改造工程范围平面覆盖整个红线以内,立面中涉及地铁顶板以上所有覆土挖除、风井凿除等工作。地铁公司要求,施工过程中不得有雨水、尘土、物体等进入风机房内部,以免危害设备正常运行。(3)大体积土体卸载带来地下风机房结构上浮的风险 经过对地铁2号线河南中路车站部分图纸的研究发现:地下风机房结构无桩基,结构属于抗浮箱体设计。地下2层,埋深约14ｍ,底板厚1.8ｍ。 经图纸研究及现场勘察,在地铁下部结构顶板上平均覆土1.8ｍ,挖土面积约508ｍ2。经计算挖除覆土约1650ｔ,若一次性挖除,将对地下结构产生较大的不均匀沉降。(4) 限时开挖和基础梁限时施工要求高 土方开挖采用分区分块,并和钢筋混凝土基础梁穿插结合施工。地铁公司要求,挖除覆土后结构顶板不得长时间暴露在外,基础梁限时48ｈ内完成。因场地位置特殊,混凝土浇捣难度大。基础梁施工完毕之后要求立即回填砂袋以保持土体平衡,模板、支撑先埋在砂土中,对后续施工带来麻烦。(5)上部钢结构加载过程中须保持基础(风机房)的平衡受力状态不受影响 在上部结构施工过程中,为保持基础所受荷载基本不变,需要同步卸载减压。以达到施工过程中加减荷载的平衡,保证地下结构安全。钢结构施工过程中,钢柱、钢梁安装需考虑到临时的集中荷载对下部结构产生的作用力,因此要避免集中方向安装。2 施工指导原则2.1 信息化施工,掌握变形数据 地铁公司所要求的0.5ｍｍ/ｄ之内的变化控制量对于普通的建筑工程来说是近乎苛刻的要求。三、四等水准测量仪的允许误差就已经是0.5ｍｍ的6倍之多,根本无法测得准确而又细微的沉降变化。因此我们使用一级精密水准仪进行1天2次以上沉降观测,将数据进行整理分析,以指导下一步的施工。2.2 施工不能影响地铁正常工作 风井作为贯穿地上地下的结构部分,在改造过程中将凿除其上部圆筒形钢筋混凝土结构墙,并将原先2个风井(新风风井和事故风井合并在同一风井,但通风管路不同)改造成为新风、排风、事故3个各自独立的风井。 为保证地铁车站通风量及其质量,我们在施工中与地铁公司进行充分的沟通,采取夜间施工。待每日末班车驶离之后开始施工,次日首班车之前30ｍｉｎ收工,并清除垃圾。确保施工过程中不影响地铁的使用。 凿除采用由内而外的凿除方式,在风井内部用槽钢梁挑脚手架,从圆筒内部向外凿除,以防止砖、混凝土碎块掉落到风机房内部造成设备损坏。 待风井上部结构凿除后,新风井结构按设计图暂时用空心砖砌至一定高度。2.3分区施工,集中人力速战速决 对土方开挖及基础梁施工进行分区设置,结合变形观测数据合理安排工作量。事先按照挖土量、复杂程度并考虑最佳施工线路,将整个施工区域分为4个区块。 由具有长年结构施工经验的人员施工,挖土与基础梁施工穿插进行。确保基础梁从挖土、上排架、支模、钢筋笼制作到完成混凝土浇捣时间不超过48ｈ。 按计算,新建钢筋混凝土基础梁的重量与被挖除覆土重量尚有一定差距,必须在基础梁完成后,及时回填砂袋,以保持结构受力平衡,并适当加压为下一分区施工创造条件。2.4结构施工,边造边挖 为减小上部荷载,裙房此部位设计为6层钢结构,楼板为压型钢板加配筋陶粒混凝土。施工前经过详细计算,结构荷载约为15500ｋＮ,折算每层约2600ｋＮ。原覆土重量按照平均1.8ｍ深,508ｍ2约为16500ｋＮ。结构施工是一个逐步加载的过程,为达到荷载平衡,必须在上部结构施工过程中同步挖除基础梁下方后加载的砂袋等。3 施工方案3.1设置测量方案 对于地下结构沉降测量,我部专门制订相适应的测量方案,由富有地铁监测经验的专业分包进行。 沉降监测点设置于地下风机房内,每根立柱均设1点,共19点。开工前两周开始进行初始沉降观测,以了解常规状态下的沉降变化。 改建施工开始后,监测频度增加。形成日报表、周报表、月报表。施工进程根据报表提示随时采取相应变更。3.2分区施工设置 因地下情况复杂,优先考虑在风井处(整个施工区域东侧)施工,西边的基础梁稍后进行。因为3个风井处的覆土较少,而且从结构图看,有1根主要的基础梁由南向北穿过风井,并影响到其他主要梁的成型,应先完成。先完成风井处,一方面可尽量减小风机房上部的卸载,另一方面也可在以后施工中有效防止对风井的影响。因此,总体上将施工区域分为4区块,东边按照顺序1→2→3区域先施工,西边4区后开挖。3.3风井施工 风井的结构改造分2次完成,在基础梁施工阶段先完成地下部分及地上2～3ｍ高度内的砖混结构;待上部钢结构完成后,继续进行并最终形成完整的结构。基础梁施工阶段,可在风井出地面的部分上方暂时做出通风口、设临时屋盖。3.4风井保护措施 在风井打凿和改造中,在风井内外搭设防护架、脚手架,上部用彩钢板设置临时屋盖,既保证进出风通畅,又防止雨水侵入。并在坑内和风机房内砌筑一些挡水墙,达到防水、防坠物的作用。另在风井洞口上满盖50ｍｍ×50ｍｍ网眼钢板网,防止异物进入风井。3.5基础梁施工 根据结构设计图中梁的布置,以及有关结构施工规范,将基础梁按次序编号,依次施工。原则上先完成主梁,后完成次梁,减少施工缝,保证主梁的完整性。3.64号区块开槽挖土基础梁施工 西侧基础梁施工时采取开槽挖土的方法,按基础梁的高度确定挖土的深度,基础梁完成后宜回填砂袋和覆土。3.7新楼板暂缓施工,作为取土口 新结构底层楼板暂缓施工,相应部位预留插筋。在上部钢结构施工时,每完成一层,便挖除一定厚度的覆土或取出一定量的砂袋,维持风机房受力平衡。在覆土全部挖出、做好防水工程后再施工封闭。3.8合理安排钢结构施工,避免集中荷载 在钢结构施工的同时进行挖土卸载施工,但是还应避免钢柱安装出现集中在一边的情况。施工过程中合理安排钢柱钢梁施工顺序,从角到边均布加载。4 实施效果4.1基坑开挖前期施工对地铁风井监测数据分析 基坑开挖前经历了4个施工阶段(基坑围护、工程桩、加固、预降水),施工对地铁风井产生的影响如图3所示。由图3可见,风井变形呈隆起趋势,根据现场工况分析,本阶段钻孔灌注桩施工与围护连续墙接缝加固同时进行施工,由于加固施工注浆压力比较大,周边土层受到高压旋喷破坏,风井呈明显隆起趋势,最大隆起点如Ｆ17,最大累计隆起量达4.6ｍｍ,该风井变化较为均匀,临近测点差异沉降量不大,且变形曲线较为平缓,无突变等情况。
4.2基坑开挖施工对地铁风井监测数据分析 从图4可以看出,地下风井结构沉降较为均匀。累计量较大的Ｆ11点最大隆起量超过6.4ｍｍ。从图中还可看出,地下风井结构隆起趋势为,从基坑开挖前期就有隆起现象。根据工况分析原因,开挖初期,风井结构因受土层变形摩擦,局部呈隆起状;随着基坑内土方的大量卸载,土体压力的释放和土体应力场的改变,风井结构最终表现为较明显的隆起趋势。据实际分析,一般开挖至2、3层土时,风井结构隆起达到峰值,此后逐步有沉降趋势。
4.3风井结构施工阶段监测数据分析 从图5可以看出,地下风井结构沉降较为均匀。累计量较大的Ｆ11点最大隆起量超过6.2ｍｍ。从图5还可看出,地下风井结构变化趋势为,随着地上风井结构的不断增加,地下风井结构不断表现为下沉趋势。根据工况分析原因,地上风井结构不断增加,给地下结构带来的荷载也越来越大,最终地下风井表现为轻微沉降趋势。本阶段风井变化较为均匀,临近测点差异沉降量不大,无突变等情况。
5结语 在运营地铁风机房上部进行结构改建施工及新建结构施工,为严格控制建筑物沉降变形,保证地铁安全营运,采取分区施工、高精度高密度的变形观测、有效控制加减荷载量等施工控制手段,取得了良好的效果,可以为上海类似工程提供借鉴。
