地下連續(xù)墻在明珠線換乘地道中的應(yīng)用

摘　要　介紹了地下連續(xù)墻既作為地下建筑物施工的臨時支擋結(jié)構(gòu),又作為使用階段的地下建筑物外墻的應(yīng)用案例。分析了地下連續(xù)墻在明珠線換乘地道設(shè)計過程中的計算方法。
關(guān)鍵詞　人行隧道,地下連續(xù)墻,施工設(shè)計,防水設(shè)計
1 　工程概況
上海軌道交通3 號線(明珠線)與軌道交通1 號線(地鐵1號線)在上?；疖囌緦?shí)現(xiàn)換乘。上?；疖囌镜貐^(qū)是上海的一個特大型公交樞紐。鐵路站場將車站廣場分割為南北兩塊,而明珠線經(jīng)過車站的北廣場,地鐵1 號線的車站設(shè)在了南廣場。為使兩條線路之間的乘客方便地實(shí)現(xiàn)換乘,同時溝通南北車站廣場的人行交通,必須建一條地道。因此,明珠線工程包括了連接明珠線與地鐵1號線的地道工程。地道始于火車站北廣場下明珠線車站的地下站廳,在上?；疖囌菊緢龅臇|咽喉處穿越15 股鐵道,然后在火車站南廣場的鐵路東行包房旁由西向東轉(zhuǎn)向地鐵1 號線的車站站廳層。設(shè)計時根據(jù)人流的大小,將整個地道分為兩段。一段在火車站站場底下,人流較密集,采用凈寬12 m, 凈高3 m 的地道,稱為主地道。主地道的北端與明珠線車站站廳層相接,南端分岔,一端連接緊靠鐵路東行包房的出入口,另一端接一段凈寬6 m, 凈高2.6 m的地道,至地鐵1 號線車站站廳層,稱為支地道。整個地道工程還包括主地道與廣場地面出入口之間的一小段地道和地下通風(fēng)設(shè)備機(jī)房。
上海火車站地區(qū)的地質(zhì)情況較為復(fù)雜。地道處的地質(zhì)經(jīng)地質(zhì)勘探孔揭示,地層分布如下: ① 人工填土,上部為雜填土,下部為素填土,層厚約2 m;② 粉質(zhì)粘土,褐黃色-灰黃色,可塑-軟塑,層厚約1 m; ③ 砂質(zhì)粉土,灰色,稍密,夾薄層淤泥質(zhì)粘土及粉砂,層厚約11.9 m; ④ 淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土, 灰色,流塑,層厚約7 m; ⑤ 粉質(zhì)粘土,灰色,軟塑-可塑,夾薄層粉砂,層厚約3.6 m; ⑥ 粘土,暗綠色, 可塑-硬塑,層厚約6.4 m; ⑦ 砂質(zhì)粉土,黃色,稍密-中密,未鉆透。地下水埋深2.5 m 左右,屬潛水。地道基坑范圍大部位于2～3 層砂質(zhì)粉土內(nèi), 其垂直滲透系數(shù)Kv =2.5 ×10-4cm/s, 水平滲透系數(shù)KH =1.0×10-4cm/s 。其固結(jié)快剪峰值強(qiáng)度指標(biāo)為C =6 kPa,α=30.5°。
原施工圖設(shè)計的支地道采用并列搭接的鉆孔灌注樁圍護(hù)地道基坑,明挖法施工地道。但是在具體實(shí)施時,由于支地道所處位置為南廣場的公交樞紐,如按原方案施工,按規(guī)定的工期,正好與火車站的春運(yùn)高峰相沖突,對整個廣場的交通疏導(dǎo)非常不利。在考慮各方因素后,決定將支地道靠近地鐵1 號線的約70 m 地道改為逆作法施工(即地鐵車站常用的蓋挖法),先施工完成圍護(hù)結(jié)構(gòu)及地道的箱身頂板,然后再在地下開挖,完成地道的底板和內(nèi)墻。為了盡量利用作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)的地下連續(xù)墻,設(shè)計時將地道的結(jié)構(gòu)與地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)結(jié)合起來,將地下連續(xù)墻作為地道的外墻,在地道的頂?shù)装迨┕ね瓿珊?在地下連續(xù)墻內(nèi)側(cè)澆注一層內(nèi)襯墻,作為地道的使用結(jié)構(gòu)處理。
2 　設(shè)計計算方法
2.1 　設(shè)計方法概況
采用逆作法施工的支地道結(jié)構(gòu)計算與施工過程是密切相關(guān)的。在設(shè)計過程中,根據(jù)施工工況的不同,按施工過程中每一次獨(dú)立工況的結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)來進(jìn)行分析。由于地道所處的地基地質(zhì)條件為滲透性很好的砂質(zhì)粉土,對開挖基坑進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算后,確定地下連續(xù)墻的入土深度為14 m , 開挖深度為6 m 。
考慮到在砂質(zhì)粉土中進(jìn)行地下連續(xù)墻施工的質(zhì)量因素,還按同樣結(jié)構(gòu)的不同工況進(jìn)行了順作法施工設(shè)計,以便對照和備用。
2. 2 　逆作法施工設(shè)計
逆作法施工的主要工況如圖1 : 在地道基坑范圍內(nèi),施工好地下連續(xù)墻,然后開挖基坑至第一道支撐下深度為第一工況;第二工況為架設(shè)好第一道臨時鋼支撐后,開挖至地道頂板底,鋼支撐采用Φ600 mm 鋼管,鋼管兩端設(shè)牛腿支座;第三工況為澆注好地道頂板并拆除臨時鋼支撐;第四工況為恢復(fù)路面,第五工況為在地道頂板下的地下開挖一定深度的土;第六工況為架設(shè)臨時鋼支撐再挖土至地道的底板底;第七工況為澆注地道底板后拆除臨時鋼支撐;第八工況為澆注地道內(nèi)襯墻后的受力工況;第九工況為將地下連續(xù)墻外的土壓設(shè)為靜土壓后的最終受力工況。

圖1 　逆作法施工工況
　　由于地道的結(jié)構(gòu)尺寸較小,地質(zhì)條件復(fù)雜,考慮到結(jié)構(gòu)安全,在設(shè)計計算時根據(jù)各工況的重要性大小,對部分工況進(jìn)一步作了細(xì)化分析。如:對地道頂?shù)装迮c地下連續(xù)墻的連接方式,分別按鉸接和剛接進(jìn)行分析;考慮了溫度和混凝土收縮影響的因素;等等。
2. 3 　順作法施工設(shè)計
順作法施工同樣劃分為若干工況。同逆作法施工一樣,首先澆注好地下連續(xù)墻。開挖基坑至第一道臨時鋼支撐下為第一工況;第二工況為架設(shè)第一道支撐并開挖至第二道臨時鋼支撐下;第三工況為架設(shè)第二道支撐并開挖至地道底板下;第四工況為澆注地道底板并拆除第二道支撐;第五工況為澆注地道頂板并拆除第一道支撐;第六工況為澆注內(nèi)襯墻;第七工況為回填恢復(fù)路面;第八工況為將地下連續(xù)墻外的土壓設(shè)為靜土壓后的最終受力工況。各工況見圖2。順作法施工也對重要工況進(jìn)一步進(jìn)行了細(xì)化分析。
地下連續(xù)墻的設(shè)計計算有很多方法。根據(jù)上海市的有關(guān)規(guī)范,在計算時采用了“ 桿系有限元法”。將地下連續(xù)墻劃分為若干連續(xù)的單元,把地下連續(xù)墻的內(nèi)外側(cè)土體作為彈性介質(zhì),臨時的支撐結(jié)構(gòu)僅作為邊界支座。在基坑的開挖和架撐過程中,地下連續(xù)墻內(nèi)外側(cè)的受力和變形是變化的。在計算時采用了兩種方法對整個施工過程的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。在單純軟土地基中的開挖和支撐過程的計算采用“ 總和法”,即地下連續(xù)墻每一工況的內(nèi)力和變形由本次工況的外力作用和上一工況中由于支撐變形的強(qiáng)迫位移產(chǎn)生的內(nèi)力和變形總和而成。
這種方法對比擬成梁的地下連續(xù)墻在幾何特性和力學(xué)性質(zhì)不變的情況下是合理的。但對逆作法施工及有換撐等改變結(jié)構(gòu)幾何特性和力學(xué)性能的工況,“總和法”就不再適用,應(yīng)采用非線性的“ 增量法”來計算。即當(dāng)前工況的內(nèi)力和變形用本工況外力增量疊加前一工況已有的內(nèi)力和變形后得到。對于水平荷載增量,主要由挖土和拆撐引起。一般由于挖土和拆撐引起四項(xiàng)增量: ① 開挖側(cè)靜土壓力撤消; ② 開挖面上土彈簧內(nèi)力的釋放; ③ 開挖面下土彈簧的放松引起的內(nèi)力釋放; ④ 拆撐產(chǎn)生的支點(diǎn)反力作用。

圖2 　順作法施工工況
　　在地道設(shè)計中,分別運(yùn)用本院自編的《彈性地基平面桿系計算程序》和同濟(jì)大學(xué)地下系的《啟明星地下結(jié)構(gòu)計算軟件》進(jìn)行計算,取得了相似的結(jié)構(gòu)。
3 　連續(xù)墻結(jié)構(gòu)防水
由于連續(xù)墻直接作為地道結(jié)構(gòu)的外墻,因此連續(xù)墻墻幅接頭的防漏處理和連續(xù)墻砼的耐久性成為地道結(jié)構(gòu)使用壽命的關(guān)鍵。
3. 1 　連續(xù)墻墻幅接縫
根據(jù)上海地區(qū)地下連續(xù)墻的設(shè)計、施工經(jīng)驗(yàn), 連續(xù)墻墻幅的接頭較多采用鎖口管或接頭箱作為槽壁的端模,墻幅之間用一字型或十字型鋼板作為連續(xù)墻的剛性連接構(gòu)件。本次設(shè)計中采用截面為圓形的鎖口管,使連續(xù)墻的槽端成為凸圓端形或凹圓端形。連接件用鋼筋替代。鎖口管要有足夠的剛度。在混凝土施工過程中微量提動鎖口管,并應(yīng)在澆完混凝土6～8 h 內(nèi)拔除。在相臨槽段內(nèi)的連續(xù)墻施工時,應(yīng)采用專用工具在鋼筋籠入槽前清刷已成墻的連續(xù)墻接縫,使接縫的混凝土接合緊密。
4. 2 　連續(xù)墻砼耐久性
地道結(jié)構(gòu)的防水性要求較高,因此必須提高混凝土的抗?jié)B性。除了設(shè)計要求高標(biāo)號的防水混凝土外,在上海地區(qū)高地下水位的環(huán)境下,還采用了在混凝土中添加外加劑的辦法來提高混凝土的耐久性?？稍谶B續(xù)墻和地道頂?shù)装寤炷林刑砑親EA 砼防水劑。這種外加劑用于地下建筑的防滲效果良好,主要作用是通過HEA 水化后產(chǎn)生的鈣礬石晶體填充混凝土毛細(xì)空隙,并能使混凝土產(chǎn)生微量膨脹,有效補(bǔ)償了混凝土的干縮和冷縮。使用方法為在水泥中內(nèi)摻6 %(等量取代水泥) 。由于該外加劑有早強(qiáng)功能,因此在使用時特別要注意拌和后的澆搗時間和澆注后的養(yǎng)護(hù),對超長結(jié)構(gòu)還要加設(shè)后澆帶,并進(jìn)行分倉澆注。除以上主要防水措施外,對地道頂、底板與連續(xù)墻的施工接縫和其它施工縫,設(shè)計均考慮設(shè)膨脹橡膠止水帶防護(hù)。
4 　結(jié)語
在砂性土中進(jìn)行地下連續(xù)墻施工,沉放鋼筋籠和澆注水下混凝土?xí)r一定要注意對槽壁的防護(hù),以的增量法。特別是有關(guān)換撐及內(nèi)襯結(jié)構(gòu)隨工況的免造成槽壁坍塌,影響地下連續(xù)墻的墻面質(zhì)量,進(jìn)不同而變化后,需從前后工況之間的結(jié)構(gòu)變化來考而影響逆作法施工工序。慮受力特點(diǎn)。利用地下連續(xù)墻作為外墻的最大優(yōu)
在人行地道建設(shè)中運(yùn)用地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu),通常點(diǎn)是:結(jié)構(gòu)剛度大、有良好的承載力、抗?jié)B性,且逆是將地下連續(xù)墻作為施工基坑的擋土結(jié)構(gòu),設(shè)計時作法、順作法均可適用,節(jié)省了工程投資。通過本僅考慮順作法施工工況,計算方法采用總和法。但工程的設(shè)計,拓展了地下連續(xù)墻在城市人行地道中如將地下連續(xù)墻作為地道外墻結(jié)構(gòu),在計算時就要的運(yùn)用范圍。用考慮結(jié)構(gòu)受力過程隨受力工況的變化進(jìn)行調(diào)整

參　考　文　獻(xiàn)
1 　劉建航,侯學(xué)淵. 基坑工程手冊. 北京:中國建筑工業(yè)出版社,1997
2 　揚(yáng)德林. 軟土工程施工技術(shù)與環(huán)境保護(hù). 北京:人民交通出版社,1999
3 　DBJ08 -61 -97 基坑工程設(shè)計規(guī)程
4 　DBJ08 -11 -99 地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范