淺析“時空效應”理論在上海地鐵M8線延吉中路站土方開挖中的應用摘要:文章主要介紹基坑設計、按照“時空效應”原理確定的基坑開挖參數及保證措施和技術細節,以及適合推廣借鑒的工藝設計.關鍵詞:地鐵;深基坑;時空效應;施工參數;安全1工程概況 延吉中路站位于上海市軌道交通楊浦線營口路與靖宇東路交界處,全長42.8,呈南北走向。延吉中路站中心里程SK445,外輪廓尺寸45.4×1.2,為地下2層島式中間折返站,標準段站廳層高4.1m,站臺層高5.7m,站臺寬1.0,高1.4m,總建筑高度1.2m。車站標準段為單柱、雙跨箱體結構,折返段部分為雙柱3跨箱體鋼筋混凝土結構,站中心覆土厚度約為2.5m,底板埋深1.5m,端頭井埋深1.08~1.03m,結合延吉中路站的地質及水文情況,本車站采用明挖順作法施工。
2土方開挖施工方案2.1土方開挖施工工藝流程 土方開挖遵循“時空效應”理論,分層、分段、分塊開挖,縱向放坡。 分層:根據支撐設置情況分為6層開挖,每層開挖至支撐中心標高以下05;為防止基坑局部失穩,將每層開挖段分為2個亞層,保證每亞層高控制在2左右。分層情況見下表。 分段:沿車站縱向根據支撐平面位置分段,每段完成2根支撐范圍內的土方開挖工作量,每個作業平臺及縱向放坡均為2根支撐長度,約為5.2m～6m。 分塊:每層每小段土方開挖采用分塊作業,根據本工程圍護結構和基坑支護系統的特點以及現場實際情況依次進行北側、南側分塊的開挖縱向放坡:沿基坑開挖方向縱向進行放坡,縱向放坡總長度為50m～60m,縱向放坡系數為1:3.5～1:4。基坑開挖與支撐示意圖如下(圖示為東端標準段開挖施工)。2.2土方開挖主要施工方案 根據施工總體布署,結合劃定的施工場地、道路交通組織及周邊環境,車站基坑擬先開挖東西兩個端頭井,端頭井土方完成后進行端頭井結構施工,同時由兩個端頭井向中間開挖。施工機械、臨時便道均設置在車站主體結構的北側。 因端頭井斜撐較多,開挖深,面積大,開挖時采用履帶吊配抓斗進行出土,基坑內設2臺小型挖掘機配合倒土,分層進行土方開挖。 端頭井土方開挖完成后開始主體結構土方開挖施工,因受交通導改的影響,以福泉路為界將車站主體結構土方開挖分成東西兩個作業區進行土方開挖施工。2.2.1西端頭井施工 西端頭井開挖轉角第1層斜撐部位土方時,挖掘機自角點位置向后倒退式挖土,完成2根支撐位置土方開挖后,即進行標高定位工作,焊接托架,架設支撐,按設計要求加設預應力。 第1層土方開挖順序為: ①北側三角體開挖施工,架設鋼支撐; ②完成南側三角體開挖施工,架設鋼支撐; ③中間三角體開挖施工,直接往標準段放坡; 完成第1層土方開挖,進入第2層及以下各層土方開挖時,考慮到端頭井部位斜撐安裝時間相對較長,端頭井部位土方開挖,在施工程序上進行適當調整,以滿足快挖快撐、先撐后挖的施工原則。以第2層土方開挖為例,具體施工方法為: a.第1步進行③軸直撐位置土方開挖,并架設2根直撐。 b.第2步進行②軸～③軸三角區范圍內的第2層土方開挖,為轉角部位開挖提供開挖工作面。 開挖施工時間:31d(包括放坡開挖時間28d) c.②～③軸三角區第2層土方開挖完成后,進行①～③軸斜撐區域內北側三角體土方開挖,每開挖2根范圍土方隨即架設鋼支撐。開挖施工時間:7d ④等北側支撐架設完成后方可開挖南側土體,南側三角體的開挖和支撐同北側。 開挖施工時間:7d 綜上所述:西端頭井開挖土方:13673m3,開挖時間45d,計:303m3/d。2.2.2東端頭井施工 第1層土方開挖與西端頭井類似,僅因為考慮保護北側新涇七村的居民樓,故調整為先從南側角點開始施工。 中間三角體開挖面積較大,一次開挖方量大(1221m3),分層開挖時間過長(達44h),因此在施工中予以調整,具體施工順序如下: ①先完成中間三角體南半部分的開挖,開挖方量為2556m3,第3層開挖時將放坡至西三角體,調整工序優先開挖西三角土體并及時架設支撐,開挖施工時間共需2+28+5=35d。 ②向東南向開挖三角體的土方,并每開挖6m及時架設2根鋼支撐。 開挖施工時間:11d ③待東南側三角體支撐完成后,開挖施工中間三角體的北半部分,施工參數如下表所示,縱向每完成開挖6m時,及時架設2根鋼支撐。 開挖施工時間:2+28=30d(南半部分因有西部端頭井的影響考慮增加5d)。 ④向西北向開挖三角體的土方,并每開挖6m及時架設2根鋼支撐。 開挖施工時間:11d 綜上所述,東端頭井土方開挖29158m3,開挖時間87d,計:335m3/d。2.2.3標準段土方開挖 車站標準段土方開挖按既定程序分層、分段、分塊開挖,縱向放坡。 東作業區施工場地較長,標準段在基坑內采用2臺小型挖掘機倒土,長臂挖掘機出土;西作業區施工場地較短,且有北側盾構井影響,采用履帶吊配合抓斗進行出土,基坑內設2臺小型挖掘機配合倒土。 西作業區標準段開挖時間為159d,出土45797m3,合計290m3/d; 東作業區標準段開挖時間為146d,出土73209m3,合計500m3/d; 車站降水井、格構柱影響范圍內的土方主要采用人工開挖,小型挖掘機在嚴格指揮作業的情況下配合倒土至出土機械有效作業范圍內,開挖出的土方直接裝車外運。 標準段每層、每段土方按先北、后南分塊的順序開挖,每一側土方開挖完成后及時進行鋼支撐中心點放樣并焊接支撐托架,保證支撐架設的及時性。 各層土方之間留設一定寬度的開挖平臺,開挖平臺按3%設單側坡以利于排水,排水坡為向基底一側。根據車站地質條件,縱向放坡坡頂至坡腳總放坡坡度在1:3.5,分層之間局部放坡坡度不陡于1:1.5。 車站土方開挖過程中,對影響范圍內的周邊環境加強監控量測,尤其是對地下連續墻深層土體位移、地下水位、地表沉降等項目加密觀測頻率,分析反饋監測結果,指導各項施工參數的優化調整,確定最終施工參數。土方開挖至基底以上30cm時,改用人工開挖清底,驗底通過后,按設計要求及時分塊澆筑素混凝土封底。3鋼支撐的安裝 基坑開挖到位后及時進行支撐放樣工作,在其上準確放出支撐定位十字線,為支撐架設做好準備。 隨挖隨支撐,限時安裝鋼管支撐,做好基坑排水,減少坑底的暴露時間,及時安裝鋼支撐并準確施加預應力。 第1道鋼支撐在基坑開挖前抽槽埋設,第2層及其下面各層均分小段開挖和支撐。每小段在8h以內安裝2根鋼支撐并加好預應力,此施工參數在實際施工中不斷進行優化調整。3.1鋼管支撐系統的組成 本工程采用φ609mm、δ=14mm的鋼管支撐,鋼管支撐系統包括支撐桿系及附屬構件部分,其中支撐桿系包括主體桿、活絡端頭及固定端,附屬構件包括三角鋼托架及鋼楔等部分。3.2鋼支撐安裝施工流程 支撐編號→對號運到現場→支撐牛腿位置就位、量距→清理平整牛腿面→鋼支撐就位校正→施工預應力→緊固鋼楔→拆除液壓千斤頂。 待分層、分段土方開挖到位時,立即進行支撐架設。支撐架設前根據車站斷面寬度提前拼裝,并經檢驗合格,無焊傷、開裂等質量缺陷,拼裝完成的鋼支撐軸線偏差和撓曲變形在規范允許范圍之內。 支撐架設采用50t履帶吊整體吊裝。支撐架設時,首先測放支撐中心位置,采用十字彈線法準確定位,支撐就位精度滿足相關規范要求,支撐軸線水平定位偏差在±30mm以內,支撐兩端定位差異標高不大于20mm,且不大于支撐長度的1/600,支撐撓曲度不大于1/1000。 支撐架設完成后,為克服支撐端頭與圍護結構面不完全密貼而造成的點支承或線支承現象,防止鋼支撐偏心受壓,對圍檁與圍護結構之間的空隙加設鋼楔打緊并灌注快凝早強砂漿充填,保證支護體系的整體支撐效果。快凝早強砂漿其配合比為硫鋁酸鹽超早強水泥:白云砂:快燥精:水=10:14:0.5:3.5(單位kg),其24h抗壓強度可達到30MPa。 采用8t汽車吊配合下放千斤頂進行預應力加設,通過壓力表讀取預應力值,當壓力讀數與需要加設的預應力值相符時,穩定千斤頂壓力,在活絡端打設鋼楔限位,完成支撐預應力加設。為了使鋼楔充分密貼,鋼楔的表面平整度控制在2‰以內。支撐預應力加設前后的各12h之內,加密監測頻率,發現預應力損失或圍護結構變形速率無明顯收斂時,復加預應力至設計值。 對于第1排鋼支撐,在土方開挖至基底附近時,可能出現應力為0甚至圍護結構向基坑外側變形的工況,施工中考慮對第1排鋼支撐兩端全部設置懸吊吊索,防止鋼支撐移動脫落而危及基坑安全。3.3支撐體系架設注意事項 鋼支撐加工軸線偏心度控制在10mm以內,支撐安裝前先在地面拼裝,拼裝后的偏心度應在20mm以內。支撐安裝好后總偏心度≤50mm。鋼支撐標高偏差≤50mm,水平方向偏差≤100mm。鋼支撐架設前,應在圍護結構上安裝牢固托架,同時支撐部位的結構面要處理平整,并與鋼支撐垂直。每一小段或每個塊開挖完后,要爭取時間,采取相應措施,盡快架設好相應的鋼支撐。鋼支撐架設好后立即用千斤頂施加設計要求的軸力,在架設過程中要有專人負責對場地機具設備的檢修,吊放過程中要有專人統一指揮,以保障施工安全。對已架設好的鋼支撐要有專人觀察和檢查,并嚴禁人員在鋼支撐上行走,如發現撓度增大或鋼楔松動等現象,立即采取措施,加固或重新施加軸力。4結束語 隨挖隨撐的“時空效應”在延吉中路站土方開挖中得到了很好的應用,保持了周邊建筑物及土體的穩定,確保了安全生產的總體目標,筆者認為需加強的是應適當調整和優化支撐豎向布置,改善支撐和墻體受力,減少變形,另端頭井部分采用大跨度斜撐,加設鋼圍檁,確保穩定。
2土方開挖施工方案2.1土方開挖施工工藝流程 土方開挖遵循“時空效應”理論,分層、分段、分塊開挖,縱向放坡。 分層:根據支撐設置情況分為6層開挖,每層開挖至支撐中心標高以下05;為防止基坑局部失穩,將每層開挖段分為2個亞層,保證每亞層高控制在2左右。分層情況見下表。 分段:沿車站縱向根據支撐平面位置分段,每段完成2根支撐范圍內的土方開挖工作量,每個作業平臺及縱向放坡均為2根支撐長度,約為5.2m～6m。 分塊:每層每小段土方開挖采用分塊作業,根據本工程圍護結構和基坑支護系統的特點以及現場實際情況依次進行北側、南側分塊的開挖縱向放坡:沿基坑開挖方向縱向進行放坡,縱向放坡總長度為50m～60m,縱向放坡系數為1:3.5～1:4。基坑開挖與支撐示意圖如下(圖示為東端標準段開挖施工)。2.2土方開挖主要施工方案 根據施工總體布署,結合劃定的施工場地、道路交通組織及周邊環境,車站基坑擬先開挖東西兩個端頭井,端頭井土方完成后進行端頭井結構施工,同時由兩個端頭井向中間開挖。施工機械、臨時便道均設置在車站主體結構的北側。 因端頭井斜撐較多,開挖深,面積大,開挖時采用履帶吊配抓斗進行出土,基坑內設2臺小型挖掘機配合倒土,分層進行土方開挖。 端頭井土方開挖完成后開始主體結構土方開挖施工,因受交通導改的影響,以福泉路為界將車站主體結構土方開挖分成東西兩個作業區進行土方開挖施工。2.2.1西端頭井施工 西端頭井開挖轉角第1層斜撐部位土方時,挖掘機自角點位置向后倒退式挖土,完成2根支撐位置土方開挖后,即進行標高定位工作,焊接托架,架設支撐,按設計要求加設預應力。 第1層土方開挖順序為: ①北側三角體開挖施工,架設鋼支撐; ②完成南側三角體開挖施工,架設鋼支撐; ③中間三角體開挖施工,直接往標準段放坡; 完成第1層土方開挖,進入第2層及以下各層土方開挖時,考慮到端頭井部位斜撐安裝時間相對較長,端頭井部位土方開挖,在施工程序上進行適當調整,以滿足快挖快撐、先撐后挖的施工原則。以第2層土方開挖為例,具體施工方法為: a.第1步進行③軸直撐位置土方開挖,并架設2根直撐。 b.第2步進行②軸～③軸三角區范圍內的第2層土方開挖,為轉角部位開挖提供開挖工作面。 開挖施工時間:31d(包括放坡開挖時間28d) c.②～③軸三角區第2層土方開挖完成后,進行①～③軸斜撐區域內北側三角體土方開挖,每開挖2根范圍土方隨即架設鋼支撐。開挖施工時間:7d ④等北側支撐架設完成后方可開挖南側土體,南側三角體的開挖和支撐同北側。 開挖施工時間:7d 綜上所述:西端頭井開挖土方:13673m3,開挖時間45d,計:303m3/d。2.2.2東端頭井施工 第1層土方開挖與西端頭井類似,僅因為考慮保護北側新涇七村的居民樓,故調整為先從南側角點開始施工。 中間三角體開挖面積較大,一次開挖方量大(1221m3),分層開挖時間過長(達44h),因此在施工中予以調整,具體施工順序如下: ①先完成中間三角體南半部分的開挖,開挖方量為2556m3,第3層開挖時將放坡至西三角體,調整工序優先開挖西三角土體并及時架設支撐,開挖施工時間共需2+28+5=35d。 ②向東南向開挖三角體的土方,并每開挖6m及時架設2根鋼支撐。 開挖施工時間:11d ③待東南側三角體支撐完成后,開挖施工中間三角體的北半部分,施工參數如下表所示,縱向每完成開挖6m時,及時架設2根鋼支撐。 開挖施工時間:2+28=30d(南半部分因有西部端頭井的影響考慮增加5d)。 ④向西北向開挖三角體的土方,并每開挖6m及時架設2根鋼支撐。 開挖施工時間:11d 綜上所述,東端頭井土方開挖29158m3,開挖時間87d,計:335m3/d。2.2.3標準段土方開挖 車站標準段土方開挖按既定程序分層、分段、分塊開挖,縱向放坡。 東作業區施工場地較長,標準段在基坑內采用2臺小型挖掘機倒土,長臂挖掘機出土;西作業區施工場地較短,且有北側盾構井影響,采用履帶吊配合抓斗進行出土,基坑內設2臺小型挖掘機配合倒土。 西作業區標準段開挖時間為159d,出土45797m3,合計290m3/d; 東作業區標準段開挖時間為146d,出土73209m3,合計500m3/d; 車站降水井、格構柱影響范圍內的土方主要采用人工開挖,小型挖掘機在嚴格指揮作業的情況下配合倒土至出土機械有效作業范圍內,開挖出的土方直接裝車外運。 標準段每層、每段土方按先北、后南分塊的順序開挖,每一側土方開挖完成后及時進行鋼支撐中心點放樣并焊接支撐托架,保證支撐架設的及時性。 各層土方之間留設一定寬度的開挖平臺,開挖平臺按3%設單側坡以利于排水,排水坡為向基底一側。根據車站地質條件,縱向放坡坡頂至坡腳總放坡坡度在1:3.5,分層之間局部放坡坡度不陡于1:1.5。 車站土方開挖過程中,對影響范圍內的周邊環境加強監控量測,尤其是對地下連續墻深層土體位移、地下水位、地表沉降等項目加密觀測頻率,分析反饋監測結果,指導各項施工參數的優化調整,確定最終施工參數。土方開挖至基底以上30cm時,改用人工開挖清底,驗底通過后,按設計要求及時分塊澆筑素混凝土封底。3鋼支撐的安裝 基坑開挖到位后及時進行支撐放樣工作,在其上準確放出支撐定位十字線,為支撐架設做好準備。 隨挖隨支撐,限時安裝鋼管支撐,做好基坑排水,減少坑底的暴露時間,及時安裝鋼支撐并準確施加預應力。 第1道鋼支撐在基坑開挖前抽槽埋設,第2層及其下面各層均分小段開挖和支撐。每小段在8h以內安裝2根鋼支撐并加好預應力,此施工參數在實際施工中不斷進行優化調整。3.1鋼管支撐系統的組成 本工程采用φ609mm、δ=14mm的鋼管支撐,鋼管支撐系統包括支撐桿系及附屬構件部分,其中支撐桿系包括主體桿、活絡端頭及固定端,附屬構件包括三角鋼托架及鋼楔等部分。3.2鋼支撐安裝施工流程 支撐編號→對號運到現場→支撐牛腿位置就位、量距→清理平整牛腿面→鋼支撐就位校正→施工預應力→緊固鋼楔→拆除液壓千斤頂。 待分層、分段土方開挖到位時,立即進行支撐架設。支撐架設前根據車站斷面寬度提前拼裝,并經檢驗合格,無焊傷、開裂等質量缺陷,拼裝完成的鋼支撐軸線偏差和撓曲變形在規范允許范圍之內。 支撐架設采用50t履帶吊整體吊裝。支撐架設時,首先測放支撐中心位置,采用十字彈線法準確定位,支撐就位精度滿足相關規范要求,支撐軸線水平定位偏差在±30mm以內,支撐兩端定位差異標高不大于20mm,且不大于支撐長度的1/600,支撐撓曲度不大于1/1000。 支撐架設完成后,為克服支撐端頭與圍護結構面不完全密貼而造成的點支承或線支承現象,防止鋼支撐偏心受壓,對圍檁與圍護結構之間的空隙加設鋼楔打緊并灌注快凝早強砂漿充填,保證支護體系的整體支撐效果。快凝早強砂漿其配合比為硫鋁酸鹽超早強水泥:白云砂:快燥精:水=10:14:0.5:3.5(單位kg),其24h抗壓強度可達到30MPa。 采用8t汽車吊配合下放千斤頂進行預應力加設,通過壓力表讀取預應力值,當壓力讀數與需要加設的預應力值相符時,穩定千斤頂壓力,在活絡端打設鋼楔限位,完成支撐預應力加設。為了使鋼楔充分密貼,鋼楔的表面平整度控制在2‰以內。支撐預應力加設前后的各12h之內,加密監測頻率,發現預應力損失或圍護結構變形速率無明顯收斂時,復加預應力至設計值。 對于第1排鋼支撐,在土方開挖至基底附近時,可能出現應力為0甚至圍護結構向基坑外側變形的工況,施工中考慮對第1排鋼支撐兩端全部設置懸吊吊索,防止鋼支撐移動脫落而危及基坑安全。3.3支撐體系架設注意事項 鋼支撐加工軸線偏心度控制在10mm以內,支撐安裝前先在地面拼裝,拼裝后的偏心度應在20mm以內。支撐安裝好后總偏心度≤50mm。鋼支撐標高偏差≤50mm,水平方向偏差≤100mm。鋼支撐架設前,應在圍護結構上安裝牢固托架,同時支撐部位的結構面要處理平整,并與鋼支撐垂直。每一小段或每個塊開挖完后,要爭取時間,采取相應措施,盡快架設好相應的鋼支撐。鋼支撐架設好后立即用千斤頂施加設計要求的軸力,在架設過程中要有專人負責對場地機具設備的檢修,吊放過程中要有專人統一指揮,以保障施工安全。對已架設好的鋼支撐要有專人觀察和檢查,并嚴禁人員在鋼支撐上行走,如發現撓度增大或鋼楔松動等現象,立即采取措施,加固或重新施加軸力。4結束語 隨挖隨撐的“時空效應”在延吉中路站土方開挖中得到了很好的應用,保持了周邊建筑物及土體的穩定,確保了安全生產的總體目標,筆者認為需加強的是應適當調整和優化支撐豎向布置,改善支撐和墻體受力,減少變形,另端頭井部分采用大跨度斜撐,加設鋼圍檁,確保穩定。